借助3D打印技术“复活”古代传统壁画

夏天（山西博物院）

3D 打印技术拥有手段灵活、形式多样等优势，能够将抽象化内容转变成具体内容，通过3D 打印技术重现古代传统壁画，可使相关文化艺术元素更为形象生动，促进人们跨越时空，体会传统文化之美。本文就此先分析数字化展示内容，随后介绍3D 打印技术“复活”古代传统壁画工艺流程和3D 打印技术“复活”古代传统壁画基础思路，最后介绍3D 打印技术“复活”古代传统壁画对展览的促进作用，希望能给相关人士提供有效参考。古代传统壁画向人类展现出传统艺术之美，拥有丰富文化内涵，凝聚了古代劳动人民智慧。绚烂多彩的壁画集中展示了彩塑艺术以及建筑艺术等文化内容，也是一种重要的文化宝物，而单一传承手段、推广技术，无法充分展现出古代传统壁画的魅力，不能进一步提高其文化影响力，为此需要合理利用先进技术手段，创新推广方法，借助3D 打印技术复活古代传统壁画进行宣传展览，能够进一步提升文化感染力，使观览者能够深刻体会到古代文化魅力。山西作为一个有着丰富历史和文化遗产的地方，复原古代传统壁画可以增加其旅游吸引力和知名度，吸引更多的游客前来参观和学习。旅游业的发展也有助于地方经济的繁荣和社会的发展进步。

一、数字化展示内容分析

为更好保护永乐宫壁画，合理开展数字化保护基础上，充分利用先进的数字化手段，促进永乐宫壁画全面复活，为社会大众提供更加细致、高清、完善的数字文化资源，确保广大群众能够身临其境感受文物面貌，扩展见闻，从中得到教育和知识。此次利用3D 打印技术，能够进一步优化展览创作质量，为人们真实再现古代遗迹。首先，围绕永乐宫通过近景摄影测量和三维激光扫描采集高精度三维数据，并针对永乐宫壁画实施等比例打印，促进壁画实现高色彩、高精度静态呈现和沉浸式动态还原，合理打造出一组能够进行积木式组装的数字化高精度展现模块，支持进行海外陈展。此次永乐宫壁画中，为更好打造沉浸式壁画体验展览，围绕永乐宫壁画中的《朝元图》具体内容，借助数字化技术手段，将原本静态内容打造成动态展示内容，促进整个永乐宫壁画全面复活，能够使前来观览人员零距离感受、触摸我国古代文化的博大精深，体会到中华文明的魅力，使其重新复活。在数字化展览中，为使整个展览更具科技性和便利性，基于AR 导览系统，预先制作当地语言介绍版本，充分满足海外自主参观展览模式，为广大游客提供更加全面、便捷的观览服务。

二、3D打印技术“复活”古代传统壁画工艺流程分析

（一）打印范围、流程

各种3D 打印技术普遍是以堆叠组装为主，但组装形式多样，部分是喷墨方式，在托盘中率先喷涂液态塑料物质，随后进行打薄处理，继续堆叠下一层。除此之外，还包括熔积成型技术，通过沉积各种塑料纤维素材，构成薄层，随后叠加施工。部分3D 打印系统则是利用微粒粉末进行打印，率先在托盘中喷射粉末层，并继续喷出液态粘合剂实施固定，最后烧结成型。这些也是3D 打印技术众多技术一部分，在具体实施3D 打印技术过程中，需要结合实际需求，合理选择适当3D 打印技术，提高打印制作效果。

此次利用3D 打印技术复活永乐宫壁画的主要技术流程如下：率先针对永乐宫壁画进行3D 高精度扫描，随后对所采集3D 数据进行集中处理，迎合古建筑形状进行3D 打印扫描数据分隔，将细节部位3D 网格模型全面保留，并进行3D 曲面模型转化，基于现有3D 曲面模型数据进行3D 打印编程，结束上述工作后，便可以正式开始对永乐宫壁画实施3D 打印，最后进行成品处理，加工制作铝合金框架，组装框架，并对3D 打印各个模块进行组装胶合，对3D 打印大模块组装胶合模型进行底漆喷涂，最后是进行全面上色，检测各个单元模块质量，总体拼装机械结构，做好整体拼装调试。

（二）技术要求

此次3D 打印复制永乐宫壁画中，关于形状精度的要求如下：第一是针对永乐宫壁画进行高精度三维扫描，重建原始信息，控制相关信息数据和问题整体测绘误差，不能超出10 毫米，部分区域拼合数据误差不能超出3 毫米，细部形状误差不能超出0.1 毫米。第二是在加工复制中，结束扫描得到形影数字结果后，进一步实施三维转化，并将其和原始数据误差控制在0.05 毫米以下。

色彩复制精度方面要求如下：第一是加工制作前，应该对纹理图像实施精细化采集，对应纹理采样精度不能超出300dpi。第二是复制颜色光谱重构平均色差应该大于4.0，将整个纹理图案分辨率控制在300dpi 以上，将形状和纹理图案相对分布位置关系误差控制在3 毫米以下。

复制品材料要求方面，应该以轻质材料为主，最终成果重量总和控制在5吨以下，复制品材料需要保持相应机械强度，把抗拉强度控制在10MPA 以上，尽量选择耐高温、耐低温材料，所选材料应具备良好耐磨性、防水性、防腐蚀性和阻燃性。装配方面要求复制品形成模块组装能力，不能出现明显拼缝，搭配相应安装说明文件。复制品需要形成整体金属框架，设置升降平台，简化整个安装过程（如图1）。其他要求方面，需要提供配套集成化音响，能够在建筑内清晰外放，不存在明显回声。整个音响系统需支持USB 存储器播放数字音频文件和3.5 毫米的接口输入模拟音频。

图1 壁画搭建

（三）打印过程

3D 打印扫描数据在实施预处理中，计划利用GEOMAGICSTUDIO 进行综合处理，也是业界唯一融合三维点云、CAD 造型设计、三维扫描、三角网格编辑、二维出图、装配建模相关功能的三维设计软件。利用这一软件系统转换激光扫描所得点云数据，自动形成三角网格数据，基于网格数据精准提取实体、曲面，在三角网格向实体模型转化中，做好数据分析和偏差控制，提高数据转换精度。3D 打印编程中，针对分割后结构扫描数据利用MAGICS 软件实施全面编程，并于软件系统内合理设置底层顶层、层高处理方法、打印速度、打印质量、运行速度和支撑结构类型等基础参数，生成3D 打印操作文件。3D 打印复制中，通过模型分块数据优化配置3D 打印设备基础参数，并针对整个模型实施分块打印输出，打印材料选择PLA，打印输出精度是0.5 毫米。

（四）支撑结构设计

结合3D 打印加工尺寸最高限值，针对各组单次打印材料合理设计基础支撑结构，通过定制模具对铝合金实施截面加工设计，提高结构轻便性和综合强度。为促进各个单体模块进行合理拼接，顺利构成整体模块，方便运输、上色和安装，搭配模块支撑结构设计模块组合拼接结构。相关拼接结构尺寸也是最终运输、包装尺寸。

（五）模块组装

利用胶粘剂以及机械紧固定位等措施，提升模块组装拼接机械强度，在紧固机械后，可以利用胶黏剂对其中细微缝隙进行填充，并提升整体强度，为扩大模块强度，需要在模块背面涂抹高强度分子聚合材料。模块主体调试涵盖3D 模块、侧壁支撑结构、框架支撑、地脚脚轮、四周加强结构的调试安装，确保装配满足设计尺寸要求，形成相对稳固结构，能够对拼装模块重量进行稳定支撑。

三、3D打印技术“复活”古代传统壁画基础思路

（一）雕塑技术革新

3D 打印技术涉及多种专业领域学科知识，涵盖数学、工程学、科学以及设计等领域，3D 打印同时也是添加剂制造过程，选择放置、形成材料添加层构建三维物体。3D 打印离不开基础打印材料、数字文件以及打印机，率先利用特定软件扫描目标对象实施三维建模，随后构建三维模型相关数字文件。并将文件传输至多个位置和单独打印机，成功打印3D 对象。3D 打印在应用于古代传统展览中，无须浪费其他原材料和时间成本，能够对古代传统壁画进行灵活打印，缩短设计、制造时间。技术革新能够推动产品的进步，此次利用3D 打印技术进行壁画重现，能够提高整体展示效果。

（二）转化创作思维

3D 打印这一先进技术的诞生，为古代传统壁画重现和展览规划设计提供全新思路，能够利用科技手段打造现代化艺术展品。比起传统展览模式，相关艺术家利用计算机软件相关命令，能够对古代传统壁画进行创作，通过数字雕刻提高工作灵活性，并基于数字化模型进行撤销更改，同时3D 打印能够对模型进行简单拉伸、挤压，提高了模型创作自由度。为成功打造出高质量展品，相关3D 打印技术人员需要加深对绘画技巧、构图和雕塑等方面的认识和理解，计算机提供一种更加灵活、强大工具掌握相关艺术技巧，因其进一步模仿、扩展整个雕塑过程，辅助建模，能够提高作品艺术性。

（三）突破作品形式

借助先进技术融合互动媒体和数字技术传达出各种抽象复杂概念。3D 打印重现古代传统壁画中，通过数字化工具，探索传统艺术材料创新雕塑方法。在3D打印技术下，进一步加强科学家和艺术家协同合作，能够把古代传统壁画中较为抽象、复杂数据概念转化为可欣赏、理解的作品，扩大传播受众。从艺术领域分析，数据为主题能够促进相关艺术作品更加容易得到证明，除了设计美学价值，作品在信息呈现中，也拥有独特内在价值。围绕古代传统壁画可以选择代表相同数据和不同材料进行创作，借助3D 打印能够帮助生动呈现古代艺术作品，深刻解释作品信息，突破传统艺术作品形式，扩大艺术影响力。此次古代传统壁画展览设计中，为全面展现出壁画丰富细节和文化底蕴，应用数字屏幕搭配高保真复制等技术融合方式进行作品展示。

四、3D打印技术“复活”古代传统壁画对展览促进作用分析

观妙入真属于一种美的体验，代表观众对展览艺术作品进行欣赏中，能够体会到其真实魅力（如图2）。永乐宫作为我国元代时期重要建筑，其中内部壁画也是十分宝贵的艺术遗产，借助3D 打印技术修复壁画，可进一步提升展览质量，优化观众体验。

图2 《观妙入真——永乐宫保护与传承》展壁画复原展厅实景

（一）提升展览真实度

基于3D 打印技术修复壁画能够将永乐宫壁画原貌重现出来，使其更加饱满、真实。经过全面修复处理，能够全面恢复壁画的细节、线条和色彩，提高真实度，凸显出壁画原始艺术效果。如此能够使广大观众更为直观接触、欣赏和体验壁画创作艺术家的独特表现技巧和创作意图，从而得到更为真实观览体验。此次永乐宫壁画展览利用3D 打印技术进行复活创造，能够展现出壁画中形式丰富、类型多样的建筑形象，并将其转化成三维建筑模型和数字化3D 打印建筑模型，同时展览中还能够呈现出数字化高清文物、壁画复制品，使广大观览群众能够更为直观、深刻体会到古代传统壁画内建筑之美。在3D 打印技术下，率先利用计算机系统刻画三维立体模型，随后向专业打印机内添加粉末或胶体等打印材料，促进计算机和打印机全面连接，并利用计算机控制打印层层叠加相关打印材料，构建三维立体模型，最终使电脑内设计蓝图转化成具体实物，此次古代传统壁画展览中，利用3D 打印技术对壁画进行重新扫描后，利用相关材料建模真实再现出来，能够提高展示效果。基于3D 打印技术能够对我国古代传统壁画进行全方位再现，展示出壁画的每一个细节，不留遗漏，使人们观赏到更加完美、生动、真实的艺术作品，加深印象。

（二）提升观览感受，深化了解

3D 打印技术应用于壁画修复、重现当中，能够加深观众对整个永乐宫文化的认识和了解，深化体验。永乐宫从元代定宗贵由二年开始动工兴建，一直到元代至正十八年才竣工，整个施工期长达110 多年。元中统三年时，将其扩为“大纯阳万寿宫”，整个壁画承载着厚重历史文化和丰富宫廷故事。通过3D 打印技术修复壁画，能够帮助观众打造真实宫廷场景，通过身临其境的方式深刻体会宫廷文化之美，感受历史厚重，突出元代宫廷艺术特色魅力。通过3D 打印技术复活永乐宫壁画，不但能够使人们看清，还可以使人们看懂，长达13 米、高达4.2米的两幅3D 打印作品亮相于永乐宫壁画保护与传承展览中，将原本壁画细节、色彩进行高度还原，甚至所采集的昆虫翅膀纹路都细致打印出来。前来观赏群众围观拍照。此次展览中借助先进技术支持，将传统说明展览方式转化为互动游戏，观览人员开启手机小程序对壁画进行扫描，便可以对其中角色进行准确识别，深入学习了解人物故事。在展览中依托3D 打印和数字技术进行创作，能够对古代传统经典壁画进行原比例高保真复原，确保海外游客能够进行零距离触摸，直观体会中华文化源远流长。

（三）打造更为自然、生动视觉效果

基于3D 打印技术重现古代传统壁画，进行壁画修复能够给观览人群提供更加自然、真实的视觉体验，从而激发观览群众对永乐宫壁画的情感共鸣，深化内心印象。人们通过3D 打印形成的壁画作品，能够深入赏析传统文化之美，展览电子屏中分三次展现出一幅数字壁画，首先是色彩减退现状，随后将青山绿水原貌进行重现，随后整个壁画甚至灵动起来，能够看到山间瀑布直流而下，有人在其中漫步，水下的鱼来回游动。青山绿水作为壁画中常见元素，此次永乐宫壁画中部分绘制细节和色彩，因为历史久远逐渐模糊，经过3D 打印和数字修复后，能够使观览者直观体会壁画神韵。由此能够看出，3D 打印技术在壁画修复中提升观众体验，优化展览质量，具有积极促进作用。壁画经过重新修复后，能够使观众更为深刻、真实感受历史厚重感和宫廷艺术魅力，增强观众对永乐宫历史文化的感受和了解。为此将3D 打印技术应用于壁画展览修复中，不但能够对珍贵的艺术遗产进行合理保护，同时还可以帮助观众在观赏壁画中得到更加丰富、深刻艺术体验。

五、结语

综上所述，想要促进文化传承，需要合理利用信息化、数字化等先进技术手段，提高资源传播力。3D 打印技术这种新兴技术手段，处于现代化社会中拥有较大发展潜力，通过融合3D 打印技术和古代传统壁画，能够促进文化艺术灵活再现，打造出更加美妙的艺术作品，为人们呈现出更加生动、形象的文化艺术，促进优秀传统文化顺利传承发展，提升文化传播力。