三维数据处理及3d打印技术在文物修复中的应用

朱长永 马超 沈九美 南通理工学院

文物是历史的载体，也是文明的象征， 蕴含着丰富的历史文化信息,中华文明的呈现很多都是通过文物来验证的，现代人通过文物来研究古人生活和社会发展进程，所以要尽可能地保护好文物上面存有的历史信息, 使得古文物上的历史信息可以更好地服务于现代社会，如何借助现代技术更好的保护文物资源并传承历史文化成为现在众多考古学家急需解决的问题。本论文研究的意义在于借助三维扫描技术获取文物表面的点云数据，并通过计算机算法得到精准数据模型，建立文物数据档案，借助现代化的制造工艺对文化进行修复，重现历史。

对文物数据模型的获得主要是通过三维扫描技术来实现的，三维扫描技术是一种集成了多种高技术的三维坐标测量仪，采用非接触式激光测量的方法，它以点云形式快速获取被摄物体阵列图形的集合数据，将珍贵文物的几何、颜色、纹理信息记载下来，从而构建虚拟的三维场景，大大降低了数据建模的时间和人工成本。通过对点云数据的修复获得高质量三维数据模型，并通过3D打印技术，将点云数据模型转化为高质量实体模型，为文物的修复、保存及文化的传承提供了解决方案，同时借助现代的制造技术对文物进行修复从而转化为文化创意产品有利于文化的传播。

文物数据的修复过程大致如下：首先通过三维扫描技术，扫描文物获得点云数据模型，这时的点云数据模型往往存在大量冗繁的数据。再次借助计算机算法对点云数据进行修复，通过修复将冗繁的数据删除，从而获得精度较高的三维数据模型，点云数据得修复借助magics软件完成，其独特得点云数据修复算法减少了冗繁数据得产生，让数据模型更加合理；其次将处理完成的数据模型“切割”成逐层的截面，即切片；然后将生成的三维模型添加其支撑，从而保障打印过程中的稳定性；最后导入到打印机逐层打印，将破损的数据模型制作出实体，并通过各种处理手法让他与原文物模型进行嵌合，从而保证文物模型的完整性。流程图（如图1－1）

（如图1－1 文物修复及文化创意品开发）

在国内，三维扫描技术及3D打印技术应用在文物修复方面，技术已经逐渐成熟，数据模型的处理及算法各不相同，但都解决了文物的修复及传承的价值。在陕西历史博物馆，借助三维扫设备获取文物三维扫描数据建立数据档案便于文物管理，在秦陵兵马俑的挖掘过程中，文物普遍存在损坏现象，通过三维扫描设备获取点云数据模型，并通过三维重构技术重现历史原貌，通过3D打印技术修复受损的历史文物并转换为文化创意产品（图1-2，1-3）。在北京故宫博物馆，借助3D打印技术及逆向设计过程，对受损的故宫文物进行修复，并借助3D打印技术，将北京具有特色的传统的文化产品进行复制，转化为文化创意产品深受旅游爱好者的喜欢。南京师范大学杨继全教授带领的科研团队，通过三维扫描及3D打印的方式，制作完成1：1的古代貔貅，并通过现代工艺方法，再现古代历史文物。

迄今为止，在各大博物馆里面，均保有很多受环境影响，自然状态下正在不断侵蚀的文物，其本身已经不再适合陈列展示以及长途搬运，但是由于研究或者展示需要不得不进行陈列或展示，这就有必要通过复制手段，制作出一件替代品进行陈列，从而满足陈列以及研究的需要，尽量延长文化的寿命。借助三维扫描技术及3D打印技术，对文物进行复制，文化起到一种传承及保护的作用。文化延生品的开发，本身也是历史文化展示的另一种形式，体现了文化的内涵.

（1-2 秦陵兵马俑工艺品）

（1-3 秦陵兵马俑展品）

在国内3D打印技术已经日趋完善，3D打印机的设备及材料方面都也趋于成熟，各种新型材料不断涌现，从原始的PLA材质到光敏树脂再到金属打印等，相信不久的将来3D打印技术会深入到我们生活的方方面面改变我们的生活。