3D打印技术让云冈石窟变成可移动的文物
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发布时间：2024-09-26 01:01
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时间：2024-10-04 12:21
在青岛城市传媒广场3D打印的云冈石窟第三窟外景和壁画。资料图片
“你看这两张石窟的照片，能看出哪张是原件、哪张是‘仿品’吗？”云冈石窟研究院数字化研究室主任宁波手拿两张照片，向记者发出挑战。
这是新近在北京复制成功的云冈石窟第十八窟的照片。单凭肉眼，实难分辨。事实上，即便走进这两个石窟，如果没有地理信息和周边场景的提示，相信会让很多人真的以为自己置身在云冈石窟。
与高校的合作碰撞出了新想法
武周山下，世界遗产云冈石窟，引无数人迷醉在此。
守着这么一个文化宝藏，云冈石窟研究院在院长张焯的带领下动起了脑筋：“一年200万游客，还远远不够。”怎么让更多人看到云冈、接近云冈、了解云冈？宁波等人先后7次去故宫博物院、敦煌研究院考察学习数据采集、彩色管理、网络应用等内容。
3D打印，就这么适时地出现在云冈石窟研究院副院长卢继文眼里。他找来宁波，出了这道题。
其实宁波也观察3D打印很久了。在他看来，“如果能打印出来，把石窟变成可移动的文物，在各地展出，这不就能让更多人认识和了解云冈石窟了吗？”
可彼时，摆在他眼前的，是一系列难题。从哪入手、技术环节是什么样的，怎么突破？数字化室的人才不少，可这项课题，大伙都是第一次接触。他去找了副院长卢继文，卢继文一下子点破了他：“去到高校问问啊。”
这些年，云冈石窟研究院和武汉大学、北京建筑大学、浙江大学等高校相继有了合作，用卢继文的话说，“一遇到重点院校，就想方设法去跟人家结对子”。学研结合产生了新的“化学反应”，宁波刚把这个想法和这些大学一说，立马得到了反馈：“我们也正想找一个实践基地。”
在高校专家的指导下，宁波很快上了道。“3D打印的市场化应用技术较多，基本逻辑已经被蹚出来了，先通过扫描，在电脑中通过信息处理建模，然后用打印设备进行打印。”
坐在冬日午后的阳光里，宁波想起了他刚入职的时候，那是2005年，计算机技术专业刚毕业的他，心中有着对技术几近狂热的信仰。当时的他，坚信数字技术能摧枯拉朽，给这些文物带来不一样的动能。
在宁波的数字化办公室里，就放着几台小型的3D打印机。一旁的柜子上，一列打印出的小型佛首、佛身，皆是按照窟内的佛像原型打印。“这些都属于‘小打小闹’，是开始时用于‘摸石头过河’的作品。”宁波说。
可以“以假乱真”的“形、质、色”
框架确定，再加上“热身”，是时候实施大的想法了。可问题接踵而来。
打印文物不同于其他，来不得丝毫差池。“这是对文物的尊重，也是对参观者负责，”使命感让这个年轻的数字化团队干劲十足的同时也让他们更加“压力山大”：“我们整天想着，怎么让扫描的东西更加精准。”
3D打印的第一步是测绘扫描。几年前，数字激光扫描仪器的扫描精度已经可以达到0.03厘米，但对于宁波团队的要求而言，还不够。这是因为，“云冈石窟的佛像属高浮雕，有浓缩的空间深度感，但这也意味着深度较大，扫描和测绘难度更高。尤其是特殊区域，比如佛像的耳朵，立体感特别强，对扫描的要求更高。如同拍照一样，要求像素越高越好。”
那段时间，宁波和他的团队整晚整晚地加班。最终，他们提出了“航测+三维扫描”的办法，“航测是航拍的升级版，对于动辄十多米高的石窟而言很有效果，它和三维扫描组合使用，能够将精度以0.01毫米计，每一个点都对应出自己的三维坐标，使得扫描的像素更高。”
扫描采集完成后，将海量数据进行处理是另外一项技术难题。创立十多年的云冈石窟数字化研究室，开始发挥优势。“我们30多个人，有一多半都是‘技术宅’、‘码农’，处理数据是我们的强项。”中午时分，办公室虽然没人，但电脑桌面上依然能看到未处理完的石窟三维图，宁波说：“将海量数据处理、建模，转化成3D打印的语言，就算完成了关键一步。”
打印时的讲究很多。比如，打印时的温度需要保持在20摄氏度以上，确保设备能够连续工作。再如，“现在市面上打印出来的成品偏圆润，类似于图片处理中的‘羽化’，一方面需要对打印设备进行升级，一方面需要进行后期处理。”
扫描技术可以解决“形”的问题，但最终如何做到逼真、甚至“以假乱真？”“‘形、质、色’，缺一不可。云冈石窟所在地大同地处‘塞外’，这里的砂岩有独特的颗粒感，要原汁原味地打印出这样的质感，必须要加上后期的喷砂上色。那么问题来了，选择什么样的材料，就成了我们的新课题。”经过反复筛选，结合材料的防老化、憎水性、耐火性、硬度等综合指标，他们成功找到了树脂涂抹材质。
已经在谋划让云冈“活起来”的下一步
采集一万张石窟照片，历时700多天打印，842块模型，安装时间长达3个月。2017年12月，新鲜出炉的长17.9米、宽13.6米的第三窟，在青岛成功落地。
那一天，宁波激动得没睡好。“游客络绎不绝，他们的一致感觉是震撼、逼真，这是对我们工作的一种肯定。”
巨大的石窟，彻底“活”起来了。很快，今年10月，与浙江大学合作打印的第十二窟“音乐窟”前殿也出现在深圳，这回，他们实现了“积木式”拆装，对于志在世界范围内巡展的云冈人是一种更大的鼓舞。
宁波所在的数字化室有了新动作：“有了这些基础数据，我们的工作可以做很多。我们目前正在运用采集的数据，进行虚拟现实的拓展，现在已经做出了一些小型场景，通过和硬件厂商的合作，相信会让更多的人‘穿越’到云冈。”
事实上，技术引领下的云冈石窟研究院，这几年已经在进行“技术输出”。不久前，他们刚帮助五台山某寺庙完成了数据扫描和模型建库，其专业程度让对方喜出望外。但宁波还有技术焦虑，“如何实现石窟的彩色3D打印？”“如何将石窟不同时期的数据精准地预测和还原出来？”
而卢继文想的则更加深远，他在思考数字云冈的下一步棋。在他看来，3D打印只是一次战役，产学研对接下的技术输出也只是一种战术，最关键的，是云冈石窟文化的传承，是让云冈“活起来”的战略。“我们希望云冈石窟不只是历史遗留下来的文物，而更像是一个大的平台。一代一代的人以此为基，将文化不断传承。3D打印也已不再是兴奋点，某种程度上讲，如同复印机一样，重要的不再是复印的过程，而是印刷的意义。”卢继文说。
