李曉峰

（黑龍江省雙鴨山市寶清縣博物館，黑龍江　雙鴨山　155600）

?

CAD和3D打印技術(shù)在文物考古中的應用研究

李曉峰

（黑龍江省雙鴨山市寶清縣博物館，黑龍江雙鴨山155600）

【摘要】如今隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機輔助設計技術(shù)（CA D）和3D打印技術(shù)已經(jīng)取得了前所未有的技術(shù)革新和成就，而且隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展被廣泛應用于建筑業(yè)、制造業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等眾多領域當中，并且正在向其他行業(yè)不斷拓展，其中文化行業(yè)也不斷普及，應用前景一片光明。但就目前CAD和3D打印技在文物考古領域應用的現(xiàn)狀來看，仍然存在部分技術(shù)障礙，需要進一步分析和研究，從而更好地幫助文物考古術(shù)保護和修復文物，更好地實現(xiàn)文物的數(shù)字化處理和快速成型，更好地保護我國文物，保護我國優(yōu)秀文化傳統(tǒng)和文化物質(zhì)結(jié)晶。為此，本文將重點分析和研究CAD和3D打印技術(shù)在文物考古中的應用問題。

【關鍵詞】CAD；3D打印技術(shù)；文物考古

前言

從人類文明發(fā)展的歷史長河來看，歷史遺留下來的古代建筑和古代文物都是人類在生產(chǎn)發(fā)展過程中文明與智慧的結(jié)晶，它在一定程度上反映了人類的思想、生活習慣和習俗，反映了人類的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)水平，更反映了人類進步的歷程。為此，不斷保護人類文化遺產(chǎn)，并且根據(jù)社會文化需要不斷修復和重建是一項艱苦復雜的系統(tǒng)工程。而在此保護、修復和重建的過程中不斷深入應用信息化技術(shù)在考古學及文物保護領域中就顯得至關重要，尤其是CAD和3D打印技術(shù)在文物考古和保護領域中的應用更具有重大的現(xiàn)實意義和歷史意義，有利于廣大考古行業(yè)更加真實地記錄考古文物數(shù)據(jù)，更好地還原文物遺跡，更好地幫助人類了解人類發(fā)展的歷程［1］。

一、CAD和3D打印技術(shù)的特點及功能

（一）計算機輔助設計技術(shù)（CAD）的特點及功能

計算機輔助設計技術(shù)，簡稱CAD，它是計算機軟件中一個可視化的繪圖軟件，通過軟件窗口上設定的相關的菜單選項和工具按鈕來實現(xiàn)許多命令和繪圖操作。其中Auto—CAD軟件繪圖和繪圖輔助功能不僅齊全，而且特別方便；它便捷的菜單設計和工具欄、文本編輯和信息交換、圖形打開預覽和對話框、圖像處理和圖形的輸出預覽都為用戶繪圖帶來了很大的便捷和方便；而且它通過實體繪制和關鍵點編輯、鳥瞰顯示控制、對象捕捉以及標注等功能不僅使其二維繪圖處理更加成熟，而且三維功能也在此基礎上不斷發(fā)展完善，再加上其開放式體系結(jié)構(gòu)更為數(shù)據(jù)建模創(chuàng)造了極大的便利。

（二） 3D打印技術(shù)的特點及功能

3D打印機即所謂的三維打印機，由于其原理的先進性，其是一種快速成形技術(shù)機器，也是一種以數(shù)字模型文件為基礎，通過輔助材料特殊粉末狀金屬、特殊蠟材、或特殊塑料等可粘合材料制造三維物體的一種制造技術(shù)，以逐層打印的方式來構(gòu)造物體，被廣大地用于制造產(chǎn)品［2］。它和過去傳統(tǒng)的通過模具生產(chǎn)有很大的不同，3d打印最大的優(yōu)點是無需機械，3d打印與傳統(tǒng)的通過模具生產(chǎn)大不一樣，它可以直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，所以就不需要機械加工，也不需要任何模具，具有快速有效的特點；從而有利于在打印過程中大大縮短產(chǎn)品的研制周期，從而更有利于更好地提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，更好地降低生產(chǎn)成本。

二、如何更好地促進CAD和3D打印技術(shù)在文物考古中的應用

（一）計算機輔助設計技術(shù)（CAD）在文物考古中的應用

在新形勢下，要更好地促進計算機輔助設計技術(shù)（CAD）在文物考古中的應用，相應的文物考古工作人員就必須不斷熟悉并掌握CAD相關的基礎理論，掌握其先進的應用技術(shù)，充分利用如今可視化較好、設計效率較高、形象較直觀的三維CAD系統(tǒng)為文物考古提供更加完整的數(shù)據(jù)和圖形設計和工藝、恢復文物信息，不斷超越應用CAD系統(tǒng)來達到圖版的設計目的。根據(jù)具體文物考古工作實際需求它能從本質(zhì)上減輕大量不必要卻簡單煩瑣的工作量，善于應用CAD系統(tǒng)和相關技術(shù)不斷豐富文物考古工作人員高層次的思維活動，不斷豐富其在文物考古中的創(chuàng)造性。同時鼓勵文物考古工作人員要善于借助三維CAD系統(tǒng)造型工具更好地實現(xiàn)從頂向底和從底向頂?shù)认冗M的設計方法，從而設計出更加符合文物實際和現(xiàn)實需要的文物數(shù)據(jù)和圖形，更好地實現(xiàn)文物裝配等更加復雜的文物設計過程［3］；同時充分利用CAD系統(tǒng)自身所具備的優(yōu)越性進行文物數(shù)據(jù)仿真分析，從而更好地提供數(shù)控加工所需的信息，更好地實現(xiàn)文物考古數(shù)據(jù)恢復和圖形繪制過程中CAD和CAE、CAM和CAPP的有機集成和組合。

在文化保護中，要更好地恢復文物相關數(shù)據(jù)和模型，在文物考古中加強計算機輔助設計技術(shù)（CAD）的應用顯得至關重要。為此，在文物考古中要充分應用CAD以計算機為工具的繪圖功能，更好地做到在文物考古中以人為主體，不斷提高其相應的設計方法和相關技術(shù)，然后將CAD存儲和圖形處理功能與人的創(chuàng)造思維能力更好地相結(jié)合，從而大大提高文物繪圖設計的質(zhì)量和效率，更好地縮短繪圖設計周期，充分發(fā)揮CAD技術(shù)簡單快捷、存儲方便等特點在文物考古中應有的作用。在文物考古中充分發(fā)揮計算機輔助設計技術(shù)（CAD）高速計算和高速數(shù)據(jù)處理功能，充分發(fā)揮計算機輔助設計技術(shù)（CAD）快速生成圖形和大容量存儲等功能，從而更好地豐富文物繪圖設計手段，大大提高繪圖設計等相關操作的效率。

（二） 3D打印技術(shù)在文物考古中的應用

要更好地促進3D打印技術(shù)在文物考古中的應用，文物考古人員在具體的文物打印中可以應用3D打印機噴墨打印方式，根據(jù)需要量的多少用打印機噴頭把一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，然后再將此涂層放在紫外線下進行相關的光處理，處理完畢以后將處理過后的鑄模托盤下降到極小的距離以便下一層堆疊上推來［4］。同時也可以根據(jù)文物考古需要采取多種多樣堆疊薄層形式和用于打印的陶瓷、金屬、塑料或橡膠類物質(zhì)等介質(zhì)種類，從而根據(jù)需要打印出一頭堅硬而另一頭卻是柔軟的與文物相關的物體。也可以使用激光燒結(jié)技術(shù)，采用粉末微粒作為考古文物打印的打印介質(zhì)，把粉末微粒噴撒在鑄模托盤上，讓其形成一層極薄的粉末層，然后根據(jù)需要熔鑄成相應的指定形狀，使噴出的液態(tài)粘合劑進行固化，方便文物考古工作人員打印出所需要的文物材料。

在文物考古中要更好地應用3D打印技術(shù)，就必須采用3D打印的三維掃描儀對考古文物進行圖像采集，可以對文物進行三維掃描測量，以獲取相應的數(shù)據(jù)點集，采集好相關圖像以后，再對采集的圖像進行相關的轉(zhuǎn)換和拼接，同時還要對采集來的數(shù)據(jù)進行配準與去噪，以此精簡所采集數(shù)據(jù)，更好地實現(xiàn)對所采集數(shù)據(jù)的分塊，更好地進行相關的CAD模型重建處理，以更好地實現(xiàn)考古文物的快速數(shù)字化，實現(xiàn)考古文物的計算機建模，可以進行網(wǎng)格剖分、曲面擬合以及曲面后處理三種曲面重構(gòu)，從而獲取更加準確的考古文物三維CAD數(shù)據(jù)，并且通過相關的數(shù)控加工、快速成型，更好地形成3D打印的文物實物［5］。

三、結(jié)束語

在新形勢下，文物保護、修復和重建已經(jīng)越來越備受人們的關注，成為文化創(chuàng)新發(fā)展的重要基礎之一，為此，不斷促進CAD和3D打印技術(shù)在文物考古中的應用有利于促進優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的繼承和發(fā)展，也有利于在文物考古工作中降低生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，不斷激發(fā)CAD和3D打印技術(shù)在文物考古行業(yè)的市場潛力，更好地為文物考古行業(yè)做貢獻。

參考文獻：

［1］楊蔚青，李永強，王閣，白丁.三維激光掃描技術(shù)在土遺址保護中的應用——以隋唐洛陽城定鼎門遺址唐代道路遺址保護為例［J］.中原文物，2012（4）.

［2］楊盛，吳育華，F(xiàn)elix Horn，付成金.三維激光掃描技術(shù)在安岳圓覺洞10號龕保護中的應用［J］.中國文物科學研究，2012 （2）.

［3］丁寧，王倩，陳明九.基于三維激光掃描技術(shù)的古建保護分析與展望［J］.山東建筑大學學報，2010（3）.

［9］王恒.云岡石窟測繪方法的新嘗試——三維激光掃描技術(shù)在石窟測繪中的應用［J］.文物，2011（1）.

【中圖分類號】TP391

【文獻標識碼】A