唐劍隱，胡耀佳，高力強(qiáng)，王為剛，陳世輝，黃年喜

(武漢工控藝術(shù)制造有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

武漢工控藝術(shù)制造有限公司原博物館文物復(fù)制項(xiàng)目“宋徽宗大晟編鐘”原始蠟?zāi)Ｒ蚍胖媚甏^長(zhǎng)，表面出現(xiàn)裂縫、紋飾淡化、開裂，如果不進(jìn)行及時(shí)修復(fù)將造成蠟?zāi)o法繼續(xù)使用，將對(duì)大晟鐘的衍生文化產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。本文利用先進(jìn)的三維掃描技術(shù)和專業(yè)軟件對(duì)大晟鐘原始蠟?zāi)＿M(jìn)行搶救性修復(fù)，并建立三維實(shí)體模型，實(shí)體模型可直接輸入3D打印機(jī)打印，從而達(dá)到永久保存的目的。

1 破損蠟?zāi)５男迯?fù)方法

1.1 蠟?zāi)５脑紨?shù)據(jù)三維掃描

三維掃描儀使用先進(jìn)的德國(guó)蔡司COMET-L3D-2系列藍(lán)光掃描儀。此掃描儀為非接觸式光柵藍(lán)光三維掃描儀，其工作原理為使用藍(lán)光對(duì)輸入對(duì)象進(jìn)行三維掃描，使用CCD相機(jī)接收其反射光束，根據(jù)三角測(cè)距原理獲得與拍攝物體之間的距離，并進(jìn)行三維數(shù)據(jù)化處理，經(jīng)過軟件處理得到物體的坐標(biāo)點(diǎn)(稱點(diǎn)云)或者三角面，掃描精度可達(dá)0.008 mm。由于該儀器具有非接觸式掃描方式和掃描精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適用于文物修復(fù)相關(guān)行業(yè)，掃描儀如圖1所示，掃描原始數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖1 COMET L3D 25M掃描儀 圖2 大晟鐘掃描原始數(shù)據(jù)

1.2 掃描原始數(shù)據(jù)分析

1.2.1 整體分析

由于大晟鐘蠟?zāi)７胖脮r(shí)間太久，蠟?zāi)１砻嬉驓夂?、保存條件等原因出現(xiàn)較嚴(yán)重的表面脫落，形成較多的表面坑洼現(xiàn)象，需對(duì)坑洼處點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行局部處理。

1.2.2 紋飾分析

因大晟鐘紋飾精細(xì)，且蠟?zāi)p壞較嚴(yán)重，故細(xì)節(jié)紋飾損壞較嚴(yán)重，主要特點(diǎn)如下：①紋飾整體變淺，需修復(fù)加深；②正鼓紋飾出現(xiàn)局部斷裂，需將裂縫填補(bǔ)后對(duì)連接處紋飾進(jìn)行精修；③紋飾表面有較多坑洼現(xiàn)象，需進(jìn)行局部處理。正鼓紋飾局部斷裂、表面坑洼現(xiàn)象如圖3所示。

圖3 正鼓紋飾局部斷裂、表面坑洼現(xiàn)象

1.3 原始數(shù)據(jù)修復(fù)方法

表面整體坑洼處理和紋飾坑洼使用Geomagic軟件處理，正鼓紋飾精修和局部斷裂使用Zbrush軟件處理。

2 大晟鐘蠟?zāi)５男迯?fù)

2.1 基于Geomagic軟件對(duì)數(shù)據(jù)的前期修復(fù)

先將大晟鐘掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic軟件，由于初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)量巨大，先使用Geomagic軟件提供的“手動(dòng)刪除”和“自動(dòng)刪除”命令將多余或與大晟鐘無關(guān)的掃描雜點(diǎn)刪除處理。

在掃描雜點(diǎn)處理完成后，對(duì)大晟鐘進(jìn)行前期修復(fù)。前期修復(fù)主要包括選擇斷開點(diǎn)云連接、減少噪聲、按曲面曲率修補(bǔ)坑洼表面、填充孔、表面光順處理等。

在去掉掃描過程中產(chǎn)生的雜點(diǎn)、噪聲點(diǎn)的過程中，需根據(jù)掃描數(shù)據(jù)整體情況合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)。比如在選擇非連接項(xiàng)的過程中，“分隔”的參數(shù)應(yīng)設(shè)定為“低”，這樣系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)選擇離主點(diǎn)云較近的部分而并不屬于主點(diǎn)云的雜點(diǎn)。

在對(duì)數(shù)據(jù)表面坑洼處理時(shí)應(yīng)使用套索和填充相結(jié)合的方式進(jìn)行修補(bǔ)，先使用套索工具選取坑洼表面進(jìn)行點(diǎn)云刪除，之后使用填充工具，按照曲面曲率進(jìn)行孔修補(bǔ)。

由于蠟?zāi)Ｊ鞘止さ窨潭?，蠟?zāi)１砻鏌o法做到機(jī)器雕刻的光滑程度，故掃描后的數(shù)據(jù)整體表面顯現(xiàn)出細(xì)微的凹凸?fàn)顟B(tài)。但是在實(shí)際要求中，希望數(shù)據(jù)整體光滑無凹凸。所以前期修復(fù)的最后一步需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表面光順處理，表面光順處理使用“消除”、“消除釘狀物”和“砂紙”命令相結(jié)合的方式進(jìn)行處理。采用“消除”和“消除釘狀物”兩個(gè)命令對(duì)整體表面進(jìn)行光順處理，對(duì)于局部粗糙使用“砂紙”命令處理。圖4為同一局部使用Geomagic軟件進(jìn)行修復(fù)前后的對(duì)比圖。

圖4 同一局部使用Geomagic軟件進(jìn)行修復(fù)前后的對(duì)比圖

2.2 基于Zbrush軟件對(duì)數(shù)據(jù)精修處理

精修處理的主要目標(biāo)有兩個(gè):①使用Zbrush軟件將前期修復(fù)數(shù)據(jù)面片進(jìn)一步平滑;②對(duì)正鼓斷裂處紋飾進(jìn)行修復(fù)。為了達(dá)到這兩個(gè)目的我們主要使用軟件的Smooth命令將面片平滑，再用slash3筆刷把模糊的邊緣雕刻清晰。圖5為同一局部使用Zbrush軟件進(jìn)行精修前后的對(duì)比圖。

3 結(jié)論

本文探索利用三維掃描技術(shù)、專業(yè)三維處理軟件及專業(yè)雕刻軟件相結(jié)合的方式對(duì)大晟鐘受損蠟?zāi)＿M(jìn)行搶救性修復(fù)的方法，經(jīng)試驗(yàn)證明該方法修復(fù)后的模型基本復(fù)原了破損前原始蠟?zāi)?，在達(dá)到修復(fù)要求后，建立修復(fù)后的三維實(shí)體模型，并存入公司三維數(shù)據(jù)庫(kù)，通過修復(fù)后的三維實(shí)體模型可直接輸入3D打印設(shè)備進(jìn)行打印，達(dá)到永久保存和使用的目的。

圖5 同一局部使用Zbrush軟件進(jìn)行精修前后的對(duì)比

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