摘 要：隨著中國(guó)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描儀在雕塑領(lǐng)域的運(yùn)用越來越多。由于三維激光掃描儀品種復(fù)雜多樣，因此用什么類型的三維掃描儀以及如何合理運(yùn)用到雕塑領(lǐng)域，是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)促進(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：三維掃描儀；雕塑造型；3D技術(shù)

幾年前，三維掃描儀在雕塑家眼里還是比較陌生東西，因?yàn)橹挥泄I(yè)才用得上“三維坐標(biāo)儀”，至于掃描儀器設(shè)備，也只是在印刷、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有涉及。雖然也有業(yè)內(nèi)人士想把這個(gè)三維掃描技術(shù)用在雕塑領(lǐng)域，但也只是個(gè)設(shè)想，并不知道具體的概念。近年來，隨著三維技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維掃描儀、三維打印機(jī)等3D技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，特別是三維掃描技術(shù)，已經(jīng)非常成熟，精度越來越高，自身也越來越輕便。而且隨著技術(shù)的成熟，我們?cè)诘袼艿闹谱鞴こ讨?，運(yùn)用了一些掃描設(shè)備，并總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)與大家共享。

1 三維掃描儀的工作原理介紹

（1）三維掃描儀又叫3D掃描儀，之所以叫三維掃描是因?yàn)閭鹘y(tǒng)掃描所測(cè)數(shù)據(jù)輸出都是二維的，以全站儀及GPS居多，在科學(xué)技術(shù)逐步發(fā)展的今天，三維技術(shù)已經(jīng)逐步替代二維技術(shù)，因?yàn)槠溟L(zhǎng)、寬、高的立體三維掃描數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)二維掃描數(shù)據(jù)更直觀。目前，我們所接觸的三維掃描儀的測(cè)量手段主要分為激光測(cè)量、電磁波測(cè)量、超聲波測(cè)量，其中三維激光掃描儀運(yùn)用得比較廣泛。

（2）三維激光掃描儀的工作原理介紹，是用條狀激光對(duì)掃描物體進(jìn)行掃描，使用CCD相機(jī)接受激光反射光束。再根據(jù)光速測(cè)距原理獲得與掃描物體之間的距離，在進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理。經(jīng)過軟件把相鄰的3個(gè)點(diǎn)連成三角面，有這些三角面組成許多面片組，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，面片組越多，細(xì)節(jié)就越多。從掃描形式上分為：棱鏡掃描、全息掃描。有些掃描要在掃描物體上貼反光點(diǎn)，有些要在特定的背景下掃描，有些不允許掃描物體挪動(dòng)，少許震動(dòng)都不行。有的可以手持掃描，掃描到哪里數(shù)據(jù)就合成到哪里。各種各樣五花八門。

2 在雕塑領(lǐng)域如何選擇三維掃描儀

2.1 了解雕塑造型的特點(diǎn)

根據(jù)雕塑造型的特點(diǎn)，結(jié)合三維掃描儀的工作原理，我們談?wù)勈裁礃拥膾呙鑳x適合雕塑掃描。首先，我們要了解工業(yè)造型和雕塑造型的區(qū)別，因?yàn)樵S多三維掃描儀是應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域的。工業(yè)造型大多是光滑的曲面，而用特定的函數(shù)可以表達(dá)規(guī)則的曲面，因此，只要測(cè)出曲面轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵幾點(diǎn)，就可以推算出整個(gè)表面。而雕塑的形體屬于不規(guī)則形體，造型復(fù)雜，除了抽象雕塑基本沒有規(guī)則表面可言，而且掃描的盲點(diǎn)也比較多，比如衣紋褶皺的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)折部分，骨骼肌肉的不規(guī)則形體如果用函數(shù)表達(dá)就會(huì)很龐大，有些雕塑表面保留坑洼的肌理效果，所以要掃描的地方比較復(fù)雜。從精確度上說，工業(yè)造型需要比較高的精度，而雕塑卻不需要很高的精度，因?yàn)榱泓c(diǎn)幾毫米的誤差在雕塑上根本不是問題。

2.2 適合雕塑行業(yè)掃描的三維掃描儀的特點(diǎn)

（1）設(shè)備要求輕巧便攜，因?yàn)樵诘袼芄ぷ魇?，材料和輔助設(shè)備比較多，環(huán)境比較惡劣，如果掃描設(shè)備笨重龐大，不適合工作環(huán)境，磕磕絆絆容易影響工作效率。

（2）對(duì)掃描精度要求不高，但對(duì)掃描分辨率要求高。因?yàn)樵诘袼茏髌分?，分辨率的要求比精度要求重要，比如一個(gè)杯子，對(duì)杯子上下圓口的軸心誤差，和平行度誤差要求，雕塑里并不高，但是杯子表面的肌理效果卻很重要，所以掃描雕塑的激光掃描儀必須具有比較高的分辨率，但是對(duì)掃描精度要求卻沒那么高。

（3）掃描物體尺寸要求，一些掃描儀只能掃描體積比較小的物體，這對(duì)雕塑掃描應(yīng)用上是個(gè)局限。最好掃描范圍大到3米左右，小到拳頭大小的雕塑即可。這樣可以掃描等大人體及大多數(shù)雕塑展覽作品，至于能掃描大樓的三維設(shè)備價(jià)格太過昂貴，不適合用于雕塑掃描。

（4）方便拼合數(shù)據(jù)，手提式掃描儀在掃描過程中能自動(dòng)閉合數(shù)據(jù)，自動(dòng)拼合掃描點(diǎn)云，雖然會(huì)有誤差，但是有益于后期數(shù)據(jù)整理。數(shù)據(jù)軟件拼合修復(fù)的好壞，直接影響最后模型的效果，有些依靠軟件拼合的三維掃描儀，只要操作簡(jiǎn)單也可以采納。

（5）掃描速度要求，這里要探討掃描真人模特所遇到的問題。因?yàn)閽呙枰粋€(gè)人體需要掃描幾十次才能完成。而讓一個(gè)人保持幾十分鐘不動(dòng)，幾乎是不可能的。據(jù)我所知，掃描人體有三種方式：一種是運(yùn)用多臺(tái)掃描儀進(jìn)行同時(shí)掃描一個(gè)人體，但是聯(lián)機(jī)的掃描儀不是同時(shí)掃描，因?yàn)閽呙鑳x不能區(qū)分其他掃描儀的反射光速。所以需要多人多臺(tái)電腦，按順序掃描，這樣能縮短掃描時(shí)間。第二種就是做一個(gè)人體固定支架，用于固定人體姿勢(shì)，減輕模特負(fù)擔(dān)，掃描時(shí)連同人體支架一起掃描，之后在后期處理的時(shí)候把支架修掉。第三種是模特后面放一張鏡子，掃描時(shí)把模特連同鏡子里的數(shù)據(jù)一起掃描，這樣能夠得到模特背后的數(shù)據(jù)，有關(guān)視頻資料可以證明。符合以上條件的掃描儀比較適合雕塑領(lǐng)域的掃描，價(jià)格適中的可以考慮選用，不同型號(hào)不同領(lǐng)域的掃描儀各有所長(zhǎng)，要找適合自己領(lǐng)域特點(diǎn)的設(shè)備揚(yáng)長(zhǎng)避短，才能物有所值。

3 掃描實(shí)例簡(jiǎn)介

3.1 等大人體掃描

掃描設(shè)備：美能達(dá)掃描儀。掃描格式：STL三角面片格式。該設(shè)備特點(diǎn)是輕巧，屬于旋轉(zhuǎn)棱鏡掃描技術(shù)，掃描的速度是每次3～6秒，掃描范圍50cm見方，因此等大泥稿需要多方位掃描，而且泥稿表面激光反射性不強(qiáng)，接受反射數(shù)據(jù)不全。加上泥稿的支架也要掃描進(jìn)去，這樣后期就會(huì)有許多數(shù)據(jù)補(bǔ)充工作要做。泥稿由于笨重?zé)o法反轉(zhuǎn)，因此，掃描也會(huì)出現(xiàn)許多掃不到的地方，數(shù)據(jù)出現(xiàn)漏洞。因此，最好是掃描玻璃鋼稿，因?yàn)榧す夥瓷浜?，而且重量輕，可以翻轉(zhuǎn)，這樣掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量就會(huì)更好。

3.2 大型佛像掃描

掃描設(shè)備：萊卡ScanStation2掃描儀。掃描格式：STL三角面片格式。這個(gè)佛像高1.8米，需要遠(yuǎn)程掃描儀，萊卡ScanStation2掃描儀功能非常強(qiáng)大，用電腦和網(wǎng)線連接，現(xiàn)場(chǎng)用了很長(zhǎng)的一根數(shù)據(jù)線，雖然掃描比較麻煩，但是掃描數(shù)據(jù)非常精細(xì)。從圖上可以看到數(shù)據(jù)點(diǎn)很密，激光掃描圖案很細(xì)致，連佛頭上佛像的底座都掃描出來了，佛像的佛光圖案清晰可見，掃描數(shù)據(jù)達(dá)到幾百萬張，圖形后期工作量很大。整理數(shù)據(jù)花了一周時(shí)間才結(jié)束，整個(gè)掃描花了半個(gè)月時(shí)間。endprint

3.3 石膏頭像掃描

掃描設(shè)備：深圳產(chǎn)特得為TDV-500掃描儀。掃描格式：點(diǎn)云。ASC格式。這個(gè)設(shè)備特點(diǎn)是精度比較好，設(shè)備價(jià)錢不高。但是操作路徑比較復(fù)雜，如果操作者設(shè)置路徑不夠熟悉的話，掃描就會(huì)很困難。而且這個(gè)設(shè)備體積相對(duì)笨重了些，攜帶不方便，操作性不強(qiáng)，還有此設(shè)備需要掃描校準(zhǔn)，不然左右掃描鏡頭不同步，成像不對(duì)稱，到時(shí)候只能用一般的數(shù)據(jù)，影響工作質(zhì)量。

4 激光掃描數(shù)據(jù)的應(yīng)用

目前所有3D軟件都可以導(dǎo)入掃描的數(shù)據(jù)，在雕塑領(lǐng)域，大多數(shù)人以為掃描數(shù)據(jù)只會(huì)運(yùn)用到渲染領(lǐng)域，出效果圖用。但如果只用到這個(gè)領(lǐng)域那真是大材小用了。目前，掃描數(shù)據(jù)在雕塑泥稿的放大過程中大大改善了傳統(tǒng)套圈的放大方法。大型佛像雕塑，及大型組雕可以通過掃描數(shù)據(jù)分開幾塊同時(shí)施工。比如，廣州美術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)黎明教授創(chuàng)作的“青年毛澤東雕塑”的制作，就應(yīng)用了掃描數(shù)據(jù)分塊制作技術(shù)。雕塑高19m，長(zhǎng)83m，寬4m，首先以掃描儀進(jìn)行掃描，以10cm的間隔距離對(duì)小稿進(jìn)行橫向縱向的切割，在電腦中形成數(shù)萬多個(gè)剖切小塊，并建立各個(gè)部分的三維坐標(biāo)，這些坐標(biāo)成為分塊制作組裝的科學(xué)依據(jù)。雕塑的形體外形比較復(fù)雜，精確地外形分開比對(duì)技術(shù)，保證了雕塑內(nèi)部的鋼架和外部干掛組件的完美吻合。

隨著3D打印技術(shù)的逐漸成熟，把電子數(shù)據(jù)虛擬數(shù)據(jù)變成現(xiàn)實(shí)的東西已經(jīng)能輕松地實(shí)現(xiàn)。英國(guó)就用3D打印機(jī)做出了一把手槍，并成功的打了幾發(fā)子彈。還有數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，各種精雕機(jī)器應(yīng)運(yùn)而生，使得大型浮雕的制作脫離了泥稿放大的步驟，我們可以把掃描的雕塑數(shù)據(jù)在電腦中放大，然后上雕刻機(jī)器，這個(gè)目前市場(chǎng)應(yīng)用很多。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，3D技術(shù)逐漸成熟。在電影和IT業(yè)應(yīng)用越來越多，三維技術(shù)將成為主流。正如數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)明對(duì)膠卷相機(jī)的沖擊一樣，三維掃描技術(shù)也將對(duì)傳統(tǒng)雕塑技術(shù)形成有力沖擊。雖然不少人持否定態(tài)度，但是我個(gè)人認(rèn)為，科技改變?nèi)藗兊纳?，三維掃描技術(shù)可以對(duì)雕塑的制作和創(chuàng)新，帶來一定的便利。他給雕塑家提供了個(gè)生產(chǎn)自動(dòng)化的途徑。就像現(xiàn)在開車，有些人開自動(dòng)擋的汽車有些人開手動(dòng)擋的汽車，效果都是一樣的，但是自動(dòng)擋的車比手動(dòng)換擋的車操作上快捷，在城市擁堵的交通下，自動(dòng)擋的汽車更有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，電腦可以把圖片處理成“版畫”“油畫”的效果，通過彩色打印機(jī)實(shí)現(xiàn)成現(xiàn)實(shí)的作品。那雕塑我相信也會(huì)用三維掃描技術(shù)、電腦后期處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)，在通過3D打印技術(shù)做出真實(shí)的作品，這樣就省去了傳統(tǒng)雕塑煩瑣的翻制環(huán)節(jié)和不可修改的弊端。

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作者簡(jiǎn)介：孫偉華（1977—），男，吉林長(zhǎng)春人，碩士，湖北文理學(xué)院美術(shù)學(xué)院講師，研究方向：城市雕塑與公共藝術(shù)研究。endprint