夏天（山西博物院）

3D 打印技術(shù)擁有手段靈活、形式多樣等優(yōu)勢，能夠?qū)⒊橄蠡瘍?nèi)容轉(zhuǎn)變成具體內(nèi)容，通過3D 打印技術(shù)重現(xiàn)古代傳統(tǒng)壁畫，可使相關(guān)文化藝術(shù)元素更為形象生動，促進(jìn)人們跨越時空，體會傳統(tǒng)文化之美。本文就此先分析數(shù)字化展示內(nèi)容，隨后介紹3D 打印技術(shù)“復(fù)活”古代傳統(tǒng)壁畫工藝流程和3D 打印技術(shù)“復(fù)活”古代傳統(tǒng)壁畫基礎(chǔ)思路，最后介紹3D 打印技術(shù)“復(fù)活”古代傳統(tǒng)壁畫對展覽的促進(jìn)作用，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。古代傳統(tǒng)壁畫向人類展現(xiàn)出傳統(tǒng)藝術(shù)之美，擁有豐富文化內(nèi)涵，凝聚了古代勞動人民智慧。絢爛多彩的壁畫集中展示了彩塑藝術(shù)以及建筑藝術(shù)等文化內(nèi)容，也是一種重要的文化寶物，而單一傳承手段、推廣技術(shù)，無法充分展現(xiàn)出古代傳統(tǒng)壁畫的魅力，不能進(jìn)一步提高其文化影響力，為此需要合理利用先進(jìn)技術(shù)手段，創(chuàng)新推廣方法，借助3D 打印技術(shù)復(fù)活古代傳統(tǒng)壁畫進(jìn)行宣傳展覽，能夠進(jìn)一步提升文化感染力，使觀覽者能夠深刻體會到古代文化魅力。山西作為一個有著豐富歷史和文化遺產(chǎn)的地方，復(fù)原古代傳統(tǒng)壁畫可以增加其旅游吸引力和知名度，吸引更多的游客前來參觀和學(xué)習(xí)。旅游業(yè)的發(fā)展也有助于地方經(jīng)濟(jì)的繁榮和社會的發(fā)展進(jìn)步。

一、數(shù)字化展示內(nèi)容分析

為更好保護(hù)永樂宮壁畫，合理開展數(shù)字化保護(hù)基礎(chǔ)上，充分利用先進(jìn)的數(shù)字化手段，促進(jìn)永樂宮壁畫全面復(fù)活，為社會大眾提供更加細(xì)致、高清、完善的數(shù)字文化資源，確保廣大群眾能夠身臨其境感受文物面貌，擴(kuò)展見聞，從中得到教育和知識。此次利用3D 打印技術(shù)，能夠進(jìn)一步優(yōu)化展覽創(chuàng)作質(zhì)量，為人們真實再現(xiàn)古代遺跡。首先，圍繞永樂宮通過近景攝影測量和三維激光掃描采集高精度三維數(shù)據(jù)，并針對永樂宮壁畫實施等比例打印，促進(jìn)壁畫實現(xiàn)高色彩、高精度靜態(tài)呈現(xiàn)和沉浸式動態(tài)還原，合理打造出一組能夠進(jìn)行積木式組裝的數(shù)字化高精度展現(xiàn)模塊，支持進(jìn)行海外陳展。此次永樂宮壁畫中，為更好打造沉浸式壁畫體驗展覽，圍繞永樂宮壁畫中的《朝元圖》具體內(nèi)容，借助數(shù)字化技術(shù)手段，將原本靜態(tài)內(nèi)容打造成動態(tài)展示內(nèi)容，促進(jìn)整個永樂宮壁畫全面復(fù)活，能夠使前來觀覽人員零距離感受、觸摸我國古代文化的博大精深，體會到中華文明的魅力，使其重新復(fù)活。在數(shù)字化展覽中，為使整個展覽更具科技性和便利性，基于AR 導(dǎo)覽系統(tǒng)，預(yù)先制作當(dāng)?shù)卣Z言介紹版本，充分滿足海外自主參觀展覽模式，為廣大游客提供更加全面、便捷的觀覽服務(wù)。

二、3D打印技術(shù)“復(fù)活”古代傳統(tǒng)壁畫工藝流程分析

（一）打印范圍、流程

各種3D 打印技術(shù)普遍是以堆疊組裝為主，但組裝形式多樣，部分是噴墨方式，在托盤中率先噴涂液態(tài)塑料物質(zhì)，隨后進(jìn)行打薄處理，繼續(xù)堆疊下一層。除此之外，還包括熔積成型技術(shù)，通過沉積各種塑料纖維素材，構(gòu)成薄層，隨后疊加施工。部分3D 打印系統(tǒng)則是利用微粒粉末進(jìn)行打印，率先在托盤中噴射粉末層，并繼續(xù)噴出液態(tài)粘合劑實施固定，最后燒結(jié)成型。這些也是3D 打印技術(shù)眾多技術(shù)一部分，在具體實施3D 打印技術(shù)過程中，需要結(jié)合實際需求，合理選擇適當(dāng)3D 打印技術(shù)，提高打印制作效果。

此次利用3D 打印技術(shù)復(fù)活永樂宮壁畫的主要技術(shù)流程如下：率先針對永樂宮壁畫進(jìn)行3D 高精度掃描，隨后對所采集3D 數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，迎合古建筑形狀進(jìn)行3D 打印掃描數(shù)據(jù)分隔，將細(xì)節(jié)部位3D 網(wǎng)格模型全面保留，并進(jìn)行3D 曲面模型轉(zhuǎn)化，基于現(xiàn)有3D 曲面模型數(shù)據(jù)進(jìn)行3D 打印編程，結(jié)束上述工作后，便可以正式開始對永樂宮壁畫實施3D 打印，最后進(jìn)行成品處理，加工制作鋁合金框架，組裝框架，并對3D 打印各個模塊進(jìn)行組裝膠合，對3D 打印大模塊組裝膠合模型進(jìn)行底漆噴涂，最后是進(jìn)行全面上色，檢測各個單元模塊質(zhì)量，總體拼裝機(jī)械結(jié)構(gòu)，做好整體拼裝調(diào)試。

（二）技術(shù)要求

此次3D 打印復(fù)制永樂宮壁畫中，關(guān)于形狀精度的要求如下：第一是針對永樂宮壁畫進(jìn)行高精度三維掃描，重建原始信息，控制相關(guān)信息數(shù)據(jù)和問題整體測繪誤差，不能超出10 毫米，部分區(qū)域拼合數(shù)據(jù)誤差不能超出3 毫米，細(xì)部形狀誤差不能超出0.1 毫米。第二是在加工復(fù)制中，結(jié)束掃描得到形影數(shù)字結(jié)果后，進(jìn)一步實施三維轉(zhuǎn)化，并將其和原始數(shù)據(jù)誤差控制在0.05 毫米以下。

色彩復(fù)制精度方面要求如下：第一是加工制作前，應(yīng)該對紋理圖像實施精細(xì)化采集，對應(yīng)紋理采樣精度不能超出300dpi。第二是復(fù)制顏色光譜重構(gòu)平均色差應(yīng)該大于4.0，將整個紋理圖案分辨率控制在300dpi 以上，將形狀和紋理圖案相對分布位置關(guān)系誤差控制在3 毫米以下。

復(fù)制品材料要求方面，應(yīng)該以輕質(zhì)材料為主，最終成果重量總和控制在5噸以下，復(fù)制品材料需要保持相應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度，把抗拉強(qiáng)度控制在10MPA 以上，盡量選擇耐高溫、耐低溫材料，所選材料應(yīng)具備良好耐磨性、防水性、防腐蝕性和阻燃性。裝配方面要求復(fù)制品形成模塊組裝能力，不能出現(xiàn)明顯拼縫，搭配相應(yīng)安裝說明文件。復(fù)制品需要形成整體金屬框架，設(shè)置升降平臺，簡化整個安裝過程（如圖1）。其他要求方面，需要提供配套集成化音響，能夠在建筑內(nèi)清晰外放，不存在明顯回聲。整個音響系統(tǒng)需支持USB 存儲器播放數(shù)字音頻文件和3.5 毫米的接口輸入模擬音頻。

圖1 壁畫搭建

（三）打印過程

3D 打印掃描數(shù)據(jù)在實施預(yù)處理中，計劃利用GEOMAGICSTUDIO 進(jìn)行綜合處理，也是業(yè)界唯一融合三維點云、CAD 造型設(shè)計、三維掃描、三角網(wǎng)格編輯、二維出圖、裝配建模相關(guān)功能的三維設(shè)計軟件。利用這一軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換激光掃描所得點云數(shù)據(jù)，自動形成三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)精準(zhǔn)提取實體、曲面，在三角網(wǎng)格向?qū)嶓w模型轉(zhuǎn)化中，做好數(shù)據(jù)分析和偏差控制，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度。3D 打印編程中，針對分割后結(jié)構(gòu)掃描數(shù)據(jù)利用MAGICS 軟件實施全面編程，并于軟件系統(tǒng)內(nèi)合理設(shè)置底層頂層、層高處理方法、打印速度、打印質(zhì)量、運行速度和支撐結(jié)構(gòu)類型等基礎(chǔ)參數(shù)，生成3D 打印操作文件。3D 打印復(fù)制中，通過模型分塊數(shù)據(jù)優(yōu)化配置3D 打印設(shè)備基礎(chǔ)參數(shù)，并針對整個模型實施分塊打印輸出，打印材料選擇PLA，打印輸出精度是0.5 毫米。

（四）支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合3D 打印加工尺寸最高限值，針對各組單次打印材料合理設(shè)計基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，通過定制模具對鋁合金實施截面加工設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)輕便性和綜合強(qiáng)度。為促進(jìn)各個單體模塊進(jìn)行合理拼接，順利構(gòu)成整體模塊，方便運輸、上色和安裝，搭配模塊支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊組合拼接結(jié)構(gòu)。相關(guān)拼接結(jié)構(gòu)尺寸也是最終運輸、包裝尺寸。

（五）模塊組裝

利用膠粘劑以及機(jī)械緊固定位等措施，提升模塊組裝拼接機(jī)械強(qiáng)度，在緊固機(jī)械后，可以利用膠黏劑對其中細(xì)微縫隙進(jìn)行填充，并提升整體強(qiáng)度，為擴(kuò)大模塊強(qiáng)度，需要在模塊背面涂抹高強(qiáng)度分子聚合材料。模塊主體調(diào)試涵蓋3D 模塊、側(cè)壁支撐結(jié)構(gòu)、框架支撐、地腳腳輪、四周加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的調(diào)試安裝，確保裝配滿足設(shè)計尺寸要求，形成相對穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ζ囱b模塊重量進(jìn)行穩(wěn)定支撐。

三、3D打印技術(shù)“復(fù)活”古代傳統(tǒng)壁畫基礎(chǔ)思路

（一）雕塑技術(shù)革新

3D 打印技術(shù)涉及多種專業(yè)領(lǐng)域?qū)W科知識，涵蓋數(shù)學(xué)、工程學(xué)、科學(xué)以及設(shè)計等領(lǐng)域，3D 打印同時也是添加劑制造過程，選擇放置、形成材料添加層構(gòu)建三維物體。3D 打印離不開基礎(chǔ)打印材料、數(shù)字文件以及打印機(jī)，率先利用特定軟件掃描目標(biāo)對象實施三維建模，隨后構(gòu)建三維模型相關(guān)數(shù)字文件。并將文件傳輸至多個位置和單獨打印機(jī)，成功打印3D 對象。3D 打印在應(yīng)用于古代傳統(tǒng)展覽中，無須浪費其他原材料和時間成本，能夠?qū)糯鷤鹘y(tǒng)壁畫進(jìn)行靈活打印，縮短設(shè)計、制造時間。技術(shù)革新能夠推動產(chǎn)品的進(jìn)步，此次利用3D 打印技術(shù)進(jìn)行壁畫重現(xiàn)，能夠提高整體展示效果。

（二）轉(zhuǎn)化創(chuàng)作思維

3D 打印這一先進(jìn)技術(shù)的誕生，為古代傳統(tǒng)壁畫重現(xiàn)和展覽規(guī)劃設(shè)計提供全新思路，能夠利用科技手段打造現(xiàn)代化藝術(shù)展品。比起傳統(tǒng)展覽模式，相關(guān)藝術(shù)家利用計算機(jī)軟件相關(guān)命令，能夠?qū)糯鷤鹘y(tǒng)壁畫進(jìn)行創(chuàng)作，通過數(shù)字雕刻提高工作靈活性，并基于數(shù)字化模型進(jìn)行撤銷更改，同時3D 打印能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行簡單拉伸、擠壓，提高了模型創(chuàng)作自由度。為成功打造出高質(zhì)量展品，相關(guān)3D 打印技術(shù)人員需要加深對繪畫技巧、構(gòu)圖和雕塑等方面的認(rèn)識和理解，計算機(jī)提供一種更加靈活、強(qiáng)大工具掌握相關(guān)藝術(shù)技巧，因其進(jìn)一步模仿、擴(kuò)展整個雕塑過程，輔助建模，能夠提高作品藝術(shù)性。

（三）突破作品形式

借助先進(jìn)技術(shù)融合互動媒體和數(shù)字技術(shù)傳達(dá)出各種抽象復(fù)雜概念。3D 打印重現(xiàn)古代傳統(tǒng)壁畫中，通過數(shù)字化工具，探索傳統(tǒng)藝術(shù)材料創(chuàng)新雕塑方法。在3D打印技術(shù)下，進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)家和藝術(shù)家協(xié)同合作，能夠把古代傳統(tǒng)壁畫中較為抽象、復(fù)雜數(shù)據(jù)概念轉(zhuǎn)化為可欣賞、理解的作品，擴(kuò)大傳播受眾。從藝術(shù)領(lǐng)域分析，數(shù)據(jù)為主題能夠促進(jìn)相關(guān)藝術(shù)作品更加容易得到證明，除了設(shè)計美學(xué)價值，作品在信息呈現(xiàn)中，也擁有獨特內(nèi)在價值。圍繞古代傳統(tǒng)壁畫可以選擇代表相同數(shù)據(jù)和不同材料進(jìn)行創(chuàng)作，借助3D 打印能夠幫助生動呈現(xiàn)古代藝術(shù)作品，深刻解釋作品信息，突破傳統(tǒng)藝術(shù)作品形式，擴(kuò)大藝術(shù)影響力。此次古代傳統(tǒng)壁畫展覽設(shè)計中，為全面展現(xiàn)出壁畫豐富細(xì)節(jié)和文化底蘊(yùn)，應(yīng)用數(shù)字屏幕搭配高保真復(fù)制等技術(shù)融合方式進(jìn)行作品展示。

四、3D打印技術(shù)“復(fù)活”古代傳統(tǒng)壁畫對展覽促進(jìn)作用分析

觀妙入真屬于一種美的體驗，代表觀眾對展覽藝術(shù)作品進(jìn)行欣賞中，能夠體會到其真實魅力（如圖2）。永樂宮作為我國元代時期重要建筑，其中內(nèi)部壁畫也是十分寶貴的藝術(shù)遺產(chǎn)，借助3D 打印技術(shù)修復(fù)壁畫，可進(jìn)一步提升展覽質(zhì)量，優(yōu)化觀眾體驗。

圖2 《觀妙入真——永樂宮保護(hù)與傳承》展壁畫復(fù)原展廳實景

（一）提升展覽真實度

基于3D 打印技術(shù)修復(fù)壁畫能夠?qū)⒂罉穼m壁畫原貌重現(xiàn)出來，使其更加飽滿、真實。經(jīng)過全面修復(fù)處理，能夠全面恢復(fù)壁畫的細(xì)節(jié)、線條和色彩，提高真實度，凸顯出壁畫原始藝術(shù)效果。如此能夠使廣大觀眾更為直觀接觸、欣賞和體驗壁畫創(chuàng)作藝術(shù)家的獨特表現(xiàn)技巧和創(chuàng)作意圖，從而得到更為真實觀覽體驗。此次永樂宮壁畫展覽利用3D 打印技術(shù)進(jìn)行復(fù)活創(chuàng)造，能夠展現(xiàn)出壁畫中形式豐富、類型多樣的建筑形象，并將其轉(zhuǎn)化成三維建筑模型和數(shù)字化3D 打印建筑模型，同時展覽中還能夠呈現(xiàn)出數(shù)字化高清文物、壁畫復(fù)制品，使廣大觀覽群眾能夠更為直觀、深刻體會到古代傳統(tǒng)壁畫內(nèi)建筑之美。在3D 打印技術(shù)下，率先利用計算機(jī)系統(tǒng)刻畫三維立體模型，隨后向?qū)I(yè)打印機(jī)內(nèi)添加粉末或膠體等打印材料，促進(jìn)計算機(jī)和打印機(jī)全面連接，并利用計算機(jī)控制打印層層疊加相關(guān)打印材料，構(gòu)建三維立體模型，最終使電腦內(nèi)設(shè)計藍(lán)圖轉(zhuǎn)化成具體實物，此次古代傳統(tǒng)壁畫展覽中，利用3D 打印技術(shù)對壁畫進(jìn)行重新掃描后，利用相關(guān)材料建模真實再現(xiàn)出來，能夠提高展示效果?；?D 打印技術(shù)能夠?qū)ξ覈糯鷤鹘y(tǒng)壁畫進(jìn)行全方位再現(xiàn)，展示出壁畫的每一個細(xì)節(jié)，不留遺漏，使人們觀賞到更加完美、生動、真實的藝術(shù)作品，加深印象。

（二）提升觀覽感受，深化了解

3D 打印技術(shù)應(yīng)用于壁畫修復(fù)、重現(xiàn)當(dāng)中，能夠加深觀眾對整個永樂宮文化的認(rèn)識和了解，深化體驗。永樂宮從元代定宗貴由二年開始動工興建，一直到元代至正十八年才竣工，整個施工期長達(dá)110 多年。元中統(tǒng)三年時，將其擴(kuò)為“大純陽萬壽宮”，整個壁畫承載著厚重歷史文化和豐富宮廷故事。通過3D 打印技術(shù)修復(fù)壁畫，能夠幫助觀眾打造真實宮廷場景，通過身臨其境的方式深刻體會宮廷文化之美，感受歷史厚重，突出元代宮廷藝術(shù)特色魅力。通過3D 打印技術(shù)復(fù)活永樂宮壁畫，不但能夠使人們看清，還可以使人們看懂，長達(dá)13 米、高達(dá)4.2米的兩幅3D 打印作品亮相于永樂宮壁畫保護(hù)與傳承展覽中，將原本壁畫細(xì)節(jié)、色彩進(jìn)行高度還原，甚至所采集的昆蟲翅膀紋路都細(xì)致打印出來。前來觀賞群眾圍觀拍照。此次展覽中借助先進(jìn)技術(shù)支持，將傳統(tǒng)說明展覽方式轉(zhuǎn)化為互動游戲，觀覽人員開啟手機(jī)小程序?qū)Ρ诋嬤M(jìn)行掃描，便可以對其中角色進(jìn)行準(zhǔn)確識別，深入學(xué)習(xí)了解人物故事。在展覽中依托3D 打印和數(shù)字技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)作，能夠?qū)糯鷤鹘y(tǒng)經(jīng)典壁畫進(jìn)行原比例高保真復(fù)原，確保海外游客能夠進(jìn)行零距離觸摸，直觀體會中華文化源遠(yuǎn)流長。

（三）打造更為自然、生動視覺效果

基于3D 打印技術(shù)重現(xiàn)古代傳統(tǒng)壁畫，進(jìn)行壁畫修復(fù)能夠給觀覽人群提供更加自然、真實的視覺體驗，從而激發(fā)觀覽群眾對永樂宮壁畫的情感共鳴，深化內(nèi)心印象。人們通過3D 打印形成的壁畫作品，能夠深入賞析傳統(tǒng)文化之美，展覽電子屏中分三次展現(xiàn)出一幅數(shù)字壁畫，首先是色彩減退現(xiàn)狀，隨后將青山綠水原貌進(jìn)行重現(xiàn)，隨后整個壁畫甚至靈動起來，能夠看到山間瀑布直流而下，有人在其中漫步，水下的魚來回游動。青山綠水作為壁畫中常見元素，此次永樂宮壁畫中部分繪制細(xì)節(jié)和色彩，因為歷史久遠(yuǎn)逐漸模糊，經(jīng)過3D 打印和數(shù)字修復(fù)后，能夠使觀覽者直觀體會壁畫神韻。由此能夠看出，3D 打印技術(shù)在壁畫修復(fù)中提升觀眾體驗，優(yōu)化展覽質(zhì)量，具有積極促進(jìn)作用。壁畫經(jīng)過重新修復(fù)后，能夠使觀眾更為深刻、真實感受歷史厚重感和宮廷藝術(shù)魅力，增強(qiáng)觀眾對永樂宮歷史文化的感受和了解。為此將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于壁畫展覽修復(fù)中，不但能夠?qū)φ滟F的藝術(shù)遺產(chǎn)進(jìn)行合理保護(hù)，同時還可以幫助觀眾在觀賞壁畫中得到更加豐富、深刻藝術(shù)體驗。

五、結(jié)語

綜上所述，想要促進(jìn)文化傳承，需要合理利用信息化、數(shù)字化等先進(jìn)技術(shù)手段，提高資源傳播力。3D 打印技術(shù)這種新興技術(shù)手段，處于現(xiàn)代化社會中擁有較大發(fā)展?jié)摿?，通過融合3D 打印技術(shù)和古代傳統(tǒng)壁畫，能夠促進(jìn)文化藝術(shù)靈活再現(xiàn)，打造出更加美妙的藝術(shù)作品，為人們呈現(xiàn)出更加生動、形象的文化藝術(shù)，促進(jìn)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化順利傳承發(fā)展，提升文化傳播力。