唐劍隱，胡耀佳，高力強，王為剛，陳世輝，黃年喜

(武漢工控藝術制造有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

武漢工控藝術制造有限公司原博物館文物復制項目“宋徽宗大晟編鐘”原始蠟模因放置年代較長，表面出現(xiàn)裂縫、紋飾淡化、開裂，如果不進行及時修復將造成蠟模無法繼續(xù)使用，將對大晟鐘的衍生文化產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)造成嚴重損失。本文利用先進的三維掃描技術和專業(yè)軟件對大晟鐘原始蠟模進行搶救性修復，并建立三維實體模型，實體模型可直接輸入3D打印機打印，從而達到永久保存的目的。

1 破損蠟模的修復方法

1.1 蠟模的原始數(shù)據(jù)三維掃描

三維掃描儀使用先進的德國蔡司COMET-L3D-2系列藍光掃描儀。此掃描儀為非接觸式光柵藍光三維掃描儀，其工作原理為使用藍光對輸入對象進行三維掃描，使用CCD相機接收其反射光束，根據(jù)三角測距原理獲得與拍攝物體之間的距離，并進行三維數(shù)據(jù)化處理，經(jīng)過軟件處理得到物體的坐標點(稱點云)或者三角面，掃描精度可達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，因此非常適用于文物修復相關行業(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

由于大晟鐘蠟模放置時間太久，蠟模表面因氣候、保存條件等原因出現(xiàn)較嚴重的表面脫落，形成較多的表面坑洼現(xiàn)象，需對坑洼處點云數(shù)據(jù)進行局部處理。

1.2.2 紋飾分析

因大晟鐘紋飾精細，且蠟模損壞較嚴重，故細節(jié)紋飾損壞較嚴重，主要特點如下：①紋飾整體變淺，需修復加深；②正鼓紋飾出現(xiàn)局部斷裂，需將裂縫填補后對連接處紋飾進行精修；③紋飾表面有較多坑洼現(xiàn)象，需進行局部處理。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 大晟鐘蠟模的修復

2.1 基于Geomagic軟件對數(shù)據(jù)的前期修復

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

在掃描雜點處理完成后，對大晟鐘進行前期修復。前期修復主要包括選擇斷開點云連接、減少噪聲、按曲面曲率修補坑洼表面、填充孔、表面光順處理等。

在去掉掃描過程中產(chǎn)生的雜點、噪聲點的過程中，需根據(jù)掃描數(shù)據(jù)整體情況合理設置相關參數(shù)。比如在選擇非連接項的過程中，“分隔”的參數(shù)應設定為“低”，這樣系統(tǒng)將會自動選擇離主點云較近的部分而并不屬于主點云的雜點。

在對數(shù)據(jù)表面坑洼處理時應使用套索和填充相結合的方式進行修補，先使用套索工具選取坑洼表面進行點云刪除，之后使用填充工具，按照曲面曲率進行孔修補。

由于蠟模是手工雕刻而成，蠟模表面無法做到機器雕刻的光滑程度，故掃描后的數(shù)據(jù)整體表面顯現(xiàn)出細微的凹凸狀態(tài)。但是在實際要求中，希望數(shù)據(jù)整體光滑無凹凸。所以前期修復的最后一步需對數(shù)據(jù)進行表面光順處理，表面光順處理使用“消除”、“消除釘狀物”和“砂紙”命令相結合的方式進行處理。采用“消除”和“消除釘狀物”兩個命令對整體表面進行光順處理，對于局部粗糙使用“砂紙”命令處理。圖4為同一局部使用Geomagic軟件進行修復前后的對比圖。

圖4 同一局部使用Geomagic軟件進行修復前后的對比圖

2.2 基于Zbrush軟件對數(shù)據(jù)精修處理

精修處理的主要目標有兩個:①使用Zbrush軟件將前期修復數(shù)據(jù)面片進一步平滑;②對正鼓斷裂處紋飾進行修復。為了達到這兩個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軟件進行精修前后的對比圖。

3 結論

本文探索利用三維掃描技術、專業(yè)三維處理軟件及專業(yè)雕刻軟件相結合的方式對大晟鐘受損蠟模進行搶救性修復的方法，經(jīng)試驗證明該方法修復后的模型基本復原了破損前原始蠟模，在達到修復要求后，建立修復后的三維實體模型，并存入公司三維數(shù)據(jù)庫，通過修復后的三維實體模型可直接輸入3D打印設備進行打印，達到永久保存和使用的目的。

圖5 同一局部使用Zbrush軟件進行精修前后的對比

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