世界首个可拆卸3D打印数字化石窟 云冈石窟第12窟全球巡展

山西大同的云冈石窟闻名遐迩，它与敦煌莫高窟、洛阳龙门石窟和麦积山石窟并称为中国四大石窟艺术宝库。今天起，杭州人不用出远门，在家门口就能一睹这个中国雕塑史和中国建筑史相结合的艺术瑰宝。

据了解，此次在浙大艺博馆开展的“魏风堂堂：云冈石窟的百年记忆和再现”特展，许多展品为首次向公众集中展出。展品还包括浙江大学文化遗产研究院与云冈石窟研究院联合完成的世界上首个可拆卸3D打印数字化石窟：云冈石窟第12窟。这是世界上首个可拆卸3D打印数字化石窟，杭州则是其走向全球巡展的第一站。

最大看点

用3D打印技术1∶1还原第12窟

云冈石窟迈出“行走”世界第一步

山西云冈石窟研究院副院长卢继文介绍，云冈石窟现存45个主要洞窟，此次采用3D打印还原的第12窟又名“音乐窟”，原窟前殿后室，进深14米，宽11米，高9米。这个石窟开凿于5世纪，其中雕刻的天人形象和中外乐器，展现出音乐风尚与时代风貌，这些“天人”也是我国古代最早的宫廷交响乐团，在中国音乐舞蹈史上具有极其重要的地位。

“3D打印1∶1还原，而且是全球首例可移动的3D打印复制洞窟。”说起这个，浙大艺博馆馆长白谦慎很自豪：这是浙大文化遗产研究院与云冈石窟研究院联合项目组攻克多种难关后，让云冈石窟迈出“行走”世界的第一步。

据了解，2016年8月起，两家单位的合作团队采用浙大探索出来的一套三维激光扫描与摄影测量融合构建文物三维模型的解决方案，前后历时3个月，对第12窟进行了52站三维激光扫描并拍摄了55680张照片。之后，经过摄影测量计算和人工交互三维处理，合作团队成功建立了第12窟的高保真彩色三维模型。这种记录方式，永久地保存了云冈石窟及其珍贵文物信息，留下了高精度三维数字化档案。浙江大学文化遗产研究院副院长李志荣说，对文物进行数字化记录，为其建立详实的数字档案，是文物保护的重要手段之一，而打印呈现本身的实现，表明数字化记录达到了考古记录，特别是测量记录的最高标准，从而实现云冈石窟“活起来”“走出去”。

有关专家表示，该项目的完成，标志着我国在文化遗产数字化保护及传承利用中实现了多方面的技术突破，开创了中国文化遗产数字化保护及传承利用新的里程碑。

难点攻克

数据太多无法在一个软件中处理 切分、拼接每一步都是难题

云冈石窟的洞窟和造像，空间巨大，高浮雕、浅浮雕各种雕刻手法应用纯熟，各种遗迹空间深度尺度复杂，扫描和测绘难度高。

浙江大学文化遗产研究院副院长刁常宇说，在技术上，第12窟的数字化采集触及到了这个领域的“天花板”。海量的高精度三维扫描数据采集和大量的分析计算，是数字化记录中的“拦路虎”。

刁常宇解释，如此大体量的数据无法在一个软件系统中处理，因此要根据石窟的结构进行分块处理。就好像一张A4的图片，我们用普通软件就可以打开;但当这张图片有20平方米那么大时，除了电脑的内存不够外，普通软件也打不开这张图片。

切开再拼起来是不是可行?刁常宇说：“说起来简单，但做起来并不容易。怎么切分、切块的设计如何与支撑骨架吻合，最后又怎么拼成整体……每一步都是难题。”

如果说拆开来分块难，那么合在一起数据拼接就非常考验分块间的空间精度。

3D打印固化成型后并不具石材质感 形色还原如何能做到“复制化”

数据采集完了，也准备再造一个石窟用于日常展示，3D打印是一个比较好的选择。

在没有业内先例的前提下，合作团队决定采用分体式3D打印，边摸索边突破。比如，为解决单次成型体积较小的问题，专门研发了可以打印1×1×1.2米的大型3D打印机，确保一次打印成型，运用3D打印铸模技术复制文物本体的所有细节。

实现了形的打印，但色的赋予怎么办?李志荣说，3D打印用的是高分子材料，固化成型后并不具备石材的质感，最后发现可以通过“赋色”环节填补缺憾。

这里的“色”，是指文物的材料、质感、颜色等综合历史信息，通过这一环节，数字模型才能实现“原真”，才能呈现历史与沧桑。李志荣说：“质感的重要性体现在哪里?游客走进复制窟的时候，不能让他们的潜意识里有走进塑料堆的感觉。”

由于目前各类3D着色或3D打印技术都无法在赋色的同时营造特定的质感，经过几年的比对实验，合作团队最终还是决定采用比较费时、费力的人工上色方法，以寻求最大程度的原真再现。但此时，又遇到了一个让合作团队纠结的问题。李志荣说，云冈石窟离煤矿近，12窟现存的石窟雕像呈煤灰色。在人工复制时，要考虑石窟自然风化等条件下的色差变化，那么，要不要将煤灰影响这种破坏痕迹也复制呢?几经讨论，最后决定选择洞窟刚诞生时的鲜亮，即比现存的石窟颜色要鲜亮一些。

合作团队依照古法，用矿物颜料为900多平方米的复制窟上色。历经8个月，终于让12窟完成了其形色具足的复制。据了解，通过手工在现代材质基底上“装銮绘色”来恢复如此规模的石窟样貌，也是文物界有史以来第一次，而且色彩还原度达到95%以上。

3D拼装中一个小误差都会导致错位 怎样让一个石窟“说走就走”

深14米、宽11米、高9米的石窟复制出来不容易，而合作团队的目的是想让它能够在全世界“行走”，通过数字化让收藏在博物馆里的文物、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字都“活”了起来。为此，浙大在云冈石窟第12窟的复制中，创新性地使用了“积木式”的新技术和制作方法，开创了文物艺术品展览便捷运输、安装、展陈的新模式。

复制成功的云冈石窟第12窟由110块2米见方的“积木”分6层进行组装组成。这些“积木”总重量约2吨，8辆标准集装箱车就可能装得下，一周即可组装完成布展。

万丈高楼平地起，这是人们对垒砌的一般概念，从下往上搭建是最常用的方式。但是在3D拼装的过程中，任何一个小的误差都会导致错位，并可能导致最后无法安装。合作团队另辟蹊径，选择了从上往下安装的策略，把误差往下压。用刁常宇的话说，“把累积误差留给开口的位置，误差就被消化掉了”。据悉，最终实现三维重建误差小于2毫米。

“说走就走”的展览结构为轻质铝合金框架，分体式半自动化安装。现场无需搭建传统的脚手架，低空作业组在地面上组装好一层再吊到顶部安装，整个过程就像由上往下搭积木，提高了装配效率，缩短了安装周期。