不可移动的云冈石窟 “离家出走 环游世界”(2)

　　其次是3D复制技术的对比，其大致分为增材制造和减材制造两类。增材制造是用材料不断地把石窟雕像堆积出来，而减材制造是3D雕刻机一点点把石窟造型挖出来，将多余部分从原本的材料中切出去。“我们最早尝试的是3D雕刻技术，它的高精度数控车床CNC技术的精度很高，可以达到非常好的复制效果。但是对材料的要求很严格，如果用轻质材料进行加工，如何在雕刻过程中让轻质材料保持承受强度才能达到很好的精准度是一个挑战。”浙大团队在复制品的材质重量和它的精度之间难以抉择。实验过程中，浙大团队发现3D雕刻技术有着它的局限性。“云冈石窟的雕刻造型千变万化，当3D雕刻技术处理形状比较复杂的造型时，就会产生雕像之间互相遮挡的问题，因此就必须要将它们拆解，进行分别加工，这给工作带来了极大的不便。”刁常宇解释着。

　　而增材制造的3D打印技术，却没有这方面的缺陷。经过了两年多的研究试验，浙大团队最终确定采用3D打印技术。

　　2016年8月，浙江大学文化遗产研究院与云冈石窟研究院合作的“可移动3D打印复制洞窟”正式立项。

　　项目团队由云冈石窟研究院、浙江大学、美科图像(深圳)有限公司联合组成，云冈石窟研究院主要负责学术研究和人工上色，浙江大学主要负责关键技术研发，美科图像主要负责3D打印和结构制作，山西云冈数字科技主要负责人工上色，其中石窟三维数字化采集与处理工作主要由云冈石窟研究院和浙江大学合作完成。三家团队将携手挑战“不可能”。

　　遇阻

　　处理海量扫描数据 触及到了这个领域的“天花板”

　　云冈石窟第12窟又名“音乐窟”，开凿于公元五世纪，色彩丰富，其中雕刻的天人形象和中外乐器，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，很好地展现出音乐风尚与时代风貌。此外，第12窟前殿后室，入深14米，宽11米，高9米的大小适合可移动展览，方便运输且可操作性强。最终，云冈石窟研究院选择了第12窟作为复制对象。

　　“对第12窟的数字化采集触及到了这个领域的‘天花板’。”刁常宇感叹道。云冈石窟的洞窟空间巨大，造像高浮雕、浅浮雕等多种雕刻手法纯熟应用，各种遗迹空间深度尺度复杂，扫描和测绘难度极高。

　　浙江大学与云冈石窟研究院的合作团队采用浙大团队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，对第12窟进行高保真三维数字化数据采集。历时三个月，最终完成了52站三维激光扫描并拍摄了55680张照片。

　　数据采集之后，需着手做分析和计算，“团队要把采集扫描的图像和数据通过算法合并在一起，合并的过程形成了数据之间的连接，相互之间有一种约束，让整体的结果互相补充，不留下死角，使其精度更高。”

　　然而，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”。

　　“我们感受最深的是数据处理的困难，我们拿到海量数据时，最好的计算机都没有完成对它的处理，现成软件处理所需要的时间也远远超出我们的接受范畴，甚至有的软件根本不知道它能运行多长时间才能结束。”刁老师回忆道。

　　对他们来说，这是跟时间赛跑的实验，“在我们处理信息的时候，其他两家合作公司只能等着我们。这是我们感到压力最大的事情。”

　　浙大团队只能回到最初的原点，再次研究最基本的算法。团队的四位博士与硕士不断攻关，把不同设备采集的数据整合在一起。庆幸的是，他们最后实现了关键性突破，保证在有限时间里处理完了数据，成功建立了第12窟的高保真彩色三维模型。

　　“比我承诺的时间晚了半年左右，这是我们没有预料到的。原本以为半年就可以完成数据处理，但最后用了一年左右的时间。”刁常宇笑道。

　　攻关

　　没有参考案例 每一个环节都充满挑战

　　漫长的等待之后，负责成型加工的深圳美科图像有限公司终于拿到了处理完成的数据，然而他们面临的是单次打印成型的成品体积较小的问题。

　　相继而来的困难和攻关实验已经是团队的家常便饭，“每一个环节都有新的挑战，因为我们是第一个做这件事的团队，没有可供参考的技术和案例，在摸索的过程中，肯定会不停碰钉子。”

　　采用分体式3D打印方式，他们是第一个“吃螃蟹”的团队。此前没有先例，也没有技术成形的路径，需要边摸索边突破。为解决单次成型体积较小的问题，美科图像有限公司专门研发了可以打印1×1×1.5米的大型3D打印机。制作的20台大型3D打印机可以确保一次打印成型，运用3D打印铸模技术复制文物本体的所有细节。