计算机技术在文物修复中的应用,三维扫描及快速成型技术在文物修复中的运用...
随着数字化技术的快速发展，在博物馆文物保护与修复领域中扮演着重要角色的三维扫描及快速成型技术逐渐成为主流工具。通过利用三维扫描仪获取文物表面精确坐标并生成高精度模型，在此基础上运用快速成型技术制作局部修补材料，并结合粘接工艺完成破损文物的修复工作。这种方法不仅能够显著缩短修复周期、提高复原精度，还能够有效保护文物本体免受二次破坏，在故宫等机构的实际运用中也取得了良好效果[1]。
参考文献：
[1]朱长永,马超,沈九美.三维数据处理及3D打印技术在文物修复中的应用[J].数码世界,2018(8):154-155.
苏一飞 张怡晗
摘要
关键词：三维扫描;快速成型;文物修复;CCD相机
2016年，《我在故宫修文物》纪录片在中央电视台播出后，在观众中引起了广泛关注。随着数字技术的快速发展及其在文物修复领域的广泛应用，“人工修复”的概念正逐步向智能化方向发展。目前而言，在故宫博物院等机构中推行的博物馆数字化战略尚未完全成熟，在文物修复实践中主要依赖于三维扫描技术的应用：即通过扫描获取数据后，在计算机上完成建模，并利用3D打印技术制造局部材料随后将其精确粘合到原有文物表面从而实现快速修复这一工艺流程。值得注意的是这种方法已在陶瓷漆器等传统工艺类文物修复中展现出良好的应用效果
1 博物馆数字化背景下文物保护的新技术
近年来，在博物馆领域内，数字化技术和相关创新手段已经获得了广泛应用。举个例子来说，在虚拟现实技术支持下，那些历史悠久的文物得以'复活'。利用全息成像技术，则可以将一些珍贵文物的真实影像进行高精度还原。此外，在AR展示屏的应用下，则能够使历史文物更加贴近观众。值得注意的是，在提升游客观展体验的同时，这些数字技术支持还能够在文物保护和修复工作中发挥着不可或缺的作用。对于从事博物馆文化遗产保护工作的专业人士而言，在娴熟地应用上述数字技术支持的情况下，则可以在文化遗产修复工作中取得事倍功半的效果。
2 三维扫描及快速成型的技术原理
2.1 三维扫描技术
在进行文物三维扫描的过程中
2.2 快速成型技术
基于三维扫描技术、计算机数控技术和精密伺服驱动技术协同作用的基础之上，形成了可以迅速制作特定形状材料的技术手段——快速成型技术。其基本流程主要包括：首先通过计算机生成所需修复区域的三维模型；随后选用与文物本体材质一致的制作材料；再由计算机控制精确切割和分离所需的部分；最后通过粘接工艺对剩余部分进行密封处理，从而实现修复效果。对于常规尺寸的文物来说，在短短几分钟内即可完成整个立体打印过程——实现了快速成型的技术优势。当获得成型材料后，则可以通过密封处理让其填补文物缺失部位，并与原有结构完美融合——最终完成了对破损文物的修复工作。
3 基于三维扫描和快速成型技术的文物修复
就其类别与材质而言
3.1 文物的表面清洗
在修复破损文物的过程中，首先要进行内外表层的彻底清洗工作以确保后续操作的有效性。为了最大限度地保护文物免受二次损坏，在清洗过程中必须选用专门的无残留、不易渗透类型的试剂，并且必须按照规范操作环境来进行操作以避免空气污染物导致交叉感染的可能性。当文物表面存在较多灰尘时可以通过湿润宣纸并将其轻贴于瓷器表面然后轻轻揭下使多余的灰尘得以吸附干净之后再利用洁净棉签清理掉所有凹凸不平区域最后通过自然风力辅助干燥即可完成清洁过程。
3.2 文物局部加固
瓷器发生破裂后，在表面会形成局部的缺失。这些地方可能会伴随不同级别的裂纹出现（图中用箭头标注）。这些裂纹如果不及时处理，则可能在未来一段时间内导致进一步开裂与破损的风险上升（这一步骤同样适用于其他类型的陶瓷制品）。为了防止粘接和修复过程中周边区域再次破裂（尤其是那些容易产生二次损伤的位置），应在修复前进行必要的加固处理以避免问题扩大。这里推荐使用双组份透明环氧树脂胶料（简称环氧树脂），具体操作是沿著裂纹走向注入相应的胶料并让其自然渗透至裂纹内部。大约3分钟后取出多余的胶料并彻底清洁表面即可达到理想的效果
3.3 文物修复
在完成相关准备工作后, 采用美能达VIVID9i激光扫描设备进行文物三维建模。随后可选使用Rapidform或Geomagic Studio等逆向建模软件, 以构建文物缺失区域的三维结构。其中, 该扫描设备精度达到±50nm, 具有良好的细节捕捉能力, 能够有效还原文物表面特征。
通过3D打印技术实现了补全材料的生成。制作完成的三维模型被保存为STL格式后接入三维层析系统进行修复工作。本项目采用的是Object30光敏树脂三维打印机，在操作过程中其层积厚度设定为0.03mm，并支持290×190×150mm的最大可加工尺寸。在实际操作中，在喷射过程中使用的材料分为两类：一类是用于构建模型的核心材料即光敏树脂，在紫外光照下经过固化处理形成所需的空间结构；另一类则用于填充模型内部空隙并提供支撑功能这种特殊功能的辅助材料经紫外光照处理后可以在制造过程中提供必要的支撑保障整体结构稳定性且完成之后可通过高压水枪彻底清除避免残留影响通过反复交替进行喷涂与固化操作最终完成了对原始模型内部缺陷的有效修复获得了完整的三维重建结果。
- 粘接修复文物。通过UV光敏树脂打印出的材料与文物缺口部位进行对比分析。若发现两者存在一定的尺寸差异，则需借助工具对修复部位进行精细修整。随后，在文物断面及填补材料的相应断面上均匀涂抹UV光敏树脂。将填充材料与文物对接后施加适度压力以确保其稳固连接。利用400纳米波长的紫外光源照射修复区域。建议将被修复的瓷器放置于光源正前方10至15厘米处，并持续照射约90秒以完成固化过程。
4 文物三维扫描及快速成型技术的发展前景
新技术的应用与推广，在文化遗产保护与修复领域发挥着重要作用。通过将三维扫描技术与快速成型技术相结合,不仅能够显著缩短文物修复所需的时间。对于那些馆藏作品数量较多、修复任务较为繁重的博物馆而言,这类数字化技术的应用有助于减轻博物馆文物修复人员的工作压力,从而将文物保护水平提升到一个全新的水平。随着人工智能技术和数字化技术的进一步成熟,以及新型材料的应用不断扩展,都将为智能修复这一领域提供更为广阔的前景。展望未来,不仅能够实现破损文物的复原与重建,还能够通过对材料进行"做旧"处理,最大限度地提高整体完成度.使修复后的文物呈现出一种自然天成的艺术美感。
5 结语
在文物修复领域中，在不采用人工干预的情况下运用现代科技手段是一项具有重要意义的技术方案。具体而言，在这一方案实施过程中主要包含三个步骤：首先通过三维扫描技术获取文物的三维坐标数据，并以此准确确定待修复区域的空间结构；其次采用快速成型技术制造所需立体模型；最后将模型与文物本体进行精确粘合固定以完成修复工作。相较于传统的人工修复方式而言，在工作效率、实际效果以及对文物本体保护等方面均体现出显著优势的技术方案，在当前社会背景下值得推广应用
参考文献
朱长永、马超与沈九美共同探讨并实施了...技术方案。该方案通过...实现了...的技术突破与创新。
[2] 余健. 应用3D技术于文物修复领域——基于四川广汉三星堆博物馆的三维扫描与3D打印案例[J]. Journal of Technology and Economic Conduct, 2017(17): 45-46.
[3] 杨蕴. 探讨其技术特点及其在陶瓷文物修复及复制过程中的具体应用场景[J]. 文物保护与考古科学, 2015(02): 112-115.]