三維掃描儀在當代雕塑領域的應用

摘 要：隨著中國工業技術的發展，三維激光掃描儀在雕塑領域的運用越來越多。由于三維激光掃描儀品種復雜多樣，因此用什么類型的三維掃描儀以及如何合理運用到雕塑領域，是運用現代科學技術促進傳統技術進步的關鍵。

關鍵詞：三維掃描儀；雕塑造型；3D技術

幾年前，三維掃描儀在雕塑家眼里還是比較陌生東西，因為只有工業才用得上“三維坐標儀”，至于掃描儀器設備，也只是在印刷、醫學領域有涉及。雖然也有業內人士想把這個三維掃描技術用在雕塑領域，但也只是個設想，并不知道具體的概念。近年來，隨著三維技術的迅猛發展，三維掃描儀、三維打印機等3D技術應運而生，特別是三維掃描技術，已經非常成熟，精度越來越高，自身也越來越輕便。而且隨著技術的成熟，我們在雕塑的制作工程中，運用了一些掃描設備，并總結出了一些經驗與大家共享。

1 三維掃描儀的工作原理介紹

（1）三維掃描儀又叫3D掃描儀，之所以叫三維掃描是因為傳統掃描所測數據輸出都是二維的，以全站儀及GPS居多，在科學技術逐步發展的今天，三維技術已經逐步替代二維技術，因為其長、寬、高的立體三維掃描數據比傳統二維掃描數據更直觀。目前，我們所接觸的三維掃描儀的測量手段主要分為激光測量、電磁波測量、超聲波測量，其中三維激光掃描儀運用得比較廣泛。

（2）三維激光掃描儀的工作原理介紹，是用條狀激光對掃描物體進行掃描，使用CCD相機接受激光反射光束。再根據光速測距原理獲得與掃描物體之間的距離，在進行數據化處理。經過軟件把相鄰的3個點連成三角面，有這些三角面組成許多面片組，結構越復雜，面片組越多，細節就越多。從掃描形式上分為：棱鏡掃描、全息掃描。有些掃描要在掃描物體上貼反光點，有些要在特定的背景下掃描，有些不允許掃描物體挪動，少許震動都不行。有的可以手持掃描，掃描到哪里數據就合成到哪里。各種各樣五花八門。

2 在雕塑領域如何選擇三維掃描儀

2.1 了解雕塑造型的特點

根據雕塑造型的特點，結合三維掃描儀的工作原理，我們談談什么樣的掃描儀適合雕塑掃描。首先，我們要了解工業造型和雕塑造型的區別，因為許多三維掃描儀是應用到工業領域的。工業造型大多是光滑的曲面，而用特定的函數可以表達規則的曲面，因此，只要測出曲面轉折的關鍵幾點，就可以推算出整個表面。而雕塑的形體屬于不規則形體，造型復雜，除了抽象雕塑基本沒有規則表面可言，而且掃描的盲點也比較多，比如衣紋褶皺的內側轉折部分，骨骼肌肉的不規則形體如果用函數表達就會很龐大，有些雕塑表面保留坑洼的肌理效果，所以要掃描的地方比較復雜。從精確度上說，工業造型需要比較高的精度，而雕塑卻不需要很高的精度，因為零點幾毫米的誤差在雕塑上根本不是問題。

2.2 適合雕塑行業掃描的三維掃描儀的特點

（1）設備要求輕巧便攜，因為在雕塑工作室，材料和輔助設備比較多，環境比較惡劣，如果掃描設備笨重龐大，不適合工作環境，磕磕絆絆容易影響工作效率。

（2）對掃描精度要求不高，但對掃描分辨率要求高。因為在雕塑作品中，分辨率的要求比精度要求重要，比如一個杯子，對杯子上下圓口的軸心誤差，和平行度誤差要求，雕塑里并不高，但是杯子表面的肌理效果卻很重要，所以掃描雕塑的激光掃描儀必須具有比較高的分辨率，但是對掃描精度要求卻沒那么高。

（3）掃描物體尺寸要求，一些掃描儀只能掃描體積比較小的物體，這對雕塑掃描應用上是個局限。最好掃描范圍大到3米左右，小到拳頭大小的雕塑即可。這樣可以掃描等大人體及大多數雕塑展覽作品，至于能掃描大樓的三維設備價格太過昂貴，不適合用于雕塑掃描。

（4）方便拼合數據，手提式掃描儀在掃描過程中能自動閉合數據，自動拼合掃描點云，雖然會有誤差，但是有益于后期數據整理。數據軟件拼合修復的好壞，直接影響最后模型的效果，有些依靠軟件拼合的三維掃描儀，只要操作簡單也可以采納。

（5）掃描速度要求，這里要探討掃描真人模特所遇到的問題。因為掃描一個人體需要掃描幾十次才能完成。而讓一個人保持幾十分鐘不動，幾乎是不可能的。據我所知，掃描人體有三種方式：一種是運用多臺掃描儀進行同時掃描一個人體，但是聯機的掃描儀不是同時掃描，因為掃描儀不能區分其他掃描儀的反射光速。所以需要多人多臺電腦，按順序掃描，這樣能縮短掃描時間。第二種就是做一個人體固定支架，用于固定人體姿勢，減輕模特負擔，掃描時連同人體支架一起掃描，之后在后期處理的時候把支架修掉。第三種是模特后面放一張鏡子，掃描時把模特連同鏡子里的數據一起掃描，這樣能夠得到模特背后的數據，有關視頻資料可以證明。符合以上條件的掃描儀比較適合雕塑領域的掃描，價格適中的可以考慮選用，不同型號不同領域的掃描儀各有所長，要找適合自己領域特點的設備揚長避短，才能物有所值。

3 掃描實例簡介

3.1 等大人體掃描

掃描設備：美能達掃描儀。掃描格式：STL三角面片格式。該設備特點是輕巧，屬于旋轉棱鏡掃描技術，掃描的速度是每次3～6秒，掃描范圍50cm見方，因此等大泥稿需要多方位掃描，而且泥稿表面激光反射性不強，接受反射數據不全。加上泥稿的支架也要掃描進去，這樣后期就會有許多數據補充工作要做。泥稿由于笨重無法反轉，因此，掃描也會出現許多掃不到的地方，數據出現漏洞。因此，最好是掃描玻璃鋼稿，因為激光反射好，而且重量輕，可以翻轉，這樣掃描數據質量就會更好。

3.2 大型佛像掃描

掃描設備：萊卡ScanStation2掃描儀。掃描格式：STL三角面片格式。這個佛像高1.8米，需要遠程掃描儀，萊卡ScanStation2掃描儀功能非常強大，用電腦和網線連接，現場用了很長的一根數據線，雖然掃描比較麻煩，但是掃描數據非常精細。從圖上可以看到數據點很密，激光掃描圖案很細致，連佛頭上佛像的底座都掃描出來了，佛像的佛光圖案清晰可見，掃描數據達到幾百萬張，圖形后期工作量很大。整理數據花了一周時間才結束，整個掃描花了半個月時間。endprint

3.3 石膏頭像掃描

掃描設備：深圳產特得為TDV-500掃描儀。掃描格式：點云。ASC格式。這個設備特點是精度比較好，設備價錢不高。但是操作路徑比較復雜，如果操作者設置路徑不夠熟悉的話，掃描就會很困難。而且這個設備體積相對笨重了些，攜帶不方便，操作性不強，還有此設備需要掃描校準，不然左右掃描鏡頭不同步，成像不對稱，到時候只能用一般的數據，影響工作質量。

4 激光掃描數據的應用

目前所有3D軟件都可以導入掃描的數據，在雕塑領域，大多數人以為掃描數據只會運用到渲染領域，出效果圖用。但如果只用到這個領域那真是大材小用了。目前，掃描數據在雕塑泥稿的放大過程中大大改善了傳統套圈的放大方法。大型佛像雕塑，及大型組雕可以通過掃描數據分開幾塊同時施工。比如，廣州美術學院院長黎明教授創作的“青年毛澤東雕塑”的制作，就應用了掃描數據分塊制作技術。雕塑高19m，長83m，寬4m，首先以掃描儀進行掃描，以10cm的間隔距離對小稿進行橫向縱向的切割，在電腦中形成數萬多個剖切小塊，并建立各個部分的三維坐標，這些坐標成為分塊制作組裝的科學依據。雕塑的形體外形比較復雜，精確地外形分開比對技術，保證了雕塑內部的鋼架和外部干掛組件的完美吻合。

隨著3D打印技術的逐漸成熟，把電子數據虛擬數據變成現實的東西已經能輕松地實現。英國就用3D打印機做出了一把手槍，并成功的打了幾發子彈。還有數控機床的發展，各種精雕機器應運而生，使得大型浮雕的制作脫離了泥稿放大的步驟，我們可以把掃描的雕塑數據在電腦中放大，然后上雕刻機器，這個目前市場應用很多。

隨著科學技術的發展，3D技術逐漸成熟。在電影和IT業應用越來越多，三維技術將成為主流。正如數碼相機技術的發明對膠卷相機的沖擊一樣，三維掃描技術也將對傳統雕塑技術形成有力沖擊。雖然不少人持否定態度，但是我個人認為，科技改變人們的生活，三維掃描技術可以對雕塑的制作和創新，帶來一定的便利。他給雕塑家提供了個生產自動化的途徑。就像現在開車，有些人開自動擋的汽車有些人開手動擋的汽車，效果都是一樣的，但是自動擋的車比手動換擋的車操作上快捷，在城市擁堵的交通下，自動擋的汽車更有優勢。當前，電腦可以把圖片處理成“版畫”“油畫”的效果，通過彩色打印機實現成現實的作品。那雕塑我相信也會用三維掃描技術、電腦后期處理技術實現虛擬設計，在通過3D打印技術做出真實的作品，這樣就省去了傳統雕塑煩瑣的翻制環節和不可修改的弊端。

參考文獻：

[1] 劉偉軍.3D逆向工程技術[M].中國計量出版社.

[2] 王霄.逆向工程技術及其應用[M].四川人民出版社.

[3] 劉偉軍.快速成型技術及其應用[M].機械工業出版社.

作者簡介：孫偉華（1977—），男，吉林長春人，碩士，湖北文理學院美術學院講師，研究方向：城市雕塑與公共藝術研究。endprint