淺談三維激光掃描在古代彩塑保護中的應用及展望

【摘要】：山西現有古代彩塑近一萬三千尊，大部分為佛教、道教塑像。其中晚唐、五代到明清遺存為全國之最，大多造型生動，藝術精美，在我國彩塑藝術史上占有舉足輕重的地位。

為了更好的保護這些珍貴的歷史遺產。當今文物保護工作必須順應時代發展，科學合理的使用三維掃描成像技術為山西古代彩塑保護服務。文章以山西他太符觀館藏彩塑與福勝寺彌陀殿明代彩塑為例，細述山西彩塑保護修復中的三維掃描技術應用，并進一步論證三維掃描技術在古代彩塑保護修復應用的不足及展望。

【關鍵詞】：古代彩塑保護；三維激光掃描；虛擬修復

1.三維激光掃描技術在文物保護中的應用

三維激光掃描技術（3D Laser Scanning Technology）是在地面利用激光掃描裝置自動、系統、快速獲取對象表面三維坐標的測量技術，相對于傳統的皮尺加水準、實測法、近景攝影測量法等文化遺產測繪方式，有如下優勢：非接觸式、無損；數據全面、生動；精度高；速度快；直觀性及現勢性強[1]。

三維激光掃描技術是實現古代塑像三維信息留取的重要手段，對于實現文物修復、病害信息調查等工作開展具有重要意義：

（1）實現現狀的真實、完整記錄。

（2）輔助進行保存狀況的全面調查與評估。

通過三維掃描獲取的高精度點云數據，可以建立不規則曲面格網（TIN）或進一步生成規則格網（Grid）立體模型，最終可生成具有實際尺寸和空間坐標的數字正射影像圖，可在此基礎上實現對其進行病害調查、數據分析等定量調查與全面評估。

（3）為將來可能進行的修復工作提供依據

通過三維激光掃描獲取的高精度點云數據，可利用三維軟件進行掃描數據后處理工作，根據項目實際內容制作相應的正射影像圖、線劃圖、等值線等相關圖件，為文物保護修復工作提供可靠的數據[2]。

2.實例闡述三維激光掃描在彩塑文物保護中的應用

2.1三維激光掃描相關設備

采用ROMER絕對臂三維激光掃描儀進行高精度掃描，掃描間距0.1mm，設備參數：重量：4.68Kg，尺寸：115 x 100 x 80 mm ，空間分辨率：0.0137mm，精度：0.024mm， 2 sigma，景深：110mm，工作距離：100mm，工作范圍空間直徑：2400mm， 工作環境溫度：0 °C至50 °C，儲存溫度：-30? -70? C， 環境濕度：95%（非冷凝），輸出格式：.dae、.obj、.ma、.ply、.stl、.txt、.wrl、.x3d、.x3dz、.zpr。

2.2 三維激光掃描技術建模及應用實例

以掃描后的點云為基礎，制作高清數字三維模型，點云經過細節處理，能夠真實的反應泥塑胎體的造型風格與線條刻畫細節，可以準確分析泥塑的制作工藝及藝術風格。

數字模型生成的真實尺寸數字正射影像圖，可以快速采集彩塑文物的幾何量化信息，包括長、寬、高、表面積、體積等。這就避免了在文物本體進行的測量工作，減少接觸文物，保證文物安全。

利用三維激光掃描得到高清數字三維模型之后，可以在三維模型上繪制制病害圖，繪制結果更加精準，可以精準的算出病害面積及病害面積與彩塑總表面積的比值[3]。

2.3 三維激光掃描技術虛擬修復應用實例

明代太符觀館藏殘損星宿像頭部和軀干部是斷裂為兩部分，本次修復擬對以上兩部分進行拼對修復，但是由于歷史檔案資料的缺乏，我們對斷裂成因，斷裂前的狀態都不清楚，是否能夠按照原狀進行拼對是修復中的最大問題[4]。

我們首先對兩個斷面進行三維掃描，并建立模型。之后選擇以彩塑木質主骨架斷面為拼接基點，將兩個斷面模型進行模擬拼對。其次我們將拼接好的模型建立模擬接觸關系圖（圖1），可見中央的木質骨架部分連接關系完整，從而證明以木質骨架為連接點是正確的。根據連接關系圖對數字模型進行模擬拼對，得到的最理想的拼對效果（圖2）。

3.三維激光掃描在文物保護修復應用中的問題與展望

就目前而言，三維激光掃描技術在建筑領域已相對比較成熟，但在文物保護領域還比較少，僅在大型石窟及古建筑保護領域有所涉及。相對傳統的保護手段，三維激光掃描儀設備比較昂貴，不可能在文保設計單位配置，需要使用時，只能雇傭專業公司，且費用較高，就目前的文物保護經費來看，普及難度大。

在利用三維激光掃描進行文物虛擬修復的時候，操作人員除了具備掌握三維掃描相關技術，還需要掌握與文物保護修復相關的技術，這就要求了虛擬修復人員較高的綜合素質，但就目前而言，這樣的人員培養還難以大面積展開。

三維激光掃描在文物修復領域的應用尚處起步階段，相關的應用大多借鑒或使用建筑領域軟件完成。軟件的相關數據庫的缺失直接導致軟件在運行中出現偏差，影響使用效果。

地面三維激光掃描技術及其在國內的應用現狀[J]. 馬曉泉. 科技信息. 2012（29）

三維激光掃描技術在巖土文物保護中的應用[J]. 吳育華，王金華，侯妙樂，張玉敏. 文物保護與考古科學. 2011（04）

敦煌壁畫虛擬復原及演變模擬模型研究[J]. 華忠，魯東明，潘云鶴. 中國圖象圖形學報. 2002（02）

安岳石窟經目塔5.12汶川大地震后搶救性修繕——兼論三維激光掃描、計算機模擬技術在文物保護中的運用[J]. 張榮，李貞娥，徐世超. 文物保護與考古科學. 2010（02）