基于三維掃描與3D打印技術的城市雕塑

羅偉安

摘 要：數字技術在各行業的跨領域融合發展是社會發展的潮流，城市雕塑行業也順應潮流在技術流程、表現語言上不斷變革;且隨著技術進步，產業升級以及成本的降低，數字技術在城市雕塑的創作中越來越體現出便捷性、個性化的優勢。因此本文將以數字化語境為背景，以基于三維掃描和3D打印技術創作的城市雕塑為研究對象，將新舊制造方式進行對比，對城市雕塑的數字化產業變革現狀與前景進行分析，從而探究跨領域數字技術背景下，藝術與科技的有機融合與促進關系。

關鍵詞：三維掃描;3D打印;城市雕塑

中圖分類號：J3文獻標識碼：A文章編號：2096-0905（2020）08-0-02

數字技術與雕塑的融合起源于20世紀九十年代，最初是作為實驗性雕塑形式和新材料探索的課題被西方藝術創作者采用的，其中以數字雕刻為主要創作手法的流派在創世之初就受到了市場的青睞，為雕塑創作提供了一種新穎的途徑;而后，隨著技術進步，3D打印作為一種新型材料和成型技術豐富了城市雕塑的表現形式;與3D打印技術相輔相成的三維掃描技術也很快被藝術家們應用起來。這些數字化的雕塑技術使城市雕塑作品的材料更多元、造型更獨特、構成方式更加具有現代感和科技感，互動體驗更加多姿多彩。可以說，這是數字化背景下，科技與藝術融合的積極表現，具有良好的未來發展前景。[1]

一、數字化語境下的城市雕塑

2007、2008年的時候，南加州建筑學院普遍使用3D打印方法來制作模型，并且是使用工業級別的SLS設備。隨著技術發展，現在3D打印不僅可以打印微小的物品甚至可以顛覆傳統的建筑行業的制造方式。這種技術壁壘的迅速突破，使得數字技術在越來越多的領域完成了產業化升級完善，在雕塑行業的完成率是相對較高的。目前已經存在以數字設計、數字雕刻結合三維掃描后的數據文件進行3D打印的完整城市雕塑作品。例如2019年，《追夢》《源夢》兩組城市景觀亮相黑龍江省大市高新區，雕塑主體部分由高新區本土企業多維時空科技有限公司采用3D打印技術制作完成，為目前國內最大的3D打印城市景觀。可以說這種流程的閉環標志著數字技術（以三維掃描和3D打印為主要技術核心）在城市雕塑行業的正式應用，未來十分可期。[2]

二、城市雕塑中的數字化表現

（一）數字雕刻

數字雕塑技術在雕塑行業主要指利用數字雕塑軟件在計算機上進行模型的創作，創作出來的數字模型可以結合3D打印技術實現實體化;也可以結合通過圖紙或者參數進行數字化處理，結合三維掃描技術進行二次創作。數字技術與城市公共藝術的結合從20世紀60年代就已經在發達國家萌芽，這種技術和傳統工藝并非涇渭分明的，更多的是一種對表達的補充或者空間上的創新。然而隨著技術的不斷進步以及各領域的融合深入，數字雕塑已經從簡單的造型手段向更加多維化的方向發展。且隨著從業人數的不斷增加，數字雕塑也從實驗雕塑和工作室小制作逐步產業化，集約化，成了現代雕塑行業中的一個完整的產業鏈條。[3]

（二）三維掃描

三維掃描技術是一種獲取物體表面各點空間坐標的技術。目前市場上比較常用的包括激光點掃描測量技術、激光線掃描三維測量技術、結構光掃描三維測量技術、它們各具特性（表1），另外還有聲波、紅外線、CT三維掃描儀，這種常用于礦產探測、醫學檢測等內部掃描，在此不做贅述。這些掃描儀中，最受到數字雕塑行業青睞的是工業級手持結構光三維掃描儀。

雕塑創作者使用三維掃描儀的方式一般有兩種，一種是掃描創作小稿，之后應用數據信息進行下一步放大稿的制作;另一種是對實物掃描，直接利用實物外形信息進行雕塑創作。雕塑工作室材料和輔助設備繁雜，不易搬運，手持掃描儀憑借輕巧便攜的優勢，更加適合雕塑工作環境。

（三）3D打印

3D打印又名增材制造，傳統雕塑技法中的“雕”與“塑”，實際上和3D打印本身具有相通之處，只是在實現順序和方式上有區別。3D打印技術基本形成了一套體系，可以更好地適應雕塑藝術語言表達的需要，快速實現數據的空間物化。

（四）數字技術在城市雕塑制作中的流程

一般來說，雕塑創作與制作的流程方案有以下兩種：第一種傳統模式，首選是設計創意稿和效果圖，然后藝術家會根據設計稿進行小稿的創作，一般使用油泥、雕塑泥等，小稿通過反復修改形成終稿，通過泥塑放大稿，大稿再經過委托方的審核修改后翻制成石膏或者玻璃鋼模型，也有不銹鋼、銅或者混凝土等材料。比較大的模型還要分塊翻制，最后運輸到現場進行拼接再安裝和上色。這種模式每一個環節必須要有很好的溝通，否則任何環節出問題，都可能造成下一環節的制作困難。數字化技術引入之后，漸漸產生了另一種新型的產業流程，首先根據創作意圖畫稿子，然后由專業人員將創意稿進行數字化，一般會制作三維模型，這個過程中，雖然同樣需要進行反復的修改，審核，但是由于數字技術的特殊性，修改起來確實比傳統泥塑方式要便捷一些，另外現代三維數字軟件的真實渲染技術可以模擬最終實物的真實效果，在環境中的位置，大小，表面的肌理，色彩，如果有聲光電模塊，也可以同樣用效果圖展示，方便了創作者和委托方的溝通交流。數字稿完成后，可以通過三維打印技術進行制作，目前的打印技術可以打印樹脂、金屬、混凝土砂漿等各種材料，據說木質材料的3D打印機也在開發中，不久即可面世，這一步直接省略了翻制環節，大大改善了傳統翻制中的損耗，變形等問題。較大的雕塑可以分體打印，制作完成后運輸到目的地進行安裝。當然，也有一些雕塑類型，可以通過大型機械臂打印機在安裝目的地實地打印，省去了物流等環節。第二種基本類似，只不過不是直接用電腦三維建模創作雕塑，而是通過三維掃描技術對小稿或者實物進行掃描，轉化成數字模型后進行進一步的制作安裝。無論是哪一種方式，在制作特定材料的雕塑模型時確實有較好的效率提升，誤差也大大降低了。

三、數字技術創作城市雕塑與傳統方式的對比

（一）數字雕刻的可復制性

數字雕塑的可復制性是和傳統雕塑有較大差異的特點。對于石膏和玻璃鋼雕塑，熟練工人可以翻制3到5個模型，鑄銅和硅膠等材質可能可以翻制10個左右，但是其復制是具有很大的損耗風險，所以第一個作品往往是最具有價值的，這種特性具有兩面性，一方面他對生產效率有一定制約，但另一方面，這也是很多傳統工藝本身的價值所在。相比較而言，數字雕塑的可復制性非常強，產品本身只是一些數據，非常適應工業化社會對于效率和便捷性的要求，但是同樣的大批量復制的作品的價值本身值得商榷，版權問題也困擾著數字雕塑藝術家。

（二）3D打印的便捷性

3D打印技術的優勢主要表現在：一是，節約材料，模擬產品成型前的效果，從而降低后期的修改成本。二是，高精度和復雜性，最薄壁厚可以達到0.025毫米。三是，可以先用軟件生成任何形狀，不需要借助傳統模具;第四，它可以在電腦上自動、準確、快速地轉換成一個計算機虛擬模型，有效縮短了產品開發周期。第五，能夠在幾個小時內打印成實物，讓藝術家能夠在短時間內看到從平面圖到實物的初步效果，方便進一步修改。

（三）三維掃描的精確復原特性

三維激光掃描儀不僅簡化了翻制大稿的數據采集流程，它本身對以實物為參照的雕塑創作是一個沖擊，作為一種高科技工具，三維激光掃描儀給雕塑家提供一種自動化途徑。特別是在城市雕塑中，常常需要以一些歷史文物和著名地標為元素進行雕塑稿創作，通過三維掃描儀，可以精確采集對象物的外形和紋理信息，更加精確、便捷。并且這種數據采集往往通過一臺電腦和一部手持掃描儀即可完成，方便快捷，對被采集物也不會有絲毫的損壞。

四、結束語

綜上所述，基于三維掃描和3D打印的數字技術在城市雕塑中的應用拓展，已經是一種較為成熟的制作工藝。作為一種設計應用技術，它對傳統雕塑設計產生了不小的沖擊，可能還會逐步擴大對于產業結構和從業人員的影響。然而這種沖擊和影響不完全是負面的，科學技術與藝術相結合產生的創意和效率，不僅可以有效地為藝術家和設計師們提供靈感，也對整個城市雕塑產業升級和理念革新產生源源不斷的技術力量。在這樣一個崇尚效率、科技感、交互感和以人為本的公共藝術環境下，在城市雕塑中融入新的材料、形式、表達，具有可發展的光明的未來。

參考文獻：

[1]黃德荃.3D打印 極致盛放[J].裝飾，2015（08）：52-57.

[2]陳駿，冷柯.基于虛擬現實及3D打印技術下的公共雕塑制造系統[J].設計，2015（15）：26-27.

[3]王亞娟.3D打印雕塑作品“凝聚”系列創作實踐[D].廈門大學，2018.