不可移动的云冈石窟 “离家出走 环游世界”
时间：2020-07-15 来源： 作者：亚星艺术网 点击次数：
“凿石开山，由于岩石结构，它真的很坚固，全世界都在期待它。”北魏地理学家李道元在《水经注》描述了当时云冈石窟的壮丽景色。
如今，你不必去山西大同，就可以欣赏闻名世界的云冈石窟的音乐、舞蹈雕刻和独特的艺术风格。“汾尔”石窟可以移到他们想展示的地方。这一次，云冈石窟离开了驻扎了几千年的大同五洲山，而“搬”到了浙江大学艺术与考古博物馆，开启了世界巡回展的第一站。
6月12日，由浙江大学和云冈石窟研究所合作的世界上第一个可移动的3D印刷复制品洞穴在浙江大学艺术与考古博物馆揭幕。在这里，你可以清楚地观看和欣赏云冈石窟的第十二窟。美丽的雕像，庄生的天籁之境，深刻的内涵……悬崖上的大型演唱会震惊了观众，有网友发微博感慨：“3D打印复印孔真酷！古代智慧和现代技术的完美结合。”
三年来，浙江大学文化遗产研究所和云冈石窟研究所的联合项目组努力克服了数据采集与处理、结构设计、雕版印刷与着色等诸多技术难题。只有到那时，这个世界上第一个可移动的3D打印和复印洞穴才能完成。
同时，这个3D打印复制的洞穴实现了云冈石窟研究院的夙愿，使千年云冈石窟迈出了“行走”世界的第一步。
夙愿
让巨大的云冈石窟出去展览
云冈石窟位于大同以西16公里处，是世界著名的佛教艺术宝库。作为世界文化遗产，它已有1500多年的历史。石窟中有45个洞穴，有59，000多尊雕像和无数图案，代表了5世纪世界艺术雕塑的最高水平。
长期以来，云冈石窟研究院有一个曾经难以实现的梦想：让巨大的云冈石窟走出去展览，加强对外交流，让更多的人感受云冈石窟的艺术魅力。
2014年4月，云冈石窟研究所与浙江大学文化遗产研究所达成文物数字化保护战略合作。——浙江大学文物研究所协助云冈石窟进行三维数字数据采集和建模，制作了计算机可直接观看的三维模型，永久保存了云冈石窟及其珍贵文物信息。
这种信息收集并不是浙江大学文化遗产研究所的第一次。虽然浙江大学文化遗产研究所成立于2010年，但文物的数字化保护最早可以追溯到1997年。
当时，浙江大学潘云鹤院士率先开展了信息技术在考古、文物保护和艺术修复中的应用研究。“浙江大学团队首次尝试将3D技术应用于敦煌石窟文化遗产领域，并开发了敦煌石窟虚拟漫游系统。你可以像在电脑上玩3D游戏一样观看敦煌石窟。该系统在2000年德国汉诺威世界博览会上展出。”浙江大学文化遗产研究所副所长刁长宇介绍说。
当浙江大学和云冈联合团队建立三维数字模型时，他们决定大胆挑战他们的夙愿：我们能否跳出电脑，在现实生活中真正观看云冈石窟，让不可移动的石窟可以移动地展示出来？
显然，用3D技术创建的虚拟系统已经不能满足云冈石窟的要求。结果，浙江大学团队开始萌发使用3D复制技术的想法。“云冈石窟研究所开始鼓励我们做研究实验。我们也认为这是一个很有前途的研究方向，所以我们开始了这个项目的实验。”刁长宇说道。
探索
经过两年的反复试验，决定采用3D
我们能否成功使用3D复制技术？浙江大学的团队开始比较和实验不同技术的速度、成本、精度、效果和材料。
首先，如果你想把云冈石窟移出展览，你必须选择轻质材料。比较合成材料和自然材料，浙江大学团队选择了相对较轻的合成材料。
其次，三维复制技术的比较，大致可以分为加法制造和减法制造。加法制造是用材料不断堆积石窟造像，减法制造是用三维雕刻机一点一点地挖出石窟形状，并从原始材料中切出多余的部分。“我们首先尝试了三维雕刻技术，其高精度数控车床数控技术具有很高的精度，可以达到很好的复制效果。然而，对材料的要求非常严格。如果使用轻质材料进行加工，要在雕刻过程中保持轻质材料的强度以达到良好的精度是一项挑战。”浙江大学的团队很难在复制品的材料重量和精确度之间做出选择。在实验过程中，浙江大学的团队发现3D雕刻技术有其局限性。“云冈石窟的雕刻造型千变万化。三维雕刻技术在处理复杂形状时，会产生雕像之间相互遮挡的问题。因此，它们必须分开拆卸和处理，这给工作带来很大的不便。”刁长宇解释道。
然而，添加剂制造的3D印刷技术在这方面没有缺陷。经过两年多的研究和实验，浙江大学的团队最终决定采用3D打印技术。
2016年8月，由浙江大学文化遗产研究所和云冈石窟研究所共同建立的“可移动3D打印复制洞”正式成立。
项目团队由云冈石窟研究院、浙江大学和柯美影像(深圳)有限公司组成，云冈石窟研究院主要负责学术研究和人工着色，浙江大学主要负责关键技术的研发，柯美影像主要负责3D打印和结构制作，山西云冈数码科技主要负责人工着色，其中云冈石窟研究院和浙江大学合作完成的主要是石窟的3D数字采集和处理。三个团队将携手挑战“不可能”。
遇阻
处理大量扫描数据触及了这一领域的“天花板”
云冈石窟第12窟，又名“音乐洞”，出土于公元5世纪，色彩丰富。中国古代最早的宫廷交响乐团是中国古代最早的宫廷交响乐团，它在中国音乐舞蹈史上占有极其重要的地位，很好地展现了时代的音乐风尚和风格。此外，12号洞的前室和后室深度为14米，宽度为11米，高度为9米，适合活动展览，便于运输，可操作性强。最后，云冈石窟研究所选择了第12窟作为复制对象。
"洞穴12的数字收藏触及了这一领域的‘天花板’。"刁长宇叹了口气。云冈石窟有巨大的洞穴空间，许多雕刻技术如高浮雕和低浮雕被巧妙地运用。各种遗迹空间的深度尺度非常复杂，使得扫描和绘图极其困难。
浙江大学与云冈石窟研究所的合作团队采用一套三维激光扫描和摄影测量解决方案，建立了一个由浙江大学团队探索的文物三维模型，以采集12号窟的高保真三维数字数据。三个月后，完成了52个三维激光扫描站，拍摄了55680张照片。
数据收集后，有必要开始分析和计算。“团队应该通过算法将收集和扫描的图像和数据合并。合并过程在数据之间形成了一种联系，它们之间存在着一种约束，因此总体结果是相辅相成的，不会留下死胡同，并使其更加准确。”
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记录的障碍。
“我们感受最深的是数据处理的困难
对他们来说，这是一个与时间赛跑的实验。“当我们处理信息时，其他两家合作公司只能等着我们。这对我们来说是最大的压力。”
浙江大学的团队只能回到原点，重新研究最基本的算法。该团队的四名医生和大师不断解决关键问题，并整合不同设备收集的数据。幸运的是，他们最终实现了关键突破，确保了数据在有限的时间内得到处理，并成功建立了12号洞穴的高保真彩色3D模型。
“这比我承诺的晚了大约半年，这是我们没有想到的。原本以为数据处理可以在半年内完成，但却花了大约一年的时间。”刁长宇笑道：
攻关
没有参考案例，每一步都充满了挑战
经过长时间的等待，负责成型加工的深圳柯美影像有限公司终于得到了加工后的数据。然而，他们面临着由单一印刷形成的成品体积小的问题。
一个接一个的困难和研究实验对团队来说已经变得司空见惯。“每个环节都有新的挑战，因为我们是第一个这样做的团队，没有可供参考的技术和案例。在探索的过程中，我一定会坚持不懈。”
他们是第一个使用分割3D打印“吃螃蟹”的团队。以前没有先例，也没有技术形成的途径。探索和突破是必要的。为了解决单次成型体积小的问题，柯美图像有限公司专门开发了一款能够打印111.5米的大型3D打印机。20台大型3D打印机可确保一次性打印成型，并利用3D打印成型技术复制文物的所有细节。
将12号洞穴分成110个2米见方的“积木”，然后将每个大积木切割成十几个小积木进行印刷。打印每一个小块都需要将近一周的时间。
如果很难分割成块，那么数据拼接在一起将测试块之间的空间精度。浙江大学的团队将尽可能地解决设计中的错误。
所谓的“高楼从地面上升”是一个普遍的概念，即人们相互建造，而自下而上的建造是最常用的方式。然而，3D装配过程中的任何微小误差都会导致错位，这可能导致最终的安装失败。合作团队再次采取了不同的方法，选择了从上到下安装的策略，并将错误压下。"将累积的误差留在开启位置，误差将被消除."
实现造型印刷后，如何赋予石窟完美的“色彩”？色彩不仅是石窟表面的颜色，还包含着文物材料和质地等综合历史信息。用高分子材料固化的复制品石窟还没有石头的质地。幸运的是，缺陷可以通过“着色”来填补。
问题接踵而来。目前，各种3D着色或3D打印技术不能同时创建指定的纹理。“我们尝试了3D彩色打印，也尝试了打印后给不均匀的模型着色的方法，但是没有达到预期的纹理。我们想要的是石窟中砂岩的质地。先画画，然后再创造纹理是不可行的。”刁长宇认为。
在之前的数据收集对比实验之后，合作团队决定使用人工着色的方法来寻求最大程度的原始复制。当我们不得不选择人工着色来完成云冈石窟复制品的制作时，我们还有另一种自由。团队认为，既然有可以改变的选项，为什么我们不能改变颜色呢？只要这种改变是合理的。
经过论证，合作小组提出了大胆的着色方案，暗示——与现有的12个洞穴并不完全相同。云冈石窟研究院根据科学数据和专家对文物的了解，最终确定了上色的具体操作方案。“我们并不是在大胆创新，天马行空地涂色，而是要在考古学的指导下制定一个涂色方案。例如，现存石窟中的颜色与过去的颜色有什么关系，它们是基于变化的，我们能遵循这些基础吗？来提高颜色的亮度？”
复制过程也是一种恢复研究。在明亮和黑暗的颜色上，当洞穴在可验证的区域被发现时，研究小组选择了明亮的颜色，而不是使用由煤灰和其他问题引起的洞穴雕像的颜色变化。关于洞穴的风化，他们认为这是大自然不可抗拒的力量造成的，所以他们停止了调整，保留了人为破坏的痕迹。
云冈石窟研究所的艺术团队使用矿物颜料按照古老的方法给面积约900平方米的复制品石窟上色。八个月后，12个石窟终于完成了他们的彩色复制品，并完全呈现。
这是文物史上第一次通过手工在现代材料基底上“装饰和上色”来修复如此规模的石窟。
行走
它可以像积木一样组装起来，向世界展示云冈石窟的永恒魅力
“我们所做的工作不仅仅是某一个学科领域，而是一个真正的跨学科的东西，涉及考古学、文物保护、计算机、精密机械、3D打印、材料科学、艺术、结构力学、道路运输等。工程问题。”
作品完成后，云冈石窟将真正“行走”于世界各地进行展览，同时也必须考虑到结构力学和道路运输等学科。这次，浙江大学团队创新性地运用了“积木”的新技术和生产方法，创造了一种方便文物艺术品运输、安装和展示的新模式。
目前，成功复制的12号洞穴由110个2米见方的“积木”组成，分成6层进行组装。这些“积木”的总重量约为2吨，可由8辆标准集装箱卡车装载，并可在世界各地自由运输。组装过程主要由四名工程师配合，组装完成展览只需两周时间。
“我们走吧”的展示结构是一个轻型铝合金框架，采用分体式半自动安装方式。没有必要在现场搭建传统脚手架。低空作业组在地面组装一个地板，然后将其悬挂到顶部进行安装。整个过程就像从上到下的积木一样，提高了装配效率，缩短了安装周期。
“技术研究”是刁长宇经常提到的一个术语。在制作石窟复制品的过程中，技术研究实验为他们解决了太多的难题。尽管如此，刁长宇认为，科学技术对考古学的帮助是提供高精度的数据，而考古学对科学技术有学术支持，更多的是让科学技术更好地为学术研究服务。
今年6月12日至11月30日，浙江大学艺术与考古博物馆举办了“巍峰堂——云冈石窟的记忆与再现”专题展览。展览展示了云冈石窟研究所收藏的石刻、碑文、陶瓷器皿、建筑构件等112件(套)文物，研究和记录了云冈石窟一个多世纪以来的中外学术文献和珍贵历史图像，集中展示了云冈石窟的历史
本次展览是云冈石窟第12窟环游世界的第一站，也是云冈石窟梦想圈的第一站。目前，已有多家美术馆、展览馆及相关机构联系参展，云冈12号洞将成为“行走的石窟，永不停息的丝绸之路音乐厅”。
正如梁思成先生考察云冈时所说：“从雕塑的姿态和服饰上，我们可以直观地感受到中外文明交融的印记。”未来，越来越多的世界观众可以通过用可移动的3D打印复制云冈石窟来感受其艺术内涵。
(文字/图片为韩世荣/阎长宇)
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