3D掃描儀

· Artec Eva

· Artec Space Spider

概要：在荷蘭代爾夫特市，一位設計師與代爾夫特大學(xué)合作，重塑了17世紀一款中式瓷器，并基于幾百年前的設計，制作了新品。

目標：為17世紀的古董花瓶制作3D模型并打印，再根據挖掘的古老工藝品，進(jìn)行全新概念設計。

使用工具：Artec Eva、Artec Space Spider

中國地大物博，歷史悠久，中國文化如今也躋身世界主流，從美食到科技，越來(lái)越多的人開(kāi)始探索、接受中國文化。中國的精美裝飾盤(pán)也不例外，有名的就是中國瓷器了。

早在漢朝（公元前206年-220年），標志性的藍白花紋就走出國門(mén)，中國文化劃上了等號，或至少被認為是典型的中國文化元素。這種流傳了幾百年的瓷器來(lái)源于景德鎮。這座南方小城及周邊地區生產(chǎn)了大多數中國瓷器，貫通南北的河道也促成這些精致藝術(shù)品走向國內外市場(chǎng)。

新技術(shù)讓歷史悠久、價(jià)值連城的文物重新煥發(fā)生機。

早在15世紀，就有大量歐洲旅客購買(mǎi)中國瓷器的記錄。到17-18世紀，東亞市場(chǎng)的茶葉、絲綢、香料，當然還有瓷器，吸引了更多歐洲公司。1602-1682年，據說(shuō)荷蘭東印度公司就出口了3000-3500萬(wàn)件瓷器，遠超英國、葡萄牙、瑞典東印度公司。

為了重現這段歷史，設計師Maaike Roozenburg和荷蘭知名大學(xué)代爾夫特理工大學(xué)，尤其是工業(yè)設計學(xué)院，一同使用由Artec大使4C Creative CAD CAM Consultants提供的掃描儀進(jìn)行了項目合作。

“整個(gè)青花瓷的歷史非常吸引人，”Roozenburg說(shuō)道。“就是這種中國發(fā)明的神奇白色材料。當時(shí)，人們簡(jiǎn)直被迷住了。人人都想有一件，當時(shí)中國就開(kāi)始為西方市場(chǎng)制作瓷器。所有歐洲王室都喜歡中國瓷器。”

在荷蘭，中國瓷器廣受歡迎，荷蘭瓷器藝術(shù)家于是著(zhù)手開(kāi)始嘗試模仿制作。結果就是荷蘭人創(chuàng )造了代夫特陶器，成為國內有名的一大產(chǎn)業(yè)。

“17世紀，代夫特陶瓷花瓶用于裝飾阿培爾頓Het Loo皇宮皇家花園，” Roozenburg說(shuō)道。“但它們現在都消失了?？脊艑W(xué)家只找到了殘缺的碎片，但科學(xué)證據表明，它們依然存在于此，包括一些畫(huà)作。”

兩件僅存的17世紀花瓶不允許被帶離，所以Artec掃描儀被帶了進(jìn)來(lái)。

要制作這些含有中國元素的代夫特陶瓷花瓶，要先捕獲一些正本。我們在全世界僅找到了兩件：一件在英國愛(ài)地格府邸，另一件在德國法沃利特宮博物館。

“謝天謝地，當時(shí)的王室成員將這些花瓶作為禮物送給了其他王室！”Roozenburg說(shuō)道。

由于兩地都規定不得將花瓶帶出，制作團隊于是親自抵達現場(chǎng)。“當城堡發(fā)現花瓶絕無(wú)僅有，便拒絕取出花瓶的要求，” Roozenburg回憶道。“所以我們就打包帶上Artec掃描儀，前往英國和德國城堡，進(jìn)行現場(chǎng)掃描。”

“我認為掃描技術(shù)棒的一點(diǎn)，就是可以把必須留在博物館內的易碎珍品，變成數字化的存在，還能對它進(jìn)行探索，”Roozenburg說(shuō)道。“如此一來(lái)，那些原本都禁止觸摸的歷史文物，就可以進(jìn)行相關(guān)操作了。”

掃描過(guò)程中還會(huì )出現其他問(wèn)題，瓷器表面反光，這也是掃描儀面臨的共同難題。“我們以為也許問(wèn)題難以攻克，但最后Artec Eva呈現的效果遠遠超過(guò)我們的預期，” Roozenburg說(shuō)道。

使用Artec Eva之前，團隊先嘗試了CT掃描儀。因為這種掃描儀特殊的工作原理，導致最終掃描失敗。這種掃描儀采用穿過(guò)掃描儀的射線(xiàn)，對掃描物體進(jìn)行斷層掃描，最后再用軟件將每層掃描拼接起來(lái)。“這么操作會(huì )使掃描效果很粗糙，之后還要做大量的修繕工作，”她補充道。

Artec Eva，是一款操作簡(jiǎn)單的高精度掃描儀，為捕獲幾乎任何中型尺寸物體提供了解決方案，包括表面反光的物體，這點(diǎn)對于這些花瓶來(lái)說(shuō)尤為重要。結構光掃描技術(shù)也很安全，能獲得高分辨率精準測量結果。

為保證不會(huì )出現意料之外的狀況，我們用聚苯乙烯泡沫塑料制作了這些花瓶模型。“我們不想在英國的城堡里搞出什么意外驚嚇，否則還得找臨時(shí)解決方案！”Roozenburg笑道。

為保證花瓶擺放平穩，盡可能少動(dòng)它，團隊搭建了一個(gè)帶有小馬達的圓形平臺?；ㄆ勘环胖迷谶@個(gè)平臺上，緩慢轉動(dòng)，再將Artec Eva安裝在三腳架上，以獲得完整、均勻的掃描效果。

對于花瓶上的獅頭和貝殼等裝飾物，團隊采用了Artec Space Spider。這款掃描儀適用于小型物體和精密細節的掃描，準確度和分辨率高，是捕獲精美細節和豐富色彩的選擇。掃描完成后，這些裝飾物由MATLAB進(jìn)行修繕處理，最終完成3D打印。

“你不能一次性?huà)呙枵麄€(gè)花瓶，必須先去掉一些細節，不同部分使用不同的模具，修過(guò)后再合成，”Roozenburg解釋道。

制作新花瓶，需要鑄模、打印、組裝、上色等多個(gè)步驟。

所有數據帶回阿姆斯特丹工作室進(jìn)行進(jìn)一步處理。瓶身數據在Artec Studio、MATLAB、Sketchup、Geomagic Studio 2013中進(jìn)行后期處理，制成細節豐富的模型，并通過(guò)數控加工制作成陶瓷活動(dòng)模具。

至于Artec Studio軟件如何進(jìn)行后期處理，代爾夫特理工大學(xué)工業(yè)設計學(xué)院實(shí)驗室負責人Bertus Naagen這樣解釋?zhuān)?/span>“我們進(jìn)行了標準化處理，為每份掃描進(jìn)行了粗修、精修、全局、異常值移除、尖銳融合（半徑），加入小型物體濾鏡。然后，我們對齊了所有掃描，再次進(jìn)行尖銳融合（實(shí)體）。最后，將數據以STL或OBJ格式導出。”

另一點(diǎn)需要注意的是，干燥過(guò)程中，陶瓷體積會(huì )收縮，所以還要放大模型尺寸來(lái)彌補收縮的部分。待花瓶模型做好，裝飾物組裝好后，再為花瓶一個(gè)個(gè)上色上釉。

這樣，目標完成了：新技術(shù)讓歷史悠久、價(jià)值連城的文物重新煥發(fā)生機。

“最棒的是，你無(wú)法分辨我們采用了新技術(shù)。45個(gè)花瓶的最終成品看起來(lái)和正品別無(wú)二致，就像是來(lái)自17世紀的一樣，”Roozenburg說(shuō)道。

理工大學(xué)掃描專(zhuān)家Naagen和Roozenburg一起合作了幾個(gè)項目，在本項目中，“一起講述了荷蘭與中國之間幾百年的文化交流。”

Naagen一直希望結合現代技術(shù)和歷史遺跡，他和他的團隊對于保護歷史的項目一直熱情滿(mǎn)滿(mǎn)。

“這是文化，”他說(shuō)道。“我們應當把它帶給全世界所有人。”

捕獲文物，細節決定成敗。

在這些地方，尤其是荷蘭代爾夫特，還發(fā)現了陶瓷杯、碗、盤(pán)，這些都是來(lái)自中國的歷史文物，折射出17世紀中荷商路的遺跡。

“17世紀的玻璃制品非常易碎，大部分都破損了。它們大多都放在博物館的玻璃柜中，絕對禁止觸摸，”Roozenburg說(shuō)道。“我想幫助它們，重回餐桌。”

制作花瓶時(shí)，他們的目標是要盡可能制作和正品一模一樣的作品，放回公園，就好像他們從未離開(kāi)過(guò)，但制作玻璃制品時(shí)，目標很簡(jiǎn)單：體現歷史軌跡。

“我沒(méi)有制作的復制品，你還能看到上面的一些裂痕和瑕疵。我也沒(méi)有補全碎片，這樣的話(huà)，看起來(lái)更具藝術(shù)感和實(shí)驗性，”Roozenburg說(shuō)道。

通過(guò)和景德鎮工匠們合作，她根據這些文物創(chuàng )造了全新作品，這些作品本身就不完整，帶有裂縫瑕疵。

Roozenburg打算采用全新技術(shù)，即Artec Space Spider，來(lái)重塑這些被遺忘的瓷器。“整個(gè)掃描過(guò)程好比是一件工具，但這件工具需要學(xué)習才會(huì )使用，”她說(shuō)道。“你一定要用過(guò)幾次，才能學(xué)會(huì )，理解設備如何運作、如何捕獲你周?chē)氖澜?，這一過(guò)程十分有趣。”

Roozenburg帶著(zhù)Artec 3D掃描數據和打印出來(lái)的17世紀瓷器，前往中國，想問(wèn)問(wèn)工匠他們是否還能制作這些餐具。

“使用這項新科技的奇妙之處就在于，你可以為一件物品制作數字形態(tài)，并帶到地球另一端，”Roozenburg說(shuō)道。中國的工匠也參考Artec掃描數據，在設計花紋和紋理時(shí)，通過(guò)這些數據研究了原作細節。

中國工匠根據掃描和照片制作新碗模型。

手工制作完新品后，又進(jìn)行了掃描、數字建模、打印。

Roozenburg于是又根據她經(jīng)手的歷史文物，制作了一系列全新作品，紀念中荷之間長(cháng)達幾百年的貿易交流。

Roozenburg之前使用的 CT掃描儀“需要大量后期處理和數據處理，”這一項目是她第一次使用Artec便攜式掃描儀。

“了解掃描儀以及它捕獲世界的工作原理非常有意思。你可以把各個(gè)掃描件拼接成完整作品，而且很容易操作。掃描過(guò)程本身就像是一場(chǎng)芭蕾：動(dòng)作流暢地劃過(guò)每個(gè)角落，捕獲物體。”

Artec大使4C的Els Rappard-Oostland見(jiàn)證了Artec掃描儀的廣泛使用，從高校、醫院到重型機械質(zhì)量控制。她表示，這次項目重要的意義在于，被掃描的杯子、碗盤(pán)由17世紀的中國景德鎮生產(chǎn)，但發(fā)現于代爾夫特市。

“項目很偉大，”她說(shuō)道。“借助現代科技，歷史重回人間。“

復制：致代爾夫特與過(guò)往（True replicas: to Delft and back）由代爾夫特考古機構、代爾夫特大學(xué)、王子宮博物館、景德鎮國際工作室合作完成。

特別感謝：Ir.Bertus Naagen、Steven Jongma en Adriaan Rees博士

Het Loo皇宮花園花瓶（Garden Vases Palace Het Loo）：荷蘭Het Loo皇宮項目，由代爾夫特理工大學(xué)、法沃利特宮、愛(ài)地格府邸、皇家Tichelaar Makkum陶瓷制造商合作完成。