摘要: 3D打印，是以数字模型文件为基础的立体打印技术，自20世纪90年代中期出现至今，发展日趋成熟并已广泛应用于工业设计、建筑、工程施工、航空航天、医疗等诸多领域。文物数字化保护，顾名思义，即“数字化”+“保护修复”，前者是基于计算机图形学、图像处理和虚拟信息技术进行数字化建模、虚拟修复，后者是通过3D打印等输出手段来实现的保护修复技术及方法 ...

3D打印，是以数字模型文件为基础的立体打印技术，自20世纪90年代中期出现至今，发展日趋成熟并已广泛应用于工业设计、建筑、工程施工、航空航天、医疗等诸多领域。

文物数字化保护，顾名思义，即“数字化”+“保护修复”，前者是基于计算机图形学、图像处理和虚拟信息技术进行数字化建模、虚拟修复，后者是通过3D打印等输出手段来实现的保护修复技术及方法研究、数字化展示等。文物数字化保护目前已受到学界的广泛关注并成为文物保护科学领域的“热点词汇”，相关应用屡见不鲜。然而，由于传统博物馆在信息技术及计算机应用方面相对薄弱，而承担文物数字化保护工作的多为跨行业领域的电子信息或互联网企业，文物保护语境下的科学探究及创新能力又较为匮乏。因此，在对文物进行数字化保护工作的过程中暴露出一些问题，亟待改进与提升：

其一，是数据精准度。数据精准度是文物数字化保护的“输入端”，直接关系到之后的保护修复效果和质量。目前绝大多数文物数字信息采集后，主要进行的是低精度模型（“低模”）的构建，来满足3D投影、AR、VR、透明屏、AI等应用需要，但却远不能满足文物保护修复工作的需求，这直接导致了“输入端”的短板，文物数字化保护最终做成了数字化展示、文创产品制作，难以从根本上改变传统文物保护修复工作的现状。因此，在文物数字信息采集后，构建高精度模型（“高模”），是为当下最迫切的诉求，这对于文物保护科学这一学科、文物数字化保护这一领域的发展，无疑是大有裨益的。

其二，是保护修复思路。3D打印等技术手段是文物数字化保护的“输出端”，直接影响后续文物的补配、修复环节的精确性和修复方式的革新。然而，现阶段对于3D打印的应用，主要还是局囿于传统保护修复的思维框架下：通过3D打印文物补配件直接进行粘接/焊接补配；或是通过3D打印缺损位置模具/模范，协助残损处的翻模/浇铸来间接协助文物的补配、修复——不难发现，虽然有了科学成熟的技术手段，但没有突破传统的修复思路，还是沿用老一套，3D打印的优势湮灭，沦为了偶尔为之的噱头。笔者认为，3D打印的核心优势在于精准性，打破现阶段文物保护科学格局的新思路，让未来的文物保护修复工作上台阶、提档次，“想象力”和“创造性”才是这一优势发挥的关键。

文物保护工作，其根本上是文物的历史价值（历史信息、成分信息、工艺信息等）、科研价值（工艺学研究、技术史研究等）、美学价值（形制、纹理、纹饰等）及文化价值（教育作用、文化意义等）不断平衡和取舍的过程。长久以来，在这一过程中，文物的保护修复处理与文物的原真性、文物保护的最小干预原则、可再处理原则之间有着不可调和的矛盾。针对上述矛盾以及现阶段文物数字化保护工作中出现的问题，北京大学考古文博学院教授胡东波课题组在对内蒙古赤峰博物馆一馆藏辽代定窑描金黑釉茶盏的保护修复工作中，打破了传统固有的修复思维和修复方式，创新性地引入了高精度文物数字信息采集+3D打印可拆卸型光敏树脂展托的新思路，为数字化文物保护修复技术的应用做出了很好的示范。

2020年12月，北京大学考古文博学院受内蒙古赤峰博物馆委托，对其一馆藏辽代描金黑定茶盏进行保护修复。“黑定”之称，最早出现于明曹昭的《格古要论》“有紫定色紫，有黑定色如漆，土具白，其价高于白定”，其珍贵程度由此可知。黑定带有金彩装饰者更是极其稀少，在定窑遗址中都极为罕见，见于著录者只有两件，分别藏于日本根香美术馆和大和文华馆中，其余零零星星有所报道。此次保护修复黑定瓷片一共14片，部分瓷片上带有较完整的金箔，因此其价值不言而喻。

由于该器物属博物馆征集文物，相关考古背景信息缺失，从初步拼对结果来看，其是否为一件器物尚未可知，加之文物价值极高，盲目对其进行整器粘接、补配、作色等处理可能会对文物造成不可逆的影响。在反复讨论和综合权衡后，课题组决定，采用“高精度文物数字信息采集-虚拟拼接/还原”的方式确定14片文物残片的归属，再通过3D打印技术对其进行保护修复。

修复步骤

1.构建高精度三维数字模型。全方位扫描，多角度拍摄记录文物的数据信息，所有三维信息和表面纹理信息的获取均采用非接触、不贴点、不喷粉的方式，确保文物的安全并最大限度地降低对文物的扰动。通过对三维扫描数据的还原、降噪、特征拼接、模型融合等方式，确保在建模过程中细节的精准还原及滤除扫描过程中带来的噪点，达到高精度模型要求。

本阶段输出成果为高精度模型素模，无色彩信息，模型面数控制在一千万三角面以内，为后续虚拟拼接/还原以及3D打印可拆卸型光敏树脂展托奠定基础。

2.虚拟拼接/还原及论证残片归属。据所获取的文物高精度素模，通过断口契合度及断口信息，可对残片进行初步拼接、分组；通过残片曲率，精准计算并论证了所得文物残片均属同一器物；最后模拟出残片的最佳拼接方式。

3.基于“最小干预原则”和可再处理原则，让文物的保护修复处理与文物的原真性高度协调，设计并制备了可拆卸型光敏树脂展托，既达到了修复保护的目的，又能向观众充分展示辽代描金黑定茶盏的“重生”过程以及“重生”后的美。

其特点在于：

第一，充分利用数字化技术的“想象力”+“创造性”之优势，借助于3D打印技术，根据残片断口“随形”制备展托，展托卡口与文物残片无缝贴合，且展托制备所使用的光敏树脂材料具备较高的机械强度，可使文物整体从力学状态上长期稳定。

第二，可拆卸型展托的使用，可完全避免保护修复工作中使用任何形式的胶粘剂，不存在胶粘剂老化所带来的“可再处理性”的难题。

第三，展托所用光敏树脂材料完全透明，且展托设计之形制依托可参考的现存整件器物，可在完全不影响文物原真性的前提下对其进行展陈，极大地恢复其美学价值，并达到公众教育之目的。

第四，展托所使用光敏树脂材料若出现老化，抑或对残片所处拼合位置、拼接方式有了新的论证证据或结果，只需重新设计并打印新的展托即可，理论上具备“可无限再处理性”。

第五，在整件器物的保护修复工作过程中，理论上只需对文物残片进行一次无接触、无贴点、无损的数据扫描处理，后续再无需施加任何人为干预，只待最后将其置入展托即可，最大限度实现文物保护的“最小干预原则”。

此项工作极大地调和了文物的保护修复处理与文物的原真性、文物保护的最小干预原则、可再处理原则之间的矛盾，为今后文物数字化保护工作的开展提供了全新的思路与借鉴。

（作者单位：北京大学考古文博学院）

编辑 | 张怡 实习编辑 | 张若静

复审｜郭晓蓉

终审｜李 政

本文刊登于《中国文物报》6月4日8版

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