文物虚拟修复与复制：博物馆建设与文物保护研究成果

文物除了传承历史文化，还可供艺术鉴赏。修复，除了祛除文物的病害，尽可能延长文物的寿命，还可恢复文物的艺术特征。传统的文物修复和复制，是经验的积累，文物修复的质量，在很大程度上与修复人员的个人认知水平和长期实践有较大的关系。在难度较大的情况下，修复所花费的人力、物力也较大，时间相对也较长，即使这样，修复后的效果也不一定达到预想的要求，特别是对文物进行复制时，部分文物由于其珍贵程度和脆弱程度，已无法在原物上直接翻模，因此，如何借助现代科技手段，提高修复质量，缩短修复时间，是广大修复技术人员一直在思考和探索的问题。3D技术在文物修复和复制上的实际应用，无疑为修复技术人员提供了一条新的修复和复制路径。

以往在遇到缺损文物的修复时，会遇到缺失部位的补配问题，这种时候，一般采用塑型补缺，或者是在另外相同且完整的部位翻制一个模进行补配。修复的结果是否合适，这在之前并不完全清楚，为此，应借助3D虚拟修复技术，在虚拟世界里进行修复或补配，通过检验今后修复的效果，选出最佳的修复路径。

比如，在修复一件汉代说唱陶俑时，除了本体断裂需要黏结修补之外，这件陶俑在当初出土后，工作人员用水泥和石膏对其右胳膊进行了补配，受技术的限制，补配部分非常死板，极不自然，与原文物在材质、纹理、肌理等方面均有较大差别，需要剔除重新修复补全。为此，应采用三维激光扫描技术，结合三维近景摄影测量技术进行数据采集，再运用多模融合技术进行模型融合，最终构建高精度的数字化文物模型。

模型建立后，在模型上模拟去除原水泥修复部位，并结合人体工学、文物原材质、纹理、肌理等重新进行修复补块、材质渲染，并在模型上进行多角度的虚拟比对，选择确定较为可行的方案。将成果通过3D打印的方式打印出实物模型，用于相关修复方案的论证。这样，可在不接触和尽可能不伤害文物的前提下，虚拟今后的修复方法和效果。

在对馆藏珍贵文物的保护修复研究中，修复和还原有着相当重要的地位。缺损部分用传统工艺修复时，需要进行大量的试验并制作一些复制品，这不但会花费大量时间，同时也增加了成本，即使这样，有时也不一定能得到较好的修复和还原效果。利用数字化技术，不仅可以非接触式地对文物进行复制，对修复技术和修复方式进行研究，以及快速汇集各方面的意见，还可以在精准建模的基础上对缺损文物进行虚拟修复、对修复所需的补片进行精准塑型，避免了翻模对文物造成的二次伤害，为珍贵文物的保护方式、修复技术、修复材料的研究提供支撑。

比如，在修复一件青铜香炉文物时，修复前该文物缺失了一脚，并伴有较大的破洞，采用3D技术，选取香炉中一只完好的脚进行3D扫描建模，根据破损缺失处的状况，模拟还原补全修复，最终形成缺失模块的模型，通过3D金属打印，打印出需补全的金属模型进行无缝拼接锡焊，再修缝随色，完成该文物的修复。整个修复的时间大大缩短，而且是金属补金属，效果也较理想。

以往复制文物时，需要直接接触文物，需要在文物上翻模制作，此类复制，容易对文物本体造成损伤，对于本体风化或锈蚀较为严重的文物，还不能直接翻制，特别是珍贵文物的复制，更要慎重，原因就在于此。而有的造型复杂的文物，很难完整地翻制模型，所以，对文物的复制（包括拓印），国家文物局专门出台了《文物复制拓印管理办法》进行规范，就是为了确保珍贵文物的安全。

随着科技的进步，新材料、新技术、新手段不断涌现，其中的三维数据扫描及3D打印技术，非接触式的无损文物复制，无疑是成熟度较高的一种新技术。

汉代画像砖是汉代砖室墓中用于装饰的一种模制的图画砖，是一种以浅浮雕和线刻为主的艺术表现形式，其以神秘精美的纹饰图案、独特的艺术魅力为世人所赞赏。但这类文物为泥土烧制砖，空隙率较大，千余年的历史，使其风化程度也较重。如果采取传统的复制方法进行翻制，一方面，翻制用的材料有可能残留在画像砖的空隙里，难以完全剔除，甚至改变文物原有的颜色；另一方面，由于砖的表面风化，翻制脱模的过程有可能对文物造成损伤，因此，不适合在砖上直接翻制。那么，在不直接接触文物、不对文物造成任何损伤的前提下，用什么办法进行复制呢？3D技术的出现，为修复技术人员提供了一条新的解决途径。(www.xing528.com)

3D技术以数字化技术为基础，通过数字化保护，运用数字信息采集设备，将文物的现状信息安全快速、多角度且精准地记录下来，并忠实还原色彩和纹理信息。其构建的精细化数字模型，还可用于对陈列展示、文物保护方式、修复技术、修复材料的研究，文物复仿制及文创产品的开发、数字博物馆的建设以及3D打印等。前述介绍的汉代说唱俑缩小模型与画像砖极度缩小的模型，验证了建立“高模”的重要性和今后各种应用的广阔性。文物的三维数字化，一定是建立在高模技术之上的，而检验是否是“高模”的最简便和最直观的办法，就是将任意放大或缩小打印的模型与原件相比，看其是否变形，细部纹饰是否丢失。

没有比较就没有伤害，不能再无休止地重复对文物的信息采集，这也是对文物的一种保护。

文物的数字化保护，以传统的测量方式，很难获得文物完整的几何、色彩以及表面残损等信息，同时测量过程不可避免会对文物造成二次伤害。采用非接触式的数字化保护技术，可以获取精准的文物现状数字信息，还原色彩和纹理信息，既快速精准、多角度，又安全可靠、可永久保存，还便于传递和交流，虚拟现实等技术让展览展示更加生动。

通过数字化保护，进一步梳理和挖掘文物的价值内涵，深入分析这些文物所蕴含的历史信息，在明确保护对象及其特征，充分分析其面临的威胁因素的基础上，系统、科学地制定保护修复技术路线。

许多珍贵文物稳定性差、展陈空间有限，且不易于异地交流。精准的文物数字化信息与智能化的互联互通技术结合，有助于远程专业研究及数字博物馆的建设；珍贵文物由于易损脆弱，不易于异地交流，只能常年深藏在库房里，使得更多的人一睹尊容的愿望难以实现。与虚拟现实技术结合，可对珍贵文物进行数字化的展示，不受时间空间的限制，信息量更丰富。在带来不一样的观展体验的同时，对珍贵文物的保护、研究和知识普及有积极的推动作用。

以数字化保护技术为基础，集合人工智能图形分割算法、多模态影像融合、3D WEB渲染技术、3D数据传输优化技术，结合3D打印技术，对珍贵文物进行精准的数字化信息采集、加工，构建可用于3D打印的精细化数字模型，为文物保护方式、修复技术、修复材料的研究，文物复制及文创产品的开发，数字化博物馆的建设及应用等奠定了良好的基础。

文物无时无刻不在面临重大自然灾害和不可抗力带来的风险。文物数字化获取的文物信息，安全精准记录文物现状，忠实还原文物信息，是“再现”博物馆里那些被毁文物的最后机会；文物数字化容灾备份保护，也称“备胎”计划，是文物保护的最后一道屏障。