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3D掃描儀

· Artec Eva

· Artec Space Spider

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

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

使用工具：Artec Eva、Artec Space Spider

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

早在漢朝（公元前206年-220年），標(biāo)志性的藍(lán)白花紋就走出國(guó)門，中國(guó)文化劃上了等號(hào)，或至少被認(rèn)為是典型的中國(guó)文化元素。這種流傳了幾百年的瓷器來源于景德鎮(zhèn)。這座南方小城及周邊地區(qū)生產(chǎn)了大多數(shù)中國(guó)瓷器，貫通南北的河道也促成這些精致藝術(shù)品走向國(guó)內(nèi)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(jī)。

早在15世紀(jì)，就有大量歐洲旅客購(gòu)買中國(guó)瓷器的記錄。到17-18世紀(jì)，東亞市場(chǎng)的茶葉、絲綢、香料，當(dāng)然還有瓷器，吸引了更多歐洲公司。1602-1682年，據(jù)說荷蘭東印度公司就出口了3000-3500萬件瓷器，遠(yuǎn)超英國(guó)、葡萄牙、瑞典東印度公司。

為了重現(xiàn)這段歷史，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(xiàng)目合作。

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

在荷蘭，中國(guó)瓷器廣受歡迎，荷蘭瓷器藝術(shù)家于是著手開始嘗試模仿制作。結(jié)果就是荷蘭人創(chuàng)造了代夫特陶器，成為國(guó)內(nèi)有名的一大產(chǎn)業(yè)。

“17世紀(jì)，代夫特陶瓷花瓶用于裝飾阿培爾頓Het Loo皇宮皇家花園，” Roozenburg說道。“但它們現(xiàn)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(jù)表明，它們依然存在于此，包括一些畫作。”

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

要制作這些含有中國(guó)元素的代夫特陶瓷花瓶，要先捕獲一些正本。我們?cè)谌澜鐑H找到了兩件：一件在英國(guó)愛地格府邸，另一件在德國(guó)法沃利特宮博物館。

“謝天謝地，當(dāng)時(shí)的王室成員將這些花瓶作為禮物送給了其他王室！”Roozenburg說道。

由于兩地都規(guī)定不得將花瓶帶出，制作團(tuán)隊(duì)于是親自抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。“當(dāng)城堡發(fā)現(xiàn)花瓶絕無僅有，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(guó)和德國(guó)城堡，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掃描。”

“我認(rèn)為掃描技術(shù)棒的一點(diǎn)，就是可以把必須留在博物館內(nèi)的易碎珍品，變成數(shù)字化的存在，還能對(duì)它進(jìn)行探索，”Roozenburg說道。“如此一來，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。”

掃描過程中還會(huì)出現(xiàn)其他問題，瓷器表面反光，這也是掃描儀面臨的共同難題。“我們以為也許問題難以攻克，但最后Artec Eva呈現(xiàn)的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的預(yù)期，” Roozenburg說道。

使用Artec Eva之前，團(tuán)隊(duì)先嘗試了CT掃描儀。因?yàn)檫@種掃描儀特殊的工作原理，導(dǎo)致最終掃描失敗。這種掃描儀采用穿過掃描儀的射線，對(duì)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。“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(bǔ)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(duì)于這些花瓶來說尤為重要。結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)也很安全，能獲得高分辨率精準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果。

為保證不會(huì)出現(xiàn)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(guó)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(wěn)，盡可能少動(dòng)它，團(tuán)隊(duì)搭建了一個(gè)帶有小馬達(dá)的圓形平臺(tái)?；ㄆ勘环胖迷谶@個(gè)平臺(tái)上，緩慢轉(zhuǎn)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(duì)于花瓶上的獅頭和貝殼等裝飾物，團(tuán)隊(duì)采用了Artec Space Spider。這款掃描儀適用于小型物體和精密細(xì)節(jié)的掃描，準(zhǔn)確度和分辨率高，是捕獲精美細(xì)節(jié)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。

“你不能一次性掃描整個(gè)花瓶，必須先去掉一些細(xì)節(jié)，不同部分使用不同的模具，修過后再合成，”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(shù)據(jù)帶回阿姆斯特丹工作室進(jìn)行進(jìn)一步處理。瓶身數(shù)據(jù)在Artec Studio、MATLAB、Sketchup、Geomagic Studio 2013中進(jìn)行后期處理，制成細(xì)節(jié)豐富的模型，并通過數(shù)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(shè)計(jì)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Bertus Naagen這樣解釋：“我們進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)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(duì)齊了所有掃描，再次進(jìn)行尖銳融合（實(shí)體）。最后，將數(shù)據(jù)以STL或OBJ格式導(dǎo)出。”

另一點(diǎn)需要注意的是，干燥過程中，陶瓷體積會(huì)收縮，所以還要放大模型尺寸來彌補(bǔ)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(biāo)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(jī)。

“最棒的是，你無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和正品別無二致，就像是來自17世紀(jì)的一樣，”Roozenburg說道。

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

Naagen一直希望結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)和歷史遺跡，他和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)于保護(hù)歷史的項(xiàng)目一直熱情滿滿。

“這是文化，”他說道。“我們應(yīng)當(dāng)把它帶給全世界所有人。”

捕獲文物，細(xì)節(jié)決定成敗。

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

“17世紀(jì)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(duì)禁止觸摸，”Roozenburg說道。“我想幫助它們，重回餐桌。”

制作花瓶時(shí)，他們的目標(biāo)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過，但制作玻璃制品時(shí)，目標(biāo)很簡(jiǎn)單：體現(xiàn)歷史軌跡。

“我沒有制作的復(fù)制品，你還能看到上面的一些裂痕和瑕疵。我也沒有補(bǔ)全碎片，這樣的話，看起來更具藝術(shù)感和實(shí)驗(yàn)性，”Roozenburg說道。

通過和景德鎮(zhèn)工匠們合作，她根據(jù)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，來重塑這些被遺忘的瓷器。“整個(gè)掃描過程好比是一件工具，但這件工具需要學(xué)習(xí)才會(huì)使用，”她說道。“你一定要用過幾次，才能學(xué)會(huì)，理解設(shè)備如何運(yùn)作、如何捕獲你周圍的世界，這一過程十分有趣。”

Roozenburg帶著Artec 3D掃描數(shù)據(jù)和打印出來的17世紀(jì)瓷器，前往中國(guó)，想問問工匠他們是否還能制作這些餐具。

“使用這項(xiàng)新科技的奇妙之處就在于，你可以為一件物品制作數(shù)字形態(tài)，并帶到地球另一端，”Roozenburg說道。中國(guó)的工匠也參考Artec掃描數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)花紋和紋理時(shí)，通過這些數(shù)據(jù)研究了原作細(xì)節(jié)。

中國(guó)工匠根據(jù)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(shù)字建模、打印。

Roozenburg于是又根據(jù)她經(jīng)手的歷史文物，制作了一系列全新作品，紀(jì)念中荷之間長(zhǎng)達(dá)幾百年的貿(mào)易交流。

Roozenburg之前使用的 CT掃描儀“需要大量后期處理和數(shù)據(jù)處理，”這一項(xiàng)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。掃描過程本身就像是一場(chǎng)芭蕾：動(dòng)作流暢地劃過每個(gè)角落，捕獲物體。”

Artec大使4C的Els Rappard-Oostland見證了Artec掃描儀的廣泛使用，從高校、醫(yī)院到重型機(jī)械質(zhì)量控制。她表示，這次項(xiàng)目重要的意義在于，被掃描的杯子、碗盤由17世紀(jì)的中國(guó)景德鎮(zhèn)生產(chǎn)，但發(fā)現(xiàn)于代爾夫特市。

“項(xiàng)目很偉大，”她說道。“借助現(xiàn)代科技，歷史重回人間。“

復(fù)制：致代爾夫特與過往（True replicas: to Delft and back）由代爾夫特考古機(jī)構(gòu)、代爾夫特大學(xué)、王子宮博物館、景德鎮(zhèn)國(guó)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(xiàng)目，由代爾夫特理工大學(xué)、法沃利特宮、愛地格府邸、皇家Tichelaar Makkum陶瓷制造商合作完成。