本文来源于：OF COURSE想当然

3D在考古中的运用流程图

近年来，数字化的高维建模越来越多的运用在考古、建筑以及历史可视化中，成为一个强大的工具集，高分辨率的3D建模软件的快速发展让研究者们有可能创造出高保真度的模型，这是以前的多面建模软件无法实现的。

直至目前，大多数应用三维扫描与建模的行业依然集中在影视后期制作、游戏、娱乐和设计业。在考古与遗产保护的领域，三维扫描与数字建模都有被用到，但很少有结合。

在这份2016年的研究报告中，来自英国哈德斯菲尔德大学的研究员Ertu Unver博士和Caterina Benincasa-Sharman和来自奥得海姆大学的Fitzpatrick Frank，运用了三维扫描和建模重构的方法，对位于英国的约翰·内维尔爵士、巴伦·拉比三世男爵的墓进行了考察与部分重建，与历史学家、考古学家一起工作，补救与存档一些即将消失的远古雕塑。 

01、数据采集与初步处理

进入到墓中，研究团队用三维扫描仪对物体的表面进行了一系列的扫描，以点云的形式存档。在古墓中，采集的角度受到了一定的限制，但当采集到足够多的数据时，也可以尝试开始进行数字重拓。

将采集到的数据导入Geomagic Studio，将点云形式的文档转化为可以编辑的三维多边形、曲面和CAD模型数据。虽然数据不够完整，但由于墓穴中的纹饰有非常多的重复元素，通过在三维软件中计算纹饰的相对位置，即可以在软件中合成整体纹饰。 

■ 用于扫描约翰·内维尔爵士墓表面拓扑结构的美能达3D扫描仪。

02、造型和雕刻

与传统的多边形建模技术相比，数字粘土建模/雕刻（digital clay modelling，例如ZBrush）引入了模糊性、不精确性和可塑性，适合习惯于触觉感知和直观标记的设计师使用，通过钢笔工具来刻画物体表面的纹饰。

三维扫描提供的数据为古迹的可视化和遗产重建提供了一个起点，数字雕刻工具的软件包括Mudbox、ZBrush、 Blender、Silo、3D-Coat和Modo，他们当中的一些在数字娱乐业中有非常好的运用，因为它们的笔刷可以轻松地制作数百万个多边面，制作精致的高细节网格模型。

Geomagic扫描的数据根据图像进行测试

03、基础建模

由于墓底和墓上雕塑有不同的构造和性质，因此在获取表面数据时也应用了不同的方法。团队试验了两种方法，保形重拓（conform/re-topology）和基础网格，由于扫描数据多边形的密度非常高，两种处理数据的方法都得出了不完美的结果，最终都不可行。

右侧两个模型都为失败品

■ 墓基的其他元素被制作出来，包括增加了阶梯部分、下层基座和先前制作的墓顶。

04、墓上雕塑的典型化——寻找历史先例

由于没有足够的文献可以展现约翰·纳维尔爵士的肖像，团队进行了进一步的研究，寻找一些线索。保罗·宾斯基（Paul Binsky）的《中世纪的死亡、仪式和表征》（Medieval Death, Ritual and Representation）提供解决这个问题的答案——他发现了这一时期的典型化问题，即这一时期绝大多数的墓葬肖像代表了一种标准化的理想，而不是实际的肖像。

■ 约翰·内维尔爵士墓是一个文化破坏的案例，在几百年的地区社会和宗教动荡中，它逐步被破坏。

因此，在这种情况下，从事可视化的人可以在一定程度上猜测雕塑肖像可能呈现的形象。下图展示了这种典型化的一些例子，图中的人物都是男性的脸，睁着眼睛，胡须通常搭在雕刻的头盔的外面。除了造型之外，团队还对雕塑的用色进行了研究。

■ 墓上雕像的典型化现象。从左到右分别为威尔士王子爱德华，亚历山大·德莫布里和约翰·博尚。

05、彩色涂料的应用

在内维尔的墓中，有明显的证据证明雕像是彩色的，但很难判别这些色彩是在建造时就被设计好的，还是在历史上被添加或者修饰的。

在大教堂内，有一些色彩应用的例子，可以更好地呈现其历史上早期可能存在的应用水平。与约翰爵士同时代的哈特菲尔德主教的墓位有许多原始的色彩运用。

■ 达勒姆大教堂哈特菲尔德主教的墓位。

06、摄影测量测试

由于约翰爵士的雕像破损严重，团队需要寻找一具与其同时期的雕像作为参考。运用Autodesk 123D Catch摄影测量软件，只需要拍摄数码照片，对齐之后就可以生成点云。

团队通过研究查尔斯·阿尔弗雷德·斯托萨德（Charles Alfred Stothard，1786-1821）的墓葬雕像图录，认为休·卡尔维利爵士的肖像是现存最完整的幕上雕刻。团队申请到了摄影许可，并最终用180多张照片生成了他的三维模型，在3Ds Max中创建了和内维尔爵士的肖像一样的基础网格。 

■ 在3Ds Max中将扫描的数据组合起来。

07、造型和雕塑人像

休·卡尔维利爵士墓的数据在导入到3Ds Max中时，纹理细节被删除，并初步尝试使用保形法（conform）。删除细节的模型也是足够够用的，因为当使用更加复杂的拓扑结构时，模型就会产生一些问题。这一步的目的是创建一个干净、完整的基础网格构造。

■ 红色部分为出错的地方。

■ 对出错地方进行低维的拓扑，重新修整的校正网格。

■ 完整的雕像模型。

08、用Mudbox进行数字雕刻

用Mudbox为雕像添加更多细节，并且用Adobe PS和AI制作纹样的模版，导入到Mudbox中。这些纹饰分别为头盔、腰带、狮子的细节以及盔甲基座和头盔的装饰边。

■ 导入到Mudbox中的模型

■ PS/AI制作的纹样细节

■ 纹样套用至模型中

■ 完整的约翰·内维尔爵士墓的模型

09、3D打印模型

3D打印创造的小型原型，可以用于遗产的衍生品销售或制作完整的复制品。

10、上色与添加材质

■ 在Mudbox中测试自定义材质、纹理、漫反射和镜面漆层的细节。

■ 完成！

传统的保护可能会直接影响到原文物，并且会产生大量的时间和物质成本。而这种数字雕塑方法的主要优势，是它最终的输出，无论是渲染、动画还是3D打印模型，每一步都可以在进行的过程中进行探讨，并可以通过数字创意者、历史学家或遗产机构的介入进行修改和优化。

数字雕塑的应用主要还是用于生成比较有机的模型，它的特殊性质适合表现人类和自然的形态。这尝试旨在证明，三维扫描和数字建模在考古和艺术品修复领域，同样也是一种可行的替代方法，并且表现出了极大的潜力。 

编辑：Eva

审核：Wen.W

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参考文献

Digital sculpting for historical representation: Neville tomb casestudy, Fitzpatrick Frank et al.

封面及插图全部来源于参考文献。