考古绘图中计算机的铺助应用,CAD和3D打印技术在文物考古中的应用研究

【摘要】如今随着计算机技术的快速发展，计算机辅助设计技术(CA D)和3D打印技术已经取得了前所未有的技术革新和成就，而且随着经济的快速发展被广泛应用于建筑业、制造业、医疗行业等众多领域当中，并且正在向其他行业不断拓展，其中文化行业也不断普及，应用前景一片光明。但就目前CAD和3D打印技在文物考古领域应用的现状来看，仍然存在部分技术障碍，需要进一步分析和研究，从而更好地帮助文物考古术保护和修复文物，更好地实现文物的数字化处理和快速成型，更好地保护我国文物，保护我国优秀文化传统和文化物质结晶。为此，本文将重点分析和研究CAD和3D打印技术在文物考古中的应用问题。

【关键词】CAD；3D打印技术；文物考古

【中图分类号】TP391 【文献标识码】A

前言

从人类文明发展的历史长河来看，历史遗留下来的古代建筑和古代文物都是人类在生产发展过程中文明与智慧的结晶，它在一定程度上反映了人类的思想、生活习惯和习俗，反映了人类的生产方式和生产水平，更反映了人类进步的历程。为此，不断保护人类文化遗产，并且根据社会文化需要不断修复和重建是一项艰苦复杂的系统工程。而在此保护、修复和重建的过程中不断深入应用信息化技术在考古学及文物保护领域中就显得至关重要，尤其是CAD和3D打印技术在文物考古和保护领域中的应用更具有重大的现实意义和历史意义，有利于广大考古行业更加真实地记录考古文物数据，更好地还原文物遗迹，更好地帮助人类了解人类发展的历程[1]。

一、CAD和3D打印技术的特点及功能

(一)计算机辅助设计技术(CAD)的特点及功能

计算机辅助设计技术，简称CAD，它是计算机软件中一个可视化的绘图软件，通过软件窗口上设定的相关的菜单选项和工具按钮来实现许多命令和绘图操作。其中Auto—CAD软件绘图和绘图辅助功能不仅齐全，而且特别方便；它便捷的菜单设计和工具栏、文本编辑和信息交换、图形打开预览和对话框、图像处理和图形的输出预览都为用户绘图带来了很大的便捷和方便；而且它通过实体绘制和关键点编辑、鸟瞰显示控制、对象捕捉以及标注等功能不仅使其二维绘图处理更加成熟，而且三维功能也在此基础上不断发展完善，再加上其开放式体系结构更为数据建模创造了极大的便利。

(二) 3D打印技术的特点及功能

3D打印机即所谓的三维打印机，由于其原理的先进性，其是一种快速成形技术机器，也是一种以数字模型文件为基础，通过辅助材料特殊粉末状金属、特殊蜡材、或特殊塑料等可粘合材料制造三维物体的一种制造技术，以逐层打印的方式来构造物体，被广大地用于制造产品[2]。它和过去传统的通过模具生产有很大的不同，3d打印最大的优点是无需机械，3d打印与传统的通过模具生产大不一样，它可以直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，所以就不需要机械加工，也不需要任何模具，具有快速有效的特点；从而有利于在打印过程中大大缩短产品的研制周期，从而更有利于更好地提高生产质量和生产效率，更好地降低生产成本。

二、如何更好地促进CAD和3D打印技术在文物考古中的应用

(一)计算机辅助设计技术(CAD)在文物考古中的应用

在新形势下，要更好地促进计算机辅助设计技术(CAD)在文物考古中的应用，相应的文物考古工作人员就必须不断熟悉并掌握CAD相关的基础理论，掌握其先进的应用技术，充分利用如今可视化较好、设计效率较高、形象较直观的三维CAD系统为文物考古提供更加完整的数据和图形设计和工艺、恢复文物信息，不断超越应用CAD系统来达到图版的设计目的。根据具体文物考古工作实际需求它能从本质上减轻大量不必要却简单烦琐的工作量，善于应用CAD系统和相关技术不断丰富文物考古工作人员高层次的思维活动，不断丰富其在文物考古中的创造性。同时鼓励文物考古工作人员要善于借助三维CAD系统造型工具更好地实现从顶向底和从底向顶等先进的设计方法，从而设计出更加符合文物实际和现实需要的文物数据和图形，更好地实现文物装配等更加复杂的文物设计过程[3]；同时充分利用CAD系统自身所具备的优越性进行文物数据仿真分析，从而更好地提供数控加工所需的信息，更好地实现文物考古数据恢复和图形绘制过程中CAD和CAE、CAM和CAPP的有机集成和组合。

在文化保护中，要更好地恢复文物相关数据和模型，在文物考古中加强计算机辅助设计技术(CAD)的应用显得至关重要。为此，在文物考古中要充分应用CAD以计算机为工具的绘图功能，更好地做到在文物考古中以人为主体，不断提高其相应的设计方法和相关技术，然后将CAD存储和图形处理功能与人的创造思维能力更好地相结合，从而大大提高文物绘图设计的质量和效率，更好地缩短绘图设计周期，充分发挥CAD技术简单快捷、存储方便等特点在文物考古中应有的作用。在文物考古中充分发挥计算机辅助设计技术(CAD)高速计算和高速数据处理功能，充分发挥计算机辅助设计技术(CAD)快速生成图形和大容量存储等功能，从而更好地丰富文物绘图设计手段，大大提高绘图设计等相关操作的效率。

(二) 3D打印技术在文物考古中的应用

要更好地促进3D打印技术在文物考古中的应用，文物考古人员在具体的文物打印中可以应用3D打印机喷墨打印方式，根据需要量的多少用打印机喷头把一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，然后再将此涂层放在紫外线下进行相关的光处理，处理完毕以后将处理过后的铸模托盘下降到极小的距离以便下一层堆叠上推来[4]。同时也可以根据文物考古需要采取多种多样堆叠薄层形式和用于打印的陶瓷、金属、塑料或橡胶类物质等介质种类，从而根据需要打印出一头坚硬而另一头却是柔软的与文物相关的物体。也可以使用激光烧结技术，采用粉末微粒作为考古文物打印的打印介质，把粉末微粒喷撒在铸模托盘上，让其形成一层极薄的粉末层，然后根据需要熔铸成相应的指定形状，使喷出的液态粘合剂进行固化，方便文物考古工作人员打印出所需要的文物材料。

在文物考古中要更好地应用3D打印技术，就必须采用3D打印的三维扫描仪对考古文物进行图像采集，可以对文物进行三维扫描测量，以获取相应的数据点集，采集好相关图像以后，再对采集的图像进行相关的转换和拼接，同时还要对采集来的数据进行配准与去噪，以此精简所采集数据，更好地实现对所采集数据的分块，更好地进行相关的CAD模型重建处理，以更好地实现考古文物的快速数字化，实现考古文物的计算机建模，可以进行网格剖分、曲面拟合以及曲面后处理三种曲面重构，从而获取更加准确的考古文物三维CAD数据，并且通过相关的数控加工、快速成型，更好地形成3D打印的文物实物[5]。

三、结束语

在新形势下，文物保护、修复和重建已经越来越备受人们的关注，成为文化创新发展的重要基础之一，为此，不断促进CAD和3D打印技术在文物考古中的应用有利于促进优秀传统文化的继承和发展，也有利于在文物考古工作中降低生产周期，提高生产效率，不断激发CAD和3D打印技术在文物考古行业的市场潜力，更好地为文物考古行业做贡献。

参考文献：

[1]杨蔚青，李永强，王阁，白丁.三维激光扫描技术在土遗址保护中的应用——以隋唐洛阳城定鼎门遗址唐代道路遗址保护为例[J].中原文物，2012(4).

[2]杨盛，吴育华，Felix Horn，付成金.三维激光扫描技术在安岳圆觉洞10号龛保护中的应用[J].中国文物科学研究，2012(2).

[3]丁宁，王倩，陈明九.基于三维激光扫描技术的古建保护分析与展望[J].山东建筑大学学报，2010(3).

[9]王恒.云冈石窟测绘方法的新尝试——三维激光扫描技术在石窟测绘中的应用[J].文物，2011(1).

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来源：weixin_39568889