CN101274577A - 雕塑样稿数字化简约成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雕塑样稿制作工艺，具体是一种雕塑样稿数字化简约成型工艺。解决了传统手工写实雕塑技术不能精确把握雕塑原形空间结构和特征位置的问题，以及现有快速成型技术不能直接应用于雕塑领域的问题，该成型工艺步骤如下：1.采集雕塑原形的空间三维立体数据；2.以步骤1得到的空间三维立体数据构建雕塑原形的三维数字模型；3.对步骤2的三维数字模型进行分层切割处理；4.将步骤3的三维轮廓线数据平面化处理，生成平面轮廓图形文件；5.按照步骤4的平面轮廓图形文件进行实体层片加工与结构组合；6.塑性雕塑样稿成型。本发明工艺步骤紧凑、合理，科学实用，应用设备成熟，生产成本更加低廉，应用前景广阔，发展潜力巨大。

Description

雕塑样稿数字化简约成型工艺

技术领域

本发明涉及雕塑样稿制作工艺，具体是一种雕塑样稿数字化简约成型工艺。

背景技术

传统手工写实雕塑样稿的主要成型工艺过程为：对雕塑原形进行初步判断与简单量测→制作概略结构的形体支撑网架→用软质雕塑材料进行模拟塑形→在形体表面进行艺术修饰→完成可翻制为成品的雕塑样稿；从工艺过程就可以看出，对于雕塑，尤其是既要形似又要神似的写实雕塑，形似是基础，神似是升华。要做到作品与雕塑原形的形似，就必须准确把握雕塑原形的实体结构和形体特征；但传统的雕塑方法，主要是依靠人为的感观来判断雕塑对象的空间位置，即使借助简单的量测工具，也很难准确把握复杂实体的空间尺寸，只能通过趋近对比和不断尝试的泥塑方式，逐渐模拟出雕塑原形的形体特征，理顺实体的空间结构，无法得到与雕塑原形近似度高的雕塑样稿；尤其是向来被称为雕塑界最难把握的艺术项目-写实肖像，在我国，只有为数很少的雕塑艺术家能够熟练掌握写实技术的成功秘诀，让其作品真正达到神形兼备的艺术水平，因此，长期以来，只有少数名人能有机会和条件享受这种艺术产品。总之，传统手工写实雕塑样稿成型工艺存在技术难把握、质量没保证、制作周期长、创作成本高的问题，因而导致写实雕塑市场潜力小，服务对象少。

另外，在工业零件加工领域中应用有快速成型技术，该技术利用激光扫描定位等现代科技手段，首先精确地采集到产品样品准确的空间坐标位置信息，然后通过先进的计算机三维图形设计和编辑软件，进行逼真的数字模型构建和处理，最后在快速成型机上严格按照产品的精度要求，把成品自动生产出来。虽然该技术与雕塑工艺具有共通性——皆是成型工艺，但由于现有快速成型机成本高、维护困难，只能加工小型的零件(最大加工尺寸30厘米)，且成品为刚性，不便再塑性加工，不能直接应用于形体尺寸较大、表面结构复杂细腻的写实雕塑艺术创作当中。

发明内容

本发明为了解决传统手工写实雕塑技术不能精确把握雕塑原形空间结构和特征位置的问题，以及现有快速成型技术由于只能加工小型刚性零件、使用成本过高等原因不能直接应用于雕塑领域的问题，提供了一种雕塑样稿数字化简约成型工艺。

本发明是采用如下技术方案实现的：雕塑样稿数字化简约成型工艺，工艺步骤如下：

1、采集雕塑原形的空间三维立体数据；

2、以步骤1得到的空间三维立体数据构建雕塑原形的三维数字模型；

3、对步骤2的三维数字模型进行分层切割处理：根据雕塑原形的特征选择适合的截切方向(横切、纵切、甚至斜切)，在适合的截切方向上用一系列间隔一定距离的平行平面切割三维数字模型，得到各截切面(即平行平面与三维数字模型的相交面)的三维轮廓线数据；截切平面的间隔越小，最终得到的雕塑样稿与雕塑原形的近似度越高。

4、将步骤3的三维轮廓线数据平面化处理；即将步骤3分层切割处理得到的三维截切面轮廓线数据转化为平面二维数据，并按样稿成品所需比例生成平面轮廓图形文件。

5、按照步骤4的平面轮廓图形文件进行实体层片加工与结构组合：按照步骤4的平面轮廓图形文件，在具有一定厚度和强度的平板上进行切割加工，得到与各截切面相对应的实体层片，将加工得到的实体层片按各截切面的排列顺序组合固定在一起，组合成相对准确地保留雕塑原形空间结构真实位置的实体模腔(阴模)或实体模型(阳模)；

6、塑性雕塑样稿成型：将塑性材料压填到由实体层片组成的实体模腔内，充分覆盖实体模腔内表面，同时在实体模腔内压填适当尺寸的支撑结构，然后逐层将实体层片拆解卸掉，得到表面带有印痕的塑性雕塑样稿；或者将塑性材料沿实体模型表面进行塑造，得到和实体模型相似的塑性雕塑样稿。

在经过上述工艺步骤得到雕塑样稿后，综合运用传统写实雕塑工艺中的处理工序对雕塑样稿进行后续处理：对照雕塑原形或其照片，继续用软质塑性材料对雕塑样稿进行结构修补、表面调整、辅助装饰以及适度的变形夸张，进行雕像艺术造型的深化与提高，逐渐把只能保证基本形似的雕塑样稿，修饰升华为神形更加逼真的软质雕像样稿或雕像定稿；最后根据需要通过直接烧制或翻模复制和表面颜色处理等传统雕塑加工方法进行雕像成品的加工与处理，最终把合格的软质雕像样稿转化为各种材料的雕塑成品；同时可以给雕像成品装配上合适的基座和其它必要装饰或辅助包装，进一步提高作品的艺术观感效果。

与现有技术相比，本发明借鉴零件加工领域中现有的快速成型技术，综合利用现代三维立体数据采集技术、计算机三维图形(数字模型)处理技术、计算机平面图形处理技术，充分利用写实雕塑不需要高精度成型加工的有利条件，将雕塑原形转化为一组平面轮廓数据，放弃使用昂贵且尚不成熟的快速成型机直接加工雕塑作品，而是通过现有成熟、造价低廉、维护简单的加工设备(如：平面图形打印雕刻设备、剪裁工具、切割工具等)将平面轮廓加工成一组实体层片，组合后得到与雕塑原形大体一致的实体模腔或实体模型，然后将塑性材料压填到实体模腔内，或将塑形材料沿实体模型轮廓表面进行塑造，最终得到与雕塑原形近似度较高的塑形雕塑样稿。本发明将雕塑工艺与快速成型技术有效结合，实现雕塑技术创新，能快速制作出与雕塑原形近似度较高的雕塑样稿，明显提高了写实雕塑的创作质量和制造效率，扩大了写实雕塑的应用范围，使写实雕塑艺术逐步走向人民大众中间。本发明所述成型工艺适合各种比例的人体雕像、人物头像雕塑，雕塑类文物的非接触复制和仿造，大型雕塑建筑的样稿放大和成品建造等等；另外，还可用来进行人物艺术蜡像的形体制作。

本发明工艺步骤紧凑、合理，科学实用，应用设备成熟，生产成本更加低廉，应用前景广阔，发展潜力巨大。以人物头像写实创作为例，本发明所述工艺可使作品的费用降低10倍以上，达到普通民众可接受的水平。

附图说明

图1为本发明的工艺流程方框图；

图2为本发明一具体工艺流程示意图的一部分；

图3为本发明一具体工艺流程示意图的一部分；

图4为本发明一具体工艺流程示意图的一部分；

图中：(1)-雕塑原形；(2)-雕塑原形的三维数字模型；(3)-横切、纵切结合并连续切割的三维数字模型；(4)-横切、纵切结合并间隔切割的三维数字模型；(5)-横、纵截切面分离的三维数字模型；(6)-平面轮廓图形文件；(7)-实体层片；(8)-网架模型；(9)-实体模腔；(10)-实体模型；(11)-塑性雕塑样稿。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明所述雕塑样稿数字化简约成型工艺的工艺步骤如下：

1、采集雕塑原形(1)的空间三维立体数据；

所述雕塑原形空间三维立体数据的采集采用立体摄影测量、三维立体扫描等现有非接触式的立体数据采集技术和设备实现，以较为精确地获取表征雕塑原形表面三维空间立体坐标数据和必要空间结构信息的点云数据，即无数个按一定规律组成的有一定距离间隔的表面位置点的空间坐标(x，y，h)；一般来说，一个立体雕塑原形所需的完整的空间立体数据和结构信息，需要从前后、左右、上下及其侧面等不少于6或8个方位进行数据获取，从各方位获取的点云数据中必须包含一定数量(至少三个以上)的结构控制数据点，作为各点云数据集群相互连接和坐标数据转换的结构信息；

2、以步骤1得到的空间三维立体数据构建雕塑原形的三维数字模型(2)；

所述雕塑原形三维数字模型的构建采用现有计算机三维图形处理软件(如：Autodesk公司的3DMAX)将雕塑原形各方位采集到的离散点云数据群组转化为三维体面结构形式的数字模型(如：STL(Stereolithography)模型-准标准数据格式，或者CAD模型)，并可以按照控制数据点的空间结构信息进行各方位数字模型的空间拼合、编辑修改、拾遗补缺，最终形成与雕塑原形体态相一致的三维数字模型；

3、对步骤2的三维数字模型(2)进行分层切割处理：根据雕塑原形(1)的特征选择适合的截切方向(横切、纵切、甚至斜切)，在适合的截切方向上用一系列间隔一定距离的平行平面切割三维数字模型，得到各截切面(即平行平面与三维数字模型的相交面)的三维轮廓线数据；

在计算机三维图形(数字模型)处理技术、计算机平面图形处理技术的支持下，所述分层切割处理在截切方向的选择上，对于外形结构简单的雕塑原形来说，可以按单一截切方向分层、切割；对于雕塑原形外形结构较为复杂的，宜采用复合分层的方式，如人物头像的眼部、唇部部位，以纵向分层切割，分辨率高，而其它部位以横向分层切割，分辨率高，即在进行分层切割处理时，可以多截切方向选择，如图2中的(3)、(4)所示。

4、将步骤3的三维轮廓线数据平面化处理；即将步骤3分层切割处理得到的三维截切面轮廓线数据转化为平面二维数据，并按样稿成品所需比例生成平面轮廓图形文件(6)。

三维数字模型在经过数字分层切割处理后，将每层模型轮廓的立体表面数据(即三维截切面轮廓线数据)转化为只保留近似截切面轮廓线的简化平面图形数据(平面二维数据)，以便后续加工设备对平板材料进行加工；当以多截切方向进行分层切割处理时，在进行平面化处理前，将截切面以截切方向进行整体分离后(如图3中的(5)所示)，再依次进行平面化处理。

其中，步骤3的分层切割处理可以采取两种不同方法进行：a、对于按照间接成型制造方式生产的，包括：1)、对三维数字模型进行阴模反转处理，2)、分层顺序切割，逐层进行平面图形数据转化；b、对于按照阳模实体直接成型制造方式生产的：直接分层，按顺序连续、或间隔、或两者结合进行切割，对截切面逐层进行平面图形数据转化；最后，将各层平面图形数据按所需比例顺序生成平面轮廓图形文件。

5、按照步骤4的平面轮廓图形文件(6)进行实体层片加工与结构组合：按照步骤4的平面轮廓图形文件(6)，在具有一定厚度和强度的平板上进行切割加工，得到与各截切面相对应的实体层片(7)，将加工得到的实体层片(7)按各截切面的排列顺序组合固定在一起，组合成相对准确地保留雕塑原形空间结构真实位置的实体模腔(9)或实体模型(10)；实体模腔即阴模，实体模型即阳模。

实际加工时，根据加工设备条件和雕塑作品的缩放比例关系，以及雕塑原形空间造型的复杂程度，可以按照如下三种不同方法进行实体层片加工：

a.对于空间造型较为简单的，层片数量也较少的，并且对精度要求也不太高的，可采用平面间接绘图打印的加工方法：首先、把纸质绘图打印图按轮廓线裁剪后，按一定顺序转帖在平板材料表面，然后用切割工具进行层片加工；

b.对于尺寸更大的、超出绘图机打印极限的、大型雕塑放大工程用的实体层片加工，可借用光学投影或机械放大仪等工具进行轮廓线的标绘，配合一定的空间支撑加强结构，实现大型层片的切割加工；

c.对于精度要求较高的，层片数量大，轮廓形状复杂的，通常都应选用平面雕刻机进行实体层片的加工。

将加工完成的实体层片进行修整和清理后，按照分层顺序，通过预留的结构孔槽或结构线面将实体层片组合固定成实体模腔、实体模型或者网架模型，即相对准确地保留雕塑原形空间结构真实位置的模型构架；其中，组合实体模型、还是组合网架模型，与分层后的切割是采取连续切割、还是间隔切割有关。

6、塑性雕塑样稿成型：根据步骤4中雕塑实体层片(7)加工组合成的模型构架形式：实体模腔(9)、实体模型(10)或者网架模型(8)，塑性雕塑样稿可按如下两种方案进行成型作业：

a、模型构架形式为实体模腔，采用实体模腔(阴模)填充压实成型：将塑性材料压填到由实体层片组成的实体模腔内，充分覆盖实体模腔内表面，同时在实体模腔内压填适当尺寸的支撑结构，然后逐层将实体层片拆解卸掉，得到表面带有印痕的塑性雕塑样稿；所述的支撑结构只要能实现支撑目的即可，无特殊要求，实现结构多样，在说明书中未叙述。

b、模型构架形式为实体模型或者网架模型(可成为框架模型)，采用阳模框架填充塑造成型：将塑性材料沿实体模型或者网架模型轮廓表面进行塑造或填充塑造，最终得到和实体模型相似的塑性雕塑样稿。

Claims (3)

1、一种雕塑样稿数字化简约成型工艺，其特征在于工艺步骤如下：

1)、采集雕塑原形(1)的空间三维立体数据；

2)、以步骤1)得到的空间三维立体数据构建雕塑原形(1)的三维数字模型(2)；

3)、对步骤2)的三维数字模型(2)进行分层切割处理：根据雕塑原形(1)的特征选择适合的截切方向，在适合的截切方向上用一系列间隔一定距离的平行平面切割三维数字模型(2)，得到各截切面的三维轮廓线数据；

4)、将步骤3)的三维轮廓线数据平面化处理；即将步骤3)分层切割处理得到的三维截切面轮廓线数据转化为平面二维数据，并按样稿成品所需比例生成平面轮廓图形文件(6)；

5)、按照步骤4)的平面轮廓图形文件(6)进行实体层片加工与结构组合：按照步骤4)的平面轮廓图形文件(6)，在具有一定厚度和强度的平板上进行切割加工，得到与各截切面相对应的实体层片(7)，将加工得到的实体层片(7)按各截切面的排列顺序组合固定在一起，组合成相对准确地保留雕塑原形(1)空间结构真实位置的实体模腔(9)或实体模型(10)；

6)、塑性雕塑样稿成型：将塑性材料压填到由实体层片(7)组成的实体模腔(9)内，充分覆盖实体模腔(9)内表面，同时在实体模腔(9)内压填适当尺寸的支撑结构，然后逐层将实体层片(7)拆解卸掉，得到表面带有印痕的塑性雕塑样稿(11)；或者将塑性材料沿实体模型(10)表面进行塑造，得到和实体模型(10)相似的塑性雕塑样稿(11)。

2、根据权利要求1所述的雕塑样稿数字化简约成型工艺，其特征在于步骤3)中的分层切割处理可以采取两种不同方法进行：a、对于按照间接成型制造方式生产的，包括步骤：1)、对三维数字模型(2)进行阴模反转处理；2)、分层顺序切割，逐层进行平面图形数据转化；b、对于按照阳模实体直接成型制造方式生产的，包括步骤：对三维数字模型(2)直接分层，按顺序连续、或间隔、或两者结合进行切割，对截切面逐层进行平面图形数据转化。

3、根据权利要求2所述的雕塑样稿数字化简约成型工艺，其特征在于步骤3)中的分层切割处理以b法中的间隔切割，或连续切割和间隔切割两者结合进行，则在步骤5)中加工得到的实体层片(7)，能组合成相对准确地保留雕塑原形(1)空间结构真实位置的网架模型(8)。

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