针对罐形文物新型数字修复方法

技术领域

本发明涉及文物修复技术领域，具体涉及一种针对罐形文物新型数字修复方法。

背景技术

文物修复，是指运用物理和化学方法，稳定文物病害，复现文物原貌并维持文物长期、稳定存续，是文物保护工作的重要环节。传统陶瓷类文物的修复方法包括拼对、粘接和补配等步骤。拼对是指根据文物残片的形状、纹饰、断口形貌等特征匹配相邻残片，确定残片在文物上的相对位置，并明确粘接顺序。粘接是指利用粘接剂(多为有机试剂)将相邻文物残片连接牢固，使文物整体稳定。补配是指使用补配材料(如石膏、环氧树脂等)将粘接后文物尚留的残缺位置填补完整，使文物整体浑然统一。文物修复讲求最小干预原则、可逆性原则与可再处理原则，其目的在于使文物原真性与美学价值得到复现。传统的文物修复，实际上是文物原真性、美学价值与诸多修复原则相互取舍、平衡的过程，因为原真性、美学价值的复现，必然涉及到修复流程中较大程度的干预：无论是手工拼对，还是粘接、补配后的打磨、做旧等操作都会对文物残片造成不可逆的物理磨损；同时，现阶段的粘接、补配材料，仍不能满足修复过程中较大程度的可逆性与可再处理需要——粘接材料老化后难以替换，以及无法根除的粘接痕迹等都成为当下困扰文物保护工作者难题。因此，如何在复现文物原真性与美学价值的前提下极大限度遵循文物修复的三大原则，成为现阶段亟待解决的问题——本发明提供了一种重要的解决思路，并可推广应用至除陶瓷器外其他文物材质的同形制器物，亦可通过嵌套结构沿用至形制更复杂的器物。

发明内容

本发明提供一种针对罐形文物新型数字修复方法，旨在解决的技术问题之一是：现有修复方法容错率低，且不便于后期进行二次修复的技术问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种针对罐形文物新型数字修复方法，其包括：

S1：使用扫描仪对文物碎片进行数据化采集，包含文物碎片表面与碎片断面；

S2：使用扫描软件或设计软件进行碎片的模拟拼接，并检查数据无缝连接；

S3：根据文物数据，进行曲率测量，拼接碎片位置；包括：

以最大的碎片为基础，将其放置在固定位置，其他碎片进行模拟手动移动初步拼接，初步恢复文物外观；

对初步拼接数据进行微调，利用三维数据中的特征点进行点对点对接，并由计算机进行精确位移操作；

对拼接后数据，进行三维数据碰撞检查，标注出碰撞部位，再次进行细微角度与特征定双向调整，并检查是否存在碰撞问题，确保碎片拼接的完全、准确；

对残缺部位采用模拟文物碎片的曲率延伸方式，进行碎片扩大修复，模拟出缺失部分的补配碎片的数据；

S4：根据复原位置进行原始文物模拟，并设计出包裹碎片的外壳和位于罐形文物内侧上半部分的垫衬，所述外壳作为主要受力件，从罐形文物顶部将外壳与垫衬通过连接柱固定连接，所述外壳与垫衬上设置用于定位文物碎片的定位槽；

S5：通过3D打印的方式，打印所述外壳、垫衬和模拟出的缺失部分的补配碎片；利用外壳和垫衬通过手动方式对罐形文物碎片组合、修复。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

进一步地，所述S4步骤中，将罐形文物分为上下两部分，上部分文物碎片由垫衬加连接柱辅以上部分外壳实现稳定，下半部分由下部分外壳支撑实现稳定。

进一步地，所述上部分外壳与所述下部分外壳之间通过插销连接。

进一步地，所述S1步骤中数据的采集精度

进一步地，所述S2步骤中模拟拼接碎片的流程包括：导入文物碎片所有扫描数据，对每个数据进行检查，修复细微漏洞并删除扫描干涉数据；再以一个数据为基础，对所有数据进行移动调整，手动复位至接近位置。

进一步地，所述步骤S2中包括对扫描数据进行对齐。

进一步地，所述步骤S2中所述对扫描数据进行对齐包括设置98％的参数采样比例，进行整体特征匹配计算。

进一步地，所述步骤S2中所述整体特征匹配计算，并设置重复匹配次数4-5，提高匹配精度。

进一步地，步骤S3中所述模拟出遗失碎片的数据包括：对于有断面的数据，创建断面扫描图，生成三维模拟文物外观数据，以作为参考进行复位；同时对残缺部位，以模拟数据为参考，进行与文物原数据的拼接过度模拟，保证原始文物的曲率与过度面后，进行布尔操作，模拟出缺失部分的补配碎片的数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种针对罐形文物新型数字修复方法，1)最小干预。无需任何胶粘剂，理论上仅需对文物完成一次信息采集后即可在这种透明支具的支持下完成文物的补配与美学修复，实现文物的博物馆展示，最大化遵从文物保护修复的最小干预原则。2)可逆性。便于拆卸、运输与替换，由于未使用任何胶粘剂，文物残片与支具间仅通过力学支撑、机械嵌合实现稳定性，理论上可在不对文物造成任何影响的情况下无限次拆卸、组装与替换老化、磨损后的支具，极大限度遵从文物保护修复的可再处理原则。3)普适性。通过二元拆分法将文物残片分为上下两组，上半部分采用垫衬+连接柱辅以外壳实现稳定；下半部分仅用外壳支撑实现稳定。这种拆分方法对于罐形器物普遍适用，并可通过嵌套结构推广至形制更复杂的器物，此类支具具有普适性的应用前景。4)安全性。结合有限元分析的计算与三维设计，支具外壳仅对文物本体及残片起到保护作用，实际受力为连接柱上垫衬，垫衬对文物上部分残片起简单支撑作用，支具垫衬与外壳不会对文物本体及残片造成挤压，避免应力集中，极大限度确保文物本体及残片的稳定与安全。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1为本发明一个实施例的罐形文物实物图片。

图2为本发明一个实施例的通过数据采集、模拟修复的罐形文物图片。

图3为本发明一个实施例的内部罐形文物内部固定结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种针对罐形文物新型数字修复方法，其包括：

S1：扫描文物：使用扫描仪对文物碎片进行数据化采集，包含文物碎片表面与碎片断面。

可使用扫描仪对文物碎片进行数据化采集，采集精度可采用

细节要求文物碎片表面与碎片断面必须全面采集不得遗漏。否则会影像拼接的最终准确性。

扫描操作需要全程无接触。扫描数据进行详细核对，保证碎片尺寸完全复原。

S2：拼接扫描数据：使用扫描软件或设计软件进行碎片的模拟拼接，并检查数据无缝连接。

拼接单独碎片流程：导入文物碎片所有扫描数据，对每个单独数据进行检查，修复细微漏洞并删除扫描干涉数据。以一个数据为基础，对所有数据进行移动调整，手动复位至接近位置。

对扫描数据进行对齐，设置参数采样比例98％(避免细小颗粒物误差未采用100％)，进行整体特征匹配计算，并设置重复匹配次数4-5，提高匹配精度。

S3：根据文物数据，进行曲率测量，拼接碎片位置。

其拼接文物碎片的流程包括：

以最大的碎片为基础，将其放置在固定位置，其他碎片进行模拟手动移动初步拼接，初步恢复文物外观；

对初步拼接数据进行微调，利用三维数据中的特征点进行点对点对接，并由计算机进行精确位移操作；

对拼接后数据，进行三维数据碰撞检查，标注出碰撞部位，再次进行细微角度与特征定双向调整，并检查是否存在碰撞问题，确保碎片拼接的完全、准确；

对残缺部位采用模拟文物碎片的曲率延伸方式，进行碎片扩大修复，模拟出遗失碎片的数据。对于有断面的数据，创建断面扫描图，生成三维模拟文物外观数据，以此数据为参考进行复位。同时对残缺部位，以模拟数据为参考，进行与文物原数据的拼接过度模拟，保证原始文物的曲率与过度面后，进行布尔操作，模拟出缺失部分的补配碎片的数据。

S4：根据复原位置进行原始文物模拟，并设计出包裹碎片的外壳和位于罐形文物内侧上半部分的垫衬，所述外壳作为主要受力件，从罐形文物顶部将外壳与垫衬通过连接柱固定连接，所述外壳与垫衬上设置用于定位文物碎片的定位槽。

将罐形文物分为上下两部分，上部分文物碎片由垫衬加连接柱辅以上部分外壳实现稳定，下半部分由下部分外壳支撑实现稳定。

上部分外壳与所述下部分外壳之间通过插销连接，以实现支具整体的稳定。

对于外壳的设计：

可利用修复后的数据，抽取罐形文物轮廓作为外壳的贴附面。以此贴附面为基础向外延伸3-5mm厚作为参考，以罐形文物轮廓为参考建立曲率连续的曲线，保证外壳最外层光滑顺畅，以保证观赏透光效果。外壳最后通过3D打印成透明材质。

对于将罐形文物分为上下两部分的方法可采用二元拆分法，具体地：以文物外观轮廓为参考线，计算出轮廓上下部分的剖分，保证在装配过程中不会出现安装及对接出现卡位及不准确的问题。

二元拆分法的基本原则：

拆分面位置选择在文物断面尺寸最大部位。

拆分面的选择应该尽量防止产品形成侧孔，应避免采用复杂结构。

拆分面的形状采用与地面平行的面，特殊文物可采用其他形状的分型面，但需要保证力的传导方向垂直于地面。

在文物特殊部位，有突出物或平面不平整导致安装问题的时候，保证定位精准的情况下，可设计光滑过度，避让会造成上下无法闭合与错位的情况。

内部固定结构：

以外部结构为主要受力件，从顶部端盖为连接，进行连接件设计。可采用多种固定方式，螺纹或卡扣方式进行固定。根据内部碎片的位置与覆盖范围，采用点定位，面定位或整体定位方式进行设计。保证内撑部位只实现辅助定位不施加压力为原则进行设计。

定位方式：

因为整体外壳无准确的定位件，在设计方案完成后，需要对外壳件与内撑件进行相对定位设计，使用定位槽、定位配件或特征标记点方式应对不同文物的定位。

S5：通过3D打印的方式，制备所述外壳、垫衬和缺失部分的补配碎片；利用外壳和垫衬通过手动拼装的方式对罐形文物碎片组合、修复。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。