數字雕塑實體化造型初探
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摘要：從雕塑工具發展的角度簡述了數字雕塑實體化的發展過程，論述了在不同發展階段數字雕塑實體模型呈現的造型特點，介紹了用3D打印機和數控雕刻機制作雕塑的兩種方法和各自產生的藝術效果。數字雕塑的實體化技術正在發展中，科技的發展會使雕塑實體模型的寫實還原度越來越高，也會更加符合傳統藝術審美標準。
關鍵詞：數字雕塑;實體模型;造型藝術
中圖分類號：J3文獻標識碼：A文章編號：CN61-1487-（2019）07-0134-03
一、數字雕塑及其實體化
科技的進步影響著各行各業的發展，藝術創作從來沒有像今天這樣同科技的進步緊密結合。尤其是當科技發展到信息化時代，科學與藝術變得越來越不可分割，二者相伴相生的關系決定了藝術領域的科學化發展趨勢。傳統的雕塑藝術也不可避免地受到數字技術的沖擊，于是，數字雕塑應運而生。
數字雕塑作為新生事物，最開始并沒有被雕塑界所接受，可以說數字雕塑是在不斷的爭議和質疑聲中發展起來的，其原因在于雕塑家崇尚眼見為實和觸手可及的切身感受，而早期的計算機技術在軟硬件方面都不能滿足雕塑家對作品的要求。雕塑家直接面對傳統材料所展現出來的質感變化在數字模型中得不到應有的體現，那時的軟件只能呈現一些簡單的基本幾何形體，而且在表現上也僅僅滿足于平面的展示。這種方式的雕塑只能通過渲染圖來表現，所以這個階段的數字雕塑基本就是以虛擬的方式示人。
在2010年前后，國內一些科技公司將自己生產的微型3D打印機在網上銷售，試圖吸引一些具有前瞻思維的雕塑家嘗試使用3D打印機制作雕塑。但當時的3D打印技術能實現的精度很低，只能達到0.3mm的打印厚度，而且打印質量粗糙，遠遠不能滿足雕塑家對形體質量的要求。這個階段的打印機一般使用的都是不環保的ABS材料。由于精度低，模型表面有明顯的梯田效應，材料相對堅硬，需要人工花大量的精力打磨拋光，因而失去了數字化的優勢。此外，由于精度的限制，3D打印雕塑對細節的呈現也不夠細致，肌理效果展示不出來，模型的效果只能體現雕塑的基本形態、大面轉折關系和基礎構造，對于細節的刻畫基本實現不了，雕塑模型只能被稱為粗稿。這個階段的3D打印雕塑模型依然不被看好，雕塑家們覺得數字技術還是沒有傳統的方法和材料容易控制。但是一些獨特風格的雕塑作品用計算機創作已經可以被雕塑家所接受，比如極少主義的作品和抽象概念性的作品。這些作品都具有現代風格，偏向幾何造型特點，這些特點恰好適合使用數字成型方法。相對于傳統制造工藝來說，此類作品采用數字雕塑的實體化技術既省時省力，而且藝術還原度很高，達到了現代風格的審美要求。
絕大多數的傳統雕塑呈現有機生動自由的造型和細膩的表面質感，而這階段的實體化技術呈現的雕塑缺乏人性化和傳統藝術的味道，距離雕塑家的要求相去甚遠。傳統雕塑家追求的是一種傳統材料（比如粘土和石材）靜態的美感，對材料產生的塑痕感有很高的要求。塑痕感是藝術家所追求的能夠表達情感的重要語言，靠材料和雕塑家的雕塑技巧組合產生，并形成雕塑家自己的個性特征?？梢哉f，雕塑家的審美、技藝和材料的組合形成自己獨特的藝術風格。當人們要欣賞這種風格的時候，必須共同面對一個雕塑實體，這是一種直接的溝通方式。如果在實體上看不到雕塑效果，藝術家們就無法評價，創作出來的東西就不會被承認。當時的打印機技術確實達不到這種要求，因此數字雕塑沒有得到藝術家的普遍認可。
近5年間，隨著3D打印技術的不斷提高，FDM打印機的精度可以達到低于0.1mm的層厚，其價格也非常親民。與此同時，類似ZBrush等雕塑軟件推出了強大的雕刻功能，支持在2D數位板上實施3D雕刻，方法上產生了飛躍式的進步，使雕刻技巧更加貼近于手塑的效果。這個時期的3D打印機的材料也更加豐富，可以很好地表現出細膩的雕塑肌理，滿足了雕塑家對實體造型的基本要求。3D打印機在打印的尺寸上，雕塑模型高度也可以達到1米以上，打印大型雕塑整體效果更好。精度更高的像SLA打印機技術開始普及，很多大中專院校都配備了工業級的光敏樹脂打印機。這類打印機不僅精度高，打印速度快，而且是一體成型、無縫對接。3D技術的打印質量發生了翻天覆地的變化，打印出來的雕塑符合了藝術家的審美要求。此時，數字雕塑實體化的條件基本具備了。
目前，3D打印機可供選擇的技術參數級別有很多，不同參數的打印機能實現的藝術效果也不同。使用者可以通過選擇和組合來定制屬于自己的打印機，滿足藝術家個人的審美需求。越來越多的雕塑家不再滿足于傳統手工方式，開始關注數字雕塑的發展和進步，并選擇向數字化雕塑領域進軍。一些傳統雕塑家對數字雕塑非常向往，普遍使用3D掃描儀進行數字化處理。他們先用傳統泥塑的方式創作雕塑稿，利用由3D掃描儀數字化處理后形成的虛擬模型，再進行實體放大等操作，從而節省了用泥塑放大的過程。實體化技術溝通了傳統雕塑和數字雕塑，一些真正意義的數字雕塑家開始完全使用計算機軟件來創作雕塑作品，他們對實體化輸出越來越關注。所以，3D輸出設備的技術參數也成為藝術家關注的指標。
數字雕塑實體化的目標是要高度還原數字雕塑虛擬模型的造型結構，充分表現數字雕塑創作的優勢特點。這種實物模型檢驗了雕塑設計者對造型結構的把握，表達了雕塑設計者的創作思想和情感，符合藝術的審美標準和雕塑的構成特點，從而避免因為輸入設備的局限性導致的3D模型的視覺偏差。
二、實體化數字雕塑的幾種方法和造型特點
目前，實體化數字雕塑方法分為增材和減材兩種，對應的設備是3D打印機和數控雕刻機床。下面對比這兩種成型的方式和各自產生的造型特點。
計算機數字控制機床簡稱數控機床，是一種裝有程序控制系統的自動化機床，能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序并將其譯碼，從而驅動機床產生動作加工零件。它能精確地反應數字模型所表達的信息。數控雕刻機的精度與軸數、刀具的大小長短、設置的步距有關。雕刻機的軸數越多，雕刻刀具的姿態就越豐富，能達到的效果就越好。雕刻機的刀具越長，刀具直徑越小，雕刻的效果就越細致。而步距設置得越小，雕刻得就越精細，但雕刻速度卻相對降低了。對于雕塑模型來說，對藝術作品雕刻得越細，精度越高，還原度越好。這種雕刻機的優勢是，在路徑上可以根據雕塑造型的形體方向規劃刀具的運動路徑和間距，并利用不同規格的刀路產生類似手工雕刻的肌理，同時具備手工難以達到的規范效果。同時，雕刻一個作品可以在不同時段使用不同規格的刀具，從粗雕刻到細雕刻過程可以單獨控制，這些特質無疑使雕刻的作品更具豐富感。 數控雕刻機床是用刀具對硬質材料雕刻，是一種減材性質的冷加工方式。這種方式的優點是成型尺寸大、精度高、表面質量高、強度和韌度高、還原度好，對于雕刻效果的實現最為理想。數控機床可以加工傳統的雕刻材料，比如石材、木材、金屬等等。當然，使用數控機床的方法也存在明顯的缺點。一是材料利用率低，因為是減材性質的操作，必然會造成材料的浪費。二是復雜造型結構需要多次加工，太復雜的結構無法實現。由于數控機床是對一個實體材料進行由外向內的雕刻，如果外部造型產生限制，刀具就無法進入內部進行雕刻。因此就需要對虛擬模型進行切割，分別加工。而且，雕塑模型加工必須有固定的部分，才能起到固定和支撐作用，而這部分是不能被雕刻到的。這些不能被雕刻的固定部分也需要單獨雕刻，所以就產生了最后的整體拼接步驟。雕塑的整體拼接過程中必然要手工干預，從而造成雕刻精度下降和后期修補的現象。這個缺點決定了數控機床是個半自動的方法。三是對操作人員有較高的技術要求。操作者要了解機床的機械結構：構造組成部件、數控軸的分布和方向、零件的作用、輔助單元的功能;要掌握各按鈕功能和操作方法：功能的執行、暫停、恢復、停止等;要懂得數控系統的控制原理、報警語句、指令輸入等，熟練使用機床的操作系統和加工軟件。機床操作人員的技術水平直接影響了雕塑模型是否能順利完成，因此十分重要。
另外還有一種適合于加工大型工件的CNC機械手臂，具有7個軸，有著很高的靈活度。機械手臂能雕刻出更多的面，能以特殊的角度深入到材料進行雕刻，跟數控機床相比，更容易在狹小的空間里進行多角度操作，從而實現更多變的造型效果。但是它在剛度和精度上不如數控機床，加工越硬的材料精度也越差，尤其像鋼材之類的材料是完全雕刻不了的，所以一般加工材料多以質地較軟的泡沫苯板為主。
3D打印技術是一種增材性質的熱加工方式，通過打印路徑編程軟件與數控系統，將專用的材料按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品。其打印原理就是，在三維模型垂直方向上單位高度內對2D的投影切片進行對齊羅列。這種造型原理突破了傳統制造方式的束縛，能夠實現任何復雜結構的三維造型，優點不言而喻。目前比較普及的3D打印機類型就是FDM打印機與SLA打印機。FDM打印機主要使用ABS和PLA材料，特點是價格低廉，普及率高，速度較慢，打印精度一般，但是可以被大眾接受。SLA打印機主要材料是光敏樹脂，具有價格適中、速度更快、打印精度高等優點，其效果更加細膩，但是打印出來的模型體積小，是小型數字雕塑的首選。要進行大模型的制作，只能分割打印、手工拼接。其他像3DP打印機、SLS打印機、LOM打印機等，不同打印機的材料、精度、速度不同，打印模型的效果和帶來的藝術體驗也不同。
數字雕塑要轉化為實體雕塑，需要根據模型的尺寸和設備的精度來選擇合適的實體化方法。一般來說，比較大型的雕塑應該用數控雕刻機的方法實現，材料選用泡沫苯板。開初階段用直徑16mm的大刀來雕刻基本的大形關系;然后用直徑10mm的圓刀精雕刻，其效果基本可以滿足正常距離下的造型要求;再精細化可以用6mm的刀具來實現肌理效果。但是，雕塑家對于一些細節表達有特殊要求時，比如寫實人物的面部和手部，可以將這些部位單獨完成，選擇0.3mm的層厚的FDM打印機完成局部的雕刻，然后把幾個部分拼接，完成整體作品。最后再用傳統的方法對雕塑進行噴色，使其色調統一，就可以檢查雕塑的完整性了。雖然在數字實體化方法結束以后，還是用到傳統的手工修復方法，但是相比整個制作雕塑的過程都用傳統方法來看，數字化的方法使工作量大幅度減少，提高了效率。
對于體量比較?。?m高左右）的數字雕塑，可以全部采用FDM的3D打印方式，打印精度可以鎖定在0.2mm，其表面可以很細膩，能夠表達出豐富的塑痕效果。雖然不能避免出現梯田紋理，但效果絕對可以被雕塑家接受。此外，可以通過打磨有效去除梯田效應。FDM還有一個現象就是隨著打印高度的增加，會出現晃動現象，從而影響高位的形體精度，加大梯田效應的雜亂度，破壞表面造型效果，而寫實雕塑重要的面部往往位于雕塑形體的高位。解決的方法是將高位部分單獨分割，放在低位打印，然后用傳統方法連接。用SLA技術打印小型的數字雕塑是最好的選擇。盡管精度達到0.025mm還是避免不了梯田效應，但是已經非常不明顯了，在細節的表達上還是非常到位的。一些具備可以同時打印多種材料功能的SLA打印機，還能實現多彩的效果，藝術色彩表現更豐富。
三、實體化數字雕塑的發展方向
實體化數字雕塑現正處于起步階段，很多技術還處于試驗階段，所以未來的技術一定會在已有的基礎上呈現重大的飛躍。比如用沙子等廉價材料一次性打印大型雕塑;突破垂直方向的層打印模式，采用更加靈活的曲面打印實現曲面對打印軌跡的控制，以便達到通過表面肌理加強形體的效果;可以實現多打印頭同時打印;不同精度的打印模式并存;在一臺機器上實現增材、減材技術，從而更好地實現用金屬材料復雜造型的一體化成型，從而徹底實現計算機自動完成數字雕塑最終材料的實體化進程。
實體化技術是數字雕塑由虛擬到現實的重要手段，它不同于嚴格的工業零件標準。數字雕塑有自身對實體化設備的要求：首先，滿足藝術家要求的打印精度即可，視覺距離、尺度和時間決定了對設備精度的要求。尤其在大型雕塑的實體化過程中更應該把握精度和尺度的協調關系。其次，充分利用實體化設備產生的痕跡效應，將其轉化成雕塑語言的一部分，把工業不能接受的缺陷問題轉化為數字雕塑藝術語言的獨特特征，可以理解為刻意追求設備產生的肌理效果。所以，實際上用于數字雕塑實體化的成型技術，并不一定非得出自高精尖的高檔設備，而根據實際情況選擇，就可以滿足數字雕塑家的實體化要求。
技術的發展會使雕塑實體模型的還原度越來越高，數字雕塑以其巨大的創作優勢和矚目的實用功能，已經成為雕塑領域重要的一部分。實體化過程成為數字雕塑與傳統雕塑溝通的橋梁，將起到越來越重要的作用。
參考文獻：
[1]何慶，劉凱磊，范真，汪獻偉.3D打印技術及應用型人才培養的研究[J].木材加工機械，2017（5）.
[2]鄧威，宮萍.數字雕塑的實例化意義——“藝術”與“技術”的伴生關系[J].美術大觀，2015（6）.
[3]鄧威.數字雕塑發展現狀分析[J].美術大觀，2013（3）.
[4]吳春華，鐘輝.數控集成技術在機械工業的有效應用[J].科技創新導報，2012（5）.
作者簡介：鄧威（1969—），男，漢族，遼寧大連人，碩士，大連理工大學建筑與藝術學院教授、碩士研究生導師，研究方向為數字雕塑與虛擬藝術。
隋榮婷（1984—），女，漢族，遼寧大連人，大連理工大學建筑與藝術學院碩士研究生在讀，研究方向為數字雕塑與虛擬藝術。
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