浙江大学数字团队在云冈12号洞前室采集数字信息。

云冈第12窟前室西墙正射影像，记录原始形状和颜色信息后的数字成图。

复制洞穴部分

“凿山，因岩构，真雄伟，这是世人所愿。”北魏地理学家李道元描述了公元《水经注》年云冈石窟的壮丽景象。

如今，不必去山西大同也能欣赏到云冈石窟精美的乐舞雕塑和独特的艺术风格。“栅栏”石窟可以移动到它想展示的地方。这一次，云冈石窟离开了驻守千年的大同五洲山，“搬”到了浙江大学艺术与考古博物馆，开启了世界巡展的第一站。

6月12日起，由浙江大学和云冈石窟研究院合作的世界首个可移动3D打印复制洞穴在浙江大学艺术考古博物馆揭幕。在这里，你可以清楚地观看和欣赏云冈石窟的第12窟。美丽的雕像，庄胜天籁的境界，深刻的内涵.所有在场的观众都被这座石墙上的大型音乐会所震惊了。有网友感慨地发微博：“3D打印，复制孔，真酷！古代智慧和现代科技的奇妙结合。”

历时三年，浙江大学文化遗产研究院与云冈石窟研究院联合项目组努力攻关，攻克了数据采集与处理、结构设计、雕版印刷、着色等多项技术难关，最终完成了世界首个可移动3D打印复制洞穴。

同时，这个3D打印复制洞穴实现了云冈石窟研究院的夙愿，让千年云冈石窟迈出了“行走”世界的第一步。

夙愿

让庞大的云冈石窟“走出去”展览。

云冈石窟位于大同市以西16公里处，是举世闻名的佛教艺术宝库，作为世界文化遗产，已有1500多年的历史。现存石窟45处，有59000多尊雕像和无数图案，代表了公元5世纪世界艺术雕塑的最高水平。

长期以来，云冈石窟研究院有一个曾经难以完成的梦想：让庞大的云冈石窟“走出去”展览，加强对外交流，让更多的人感受到云冈石窟的艺术魅力。

2014年4月，云冈石窟研究院与浙江大学文化遗产研究院达成文物数字化保护战略合作。3354浙江大学文化遗产研究院协助云冈石窟进行3D数字数据采集和建模，制作出可由计算机直接查看的3D模型，永久保存云冈石窟及其珍贵文物。

这种信息收集对于浙大文化遗产研究院来说，已经不是第一次了。虽然浙大文化遗产研究院成立于2010年，但文物的数字化保护最早可以追溯到1997年。

当时，浙江大学潘云鹤院士发起了信息技术在考古、文物保护和艺术品修复中的应用研究。“浙江大学团队首次尝试将3D技术应用于敦煌石窟文化遗产领域，开发了敦煌石窟虚拟漫游系统。你可以像在电脑里玩3D游戏一样看敦煌石窟。这个系统在2000年汉诺威世博会上作为展示作品展出过。”浙江大学文化遗产研究院副院长刁长宇介绍。

浙大和云冈的联合团队在建立三维数字模型时，就决定大胆挑战这个夙愿：能否跳出电脑，在现实生活中真实观看云冈石窟，让不可移动的石窟得到可移动的展示？

显然，3D技术创建的虚拟系统已经不能满足云冈石窟的要求。于是，浙大的团队开始萌发利用3D复制技术的想法。“云冈石窟研究院开始鼓励我们做研究实验。我们也认为这是一个非常有前途的研究方向，于是开始了这个项目的实验。”常宇说。

探索

两年后

3D复制技术可以成功使用吗？浙大的团队开始对比实验不同技术的速度、成本、精度、效果、材料。

首先，要想把云冈石窟“搬”出来展览，一定要选择轻质材料。将合成材料与天然材料进行比较，浙江大学团队选择了相对较轻的合成材料。

其次是3D复制技术的比较，大致可以分为增材制造和减材制造。增材制造是用材料不断堆砌石窟造像，减材制造是用3D雕刻机一点一点挖出石窟造型，从原始材料中切出多余的部分。“我们首先尝试了3D雕刻技术，它的高精度数控车床CNC技术精度高，可以达到非常好的复制效果。但是对材料的要求非常严格。如果使用轻质材料进行加工，在雕刻过程中保持轻质材料的承载强度以达到良好的精度是一个挑战。”浙江大学团队很难在复制品的材料重量和精确度之间做出选择。在实验过程中，浙江大学团队发现3D雕刻技术有其局限性。“云冈石窟的造型千变万化。3D雕刻技术在处理复杂形状时，会出现雕像之间相互遮挡的问题。因此，必须将它们拆开，分别加工，给工作带来很大不便。”常宇解释道。

而增材制造3D打印技术在这方面没有缺陷。经过两年多的研究和实验，浙江大学的团队最终决定采用3D打印技术。

2016年8月，浙江大学文化遗产研究院与云冈石窟研究院合作的“可移动3D打印复制石窟”正式成立。

团队由云冈石窟研究院、浙江大学、柯美影像(深圳)有限公司共同组成，云冈石窟研究院主要负责学术研究和人工着色，浙江大学主要负责关键技术研发，柯美影像主要负责3D打印和结构制作，陕西云冈数字科技主要负责人工着色，其中石窟的3D数字化采集和处理主要由云冈石窟研究院和浙江大学合作完成。三支队伍将携手挑战“不可能”。

遇到障碍

处理海量扫描数据触及了这个领域的“天花板”。

云冈石窟第12窟，又称“音乐窟”，开凿于公元5世纪，色彩丰富。其中雕刻的天人像和中外乐器像是中国古代最早的宫廷交响乐团，在中国音乐舞蹈史上占有极其重要的地位，展现了音乐时尚和时代风貌。此外，第12窟的前室和后室，深14米，宽11米，高9米，适合活动展览，便于运输，易于操作。最终，云冈石窟研究院选择了12号窟作为临摹对象。

" 12号洞穴的数字收藏触及了这个领域的“天花板”. "常宇叹了口气。云冈石窟洞穴空间巨大，高浮雕、低浮雕等各种雕刻技法巧妙运用。各种遗迹深度尺度复杂，扫描测绘难度极大。

浙江大学与云冈石窟研究院合作团队采用了一套集成三维激光扫描和摄影测量的文物三维模型构建方案，由浙江大学团队进行探索，采集了12号窟的高保真三维数字数据。历时三个月，最终完成了52个3D激光扫描站，拍摄了55680张照片。

数据收集后，需要做分析和计算。“团队应该通过算法将收集到的扫描图像和数据进行合并。合并的过程形成了数据之间的连接，它们之间有一个约束，使整体结果相辅相成，不留死角，更加准确。”

然而，大量的高精度三维扫描数据采集和大量的分析计算是数字记录中的“拦路虎”。

“我们感受最深的是数据处理的难度。当我们得到大量数据时，

对他们来说，这是一个实验用时间。“其他两家合作公司只能等我们处理信息。这是我们压力最大的一件事。”

浙大团队只能回到最初的原点，重新研究最基础的算法。我们团队的四位博士和硕士在不断攻关，整合不同设备采集的数据。幸运的是，他们最终实现了关键突破，确保了在时间的有限时间内处理完数据，成功建立了12号洞穴的高保真彩色3D模型。

“比我的承诺时间晚了半年左右，这是我们没有想到的。我原以为半年就能完成数据处理，结果用了一年左右时间。”刁玉笑道：

解决关键问题

没有参考案例，每个环节都充满挑战。

经过漫长的等待，负责造型和处理的深圳柯美图像有限公司终于拿到了处理后的数据。但是他们面临着单次印刷形成的成品体积小的问题。

接连不断的困难和研究实验成了团队的日常。“每个环节都有新的挑战，因为我们是第一个做这个的团队，没有技术和案例可以参考。在探索的过程中，我们肯定会遇到阻碍。”

使用分体式3D打印，他们是第一个“吃螃蟹”的团队。以前没有先例，技术也没办法成型。我们需要探索和突破。为解决单次成型体积小的问题，柯美图像有限公司专门研发了一台大型3D打印机，可打印111.5米。20台大型3D打印机的生产，可以保证一次性打印成型，利用3D打印模具技术复制文物的所有细节。

将Cave 12分成110个2米见方的“积木”，然后将每个大块切割成十几个左右的小块进行打印。打印每个小块需要近一周的夜以继日的工作。

如果很难拆解分块，那么数据拼接在一起就很考验块与块之间的空间精度了。浙大团队会尽可能解决设计中的错误。

所谓“高楼拔地而起”，是人们对建筑的一种笼统的概念，自下而上的建筑是最常用的方式。然而，3D装配过程中的任何微小误差都会导致错位，并可能导致安装的最终失败。合作团队再一次采取了不同的方法，选择了自顶向下的安装策略，从而降低了错误。“把积累的误差留给开仓，误差就消化了。”

如何才能在打印出石窟的形状后，给它一个完美的“颜色”？色彩不仅仅是石窟表面的颜色，还包含了文物的材质、质地等综合的历史信息。用高分子材料固化成型的复制石窟，还不具备石头的质感。好在缺陷可以通过“上色”来填补。

问题接踵而至。目前各种3D着色或者3D打印技术都无法在着色的同时创造出指定的纹理。“我们尝试过3D彩色打印，也尝试过打印后给凹凸不平的模型上色的方式，但都没有达到想要的质感。我们要的是石窟砂岩的质感，先上色再创造质感的道路是行不通的。”常宇认为。

经过前期的数据采集对比实验，合作团队决定采用人工着色的方法，寻求原始真相的最大再现。当你不得不选择人工上色来完成云冈复刻洞的制作时，你也拥有了另一种自由。团队认为，既然有可以改变的选项，为什么不改变颜色呢？只要这种改变是正当的。

经过论证，合作团队提出了一个大胆的着色方案建议，即——与现有的12个洞穴并不“一模一样”。云冈石窟研究院最终决定着色的具体操作方案，是基于科学数据和专家对文物的了解。“我们在着色上没有创意，但必须在考古的指导下制定着色方案。比如现存石窟中的颜色和过去的颜色有什么关系？基于它们的改变有哪些？我们能根据这些基数来提高颜色亮度吗？”

复制的过程也是一种复原研究。在明暗颜色上，团队选择了可验证区域洞穴被揭开时的明亮颜色，而不是采用因煤灰等问题而改变的洞穴雕像颜色。在洞穴的风化上，他们认为这是不可抗拒的自然力所赋予的，于是停止了调整，保留了人为破坏的痕迹。

云冈石窟研究院的艺术团队按照古代的方法，用矿物颜料给面积达900多平方米的复制石窟上色。历经8个月时间，12个石窟终于完成了各自的复制，完整呈现。

在现代物质基础上，用手工“装饰、绘画”的方法，恢复如此规模的石窟原貌，这在文物史上还是第一次。

步行

可以像搭积木一样组装起来，向世界展示云冈石窟的永恒魅力。

“我们所做的工作不仅仅是某个学科领域，而是真正的交叉学科，涉及到考古学、文物保护、计算机、精密机械、3D打印、材料科学、美术、结构力学、道路交通等工程问题。”

它完工了，这样云冈石窟才能真正“行走”在世界各地进行展览。结构力学、道路运输等学科也必须考虑。这一次，浙大团队创新性地使用了“积木”的新技术和制作方式，开创了文物艺术品便捷运输、安装和展示的新模式。

目前复制成功的洞穴12由110块2米见方的“积木”组成，分为6层进行组装。这些“积木”的总重量约为2吨。八辆标准集装箱卡车就能装下它们，它们可以在世界各地自由拉运。组装过程主要由四名工程师协调，只需要两周时间时间完成组装和展示。

《走吧》的展架结构为轻型铝合金框架，独立安装，半自动安装。现场不需要搭建传统的脚手架。低空作业队在地面组装一层，然后吊装到顶部安装。整个过程就像从上到下的搭积木。提高提高了装配效率，缩短了安装周期。

“技术攻关”是刁长宇经常提到的一个词。时间年期间，复制石窟制作时，技术攻关实验为他们解决了太多问题。尽管如此，刁昌宇认为，科技对考古的帮助是提供高精度的数据，考古对科技有学术支持，更多的是让科技更好地为学术研究服务。

今年6月12日至11月30日，浙江大学艺术与考古博物馆举办了“伟风堂3354号馆云冈石窟百年记忆与再现”专题展览。展览展出了云冈石窟研究院收藏的112件(套)石刻造像、碑刻、陶瓷器皿、建筑构件等文物，以及一个多世纪以来研究和记录云冈石窟的中外学术文献和珍贵历史影像，集中展示了云冈石窟的历史。

本次展览是云冈石窟第12窟环球第一站，也是云冈石窟梦圆第一站。目前，已收到消息的多家美术馆、展览馆和相关机构正在联系参展事宜。云冈第12洞将成为“行走的石窟，永不落幕的丝绸之路音乐厅”。

正如梁思成老师在视察云冈时所说，“从雕塑的姿态和衣着上，我们可以直观地感受到中外文明交融的印记。”未来，可移动的3D打印复制洞窟可以让越来越多的世界观众感受到云冈石窟的艺术内涵。

文/图由韩世荣/刁长宇提供