雕塑樣稿數位化簡約成型工藝的製作方法

2023-06-10 09:20:11

專利名稱：雕塑樣稿數位化簡約成型工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及雕塑樣稿製作工藝，具體是一種雕塑樣稿數位化簡約成型工藝。
背景技術：
傳統手工寫實雕塑樣稿的主要成型工藝過程為對雕塑原形進行初步判斷 與簡單量測一製作概略結構的形體支撐網架一用軟質雕塑材料進行模擬塑形 —在形體表面進行藝術修飾一完成可翻制為成品的雕塑樣稿；從工藝過程就可 以看出，對於雕塑，尤其是既要形似又要神似的寫實雕塑，形似是基礎，神似 是升華。要做到作品與雕塑原形的形似，就必須準確把握雕塑原形的實體結構 和形體特徵；但傳統的雕塑方法，主要是依靠人為的感觀來判斷雕塑對象的空 間位置，即使藉助簡單的量測工具，也很難準確把握複雜實體的空間尺寸，只 能通過趨近對比和不斷嘗試的泥塑方式，逐漸模擬出雕塑原形的形體特徵，理 順實體的空間結構，無法得到與雕塑原形近似度高的雕塑樣稿；尤其是向來被 稱為雕塑界最難把握的藝術項目一寫實肖像，在我國，只有為數很少的雕塑藝 術家能夠熟練掌握寫實技術的成功秘訣，讓其作品真正達到神形兼備的藝術水 平，因此，長期以來，只有少數名人能有機會和條件享受這種藝術產品。總之， 傳統手工寫實雕塑樣稿成型工藝存在技術難把握、質量沒保證、製作周期長、 創作成本高的問題，因而導致寫實雕塑市場潛力小，服務對象少。另外，在工業零件加工領域中應用有快速成型技術，該技術利用雷射掃描定位等現代科技手段，首先精確地採集到產品樣品準確的空間坐標位置信息， 然後通過先進的計算機三維圖形設計和編輯軟體，進行逼真的數字模型構建和 處理，最後在快速成型機上嚴格按照產品的精度要求，把成品自動生產出來。 雖然該技術與雕塑工藝具有共通性——皆是成型工藝，但由於現有快速成型機成本高、維護困難，只能加工小型的零件(最大加工尺寸30釐米)，且成品為 剛性，不便再塑性加工，不能直接應用於形體尺寸較大、表面結構複雜細膩的 寫實雕塑藝術創作當中。 發明內容本發明為了解決傳統手工寫實雕塑技術不能精確把握雕塑原形空間結構 和特徵位置的問題，以及現有快速成型技術由於只能加工小型剛性零件、使用 成本過高等原因不能直接應用於雕塑領域的問題，提供了一種雕塑樣稿數位化 簡約成型工藝。本發明是採用如下技術方案實現的雕塑樣稿數位化簡約成型工藝，工藝 步驟如下1、 採集雕塑原形的空間三維立體數據；2、 以步驟1得到的空間三維立體數據構建雕塑原形的三維數字模型；3、 對步驟2的三維數字模型進行分層切割處理根據雕塑原形的特徵選 擇適合的截切方向(橫切、縱切、甚至斜切)，在適合的截切方向上用一系列 間隔一定距離的平行平面切割三維數字模型，得到各截切面(即平行平面與三 維數字模型的相交面)的三維輪廓線數據；截切平面的間隔越小，最終得到的 雕塑樣稿與雕塑原形的近似度越高。4、 將步驟3的三維輪廓線數據平面化處理；即將步驟3分層切割處理得到的三維截切面輪廓線數據轉化為平面二維數據，並按樣稿成品所需比例生成 平面輪廓圖形文件。5、 按照步驟4的平面輪廓圖形文件進行實體層片加工與結構組合按照步驟4的平面輪廓圖形文件，在具有一定厚度和強度的平板上進行切割加工，得到與各截切面相對應的實體層片，將加工得到的實體層片按各截切面的排列 順序組合固定在一起，組合成相對準確地保留雕塑原形空間結構真實位置的實體模腔(陰模)或實體模型(陽模)；6、 塑性雕塑樣稿成型將塑性材料壓填到由實體層片組成的實體模腔內， 充分覆蓋實體模腔內表面，同時在實體模腔內壓填適當尺寸的支撐結構，然後 逐層將實體層片拆解卸掉，得到表面帶有印痕的塑性雕塑樣稿；或者將塑性材 料沿實體模型表面進行塑造，得到和實體模型相似的塑性雕塑樣稿。在經過上述工藝步驟得到雕塑樣稿後，綜合運用傳統寫實雕塑工藝中的處 理工序對雕塑樣稿進行後續處理對照雕塑原形或其照片，繼續用軟質塑性材 料對雕塑樣稿進行結構修補、表面調整、輔助裝飾以及適度的變形誇張，進行 雕像藝術造型的深化與提高，逐漸把只能保證基本形似的雕塑樣稿，修飾升華 為神形更加逼真的軟質雕像樣稿或雕像定稿；最後根據需要通過直接燒制或翻 模複製和表面顏色處理等傳統雕塑加工方法進行雕像成品的加工與處理，最終 把合格的軟質雕像樣稿轉化為各種材料的雕塑成品；同時可以給雕像成品裝配 上合適的基座和其它必要裝飾或輔助包裝，進一步提高作品的藝術觀感效果。與現有技術相比，本發明借鑑零件加工領域中現有的快速成型技術，綜合 利用現代三維立體數據採集技術、計算機三維圖形(數字模型)處理技術、計 算機平面圖形處理技術，充分利用寫實雕塑不需要高精度成型加工的有利條件，將雕塑原形轉化為一組平面輪廓數據，放棄使用昂貴且尚不成熟的快速成 型機直接加工雕塑作品，而是通過現有成熟、造價低廉、維護簡單的加工設備 (如平面圖形列印雕刻設備、剪裁工具、切割工具等)將平面輪廓加工成一 組實體層片，組合後得到與雕塑原形大體一致的實體模腔或實體模型，然後將 塑性材料壓填到實體模腔內，或將塑形材料沿實體模型輪廓表面進行塑造，最 終得到與雕塑原形近似度較高的塑形雕塑樣稿。本發明將雕塑工藝與快速成型 技術有效結合，實現雕塑技術創新，能快速製作出與雕塑原形近似度較高的雕 塑樣稿，明顯提高了寫實雕塑的創作質量和製造效率，擴大了寫實雕塑的應用 範圍，使寫實雕塑藝術逐步走向人民大眾中間。本發明所述成型工藝適合各種 比例的人體雕像、人物頭像雕塑，雕塑類文物的非接觸複製和仿造，大型雕塑 建築的樣稿放大和成品建造等等；另外，還可用來進行人物藝術蠟像的形體制 作。本發明工藝步驟緊湊、合理，科學實用，應用設備成熟，生產成本更加低 廉，應用前景廣闊，發展潛力巨大。以人物頭像寫實創作為例，本發明所述工 藝可使作品的費用降低IO倍以上，達到普通民眾可接受的水平。


圖1為本發明的工藝流程方框圖； 圖2為本發明一具體工藝流程示意圖的一部分； 圖3為本發明一具體工藝流程示意圖的一部分； 圖4為本發明一具體工藝流程示意圖的一部分；圖中(1)-雕塑原形；(2)-雕塑原形的三維數字模型；(3) _橫切、縱 切結合併連續切割的三維數字模型；(4)-橫切、縱切結合併間隔切割的三維數字模型；(5)-橫、縱截切面分離的三維數字模型；(6)-平面輪廓圖形文件;(7)-實體層片；(8)-網架模型；(9)-實體模腔；(10)-實體模型；(11)-塑性雕塑樣稿。
具體實施方式
如圖l-4所示，本發明所述雕塑樣稿數位化簡約成型工藝的工藝步驟如下1、 採集雕塑原形(1)的空間三維立體數據；所述雕塑原形空間三維立體數據的採集採用立體攝影測量、三維立體掃描 等現有非接觸式的立體數據採集技術和設備實現，以較為精確地獲取表徵雕塑 原形表面三維空間立體坐標數據和必要空間結構信息的點雲數據，即無數個按 一定規律組成的有一定距離間隔的表面位置點的空間坐標(X， y， h); —般來說， 一個立體雕塑原形所需的完整的空間立體數據和結構信息，需要從前後、左右、 上下及其側面等不少於6或8個方位進行數據獲取，從各方位獲取的點雲數據 中必須包含一定數量(至少三個以上)的結構控制數據點，作為各點雲數據集 群相互連接和坐標數據轉換的結構信息；2、 以步驟1得到的空間三維立體數據構建雕塑原形的三維數字模型(2);所述雕塑原形三維數字模型的構建採用現有計算機三維圖形處理軟體(如Autodesk公司的3DMAX)將雕塑原形各方位採集到的離散點雲數據群組 轉化為三維體面結構形式的數字模型(如STL (Stereolithography)模型一 準標準數據格式，或者CAD模型)，並可以按照控制數據點的空間結構信息進 行各方位數字模型的空間拼合、編輯修改、拾遺補缺，最終形成與雕塑原形體 態相一致的三維數字模型；3、 對步驟2的三維數字模型(2)進行分層切割處理根據雕塑原形(1)的特徵選擇適合的截切方向(橫切、縱切、甚至斜切)，在適合的截切方向上 用一系列間隔一定距離的平行平面切割三維數字模型，得到各截切面(即平行 平面與三維數字模型的相交面)的三維輪廓線數據；在計算機三維圖形(數字模型)處理技術、計算機平面圖形處理技術的支 持下，所述分層切割處理在截切方向的選擇上，對於外形結構簡單的雕塑原形 來說，可以按單一截切方向分層、切割；對於雕塑原形外形結構較為複雜的， 宜採用複合分層的方式，如人物頭像的眼部、唇部部位，以縱向分層切割，分 辨率高，而其它部位以橫向分層切割，解析度高，即在進行分層切割處理時， 可以多截切方向選擇，如圖2中的(3)、 (4)所示。4、將步驟3的三維輪廓線數據平面化處理；即將步驟3分層切割處理得 到的三維截切面輪廓線數據轉化為平面二維數據，並按樣稿成品所需比例生成 平面輪廓圖形文件(6)。三維數字模型在經過數字分層切割處理後，將每層模型輪廓的立體表面數 據(即三維截切面輪廓線數據)轉化為只保留近似截切面輪廓線的簡化平面圖 形數據(平面二維數據)，以便後續加工設備對平板材料進行加工；當以多截 切方向進行分層切割處理時，在進行平面化處理前，將截切面以截切方向進行 整體分離後(如圖3中的(5)所示)，再依次進行平面化處理。其中，步驟3的分層切割處理可以採取兩種不同方法進行a、對於按照 間接成型製造方式生產的，包括1)、對三維數字模型進行陰模反轉處理，2)、 分層順序切割，逐層進行平面圖形數據轉化；b、對於按照陽模實體直接成型 製造方式生產的直接分層，按順序連續、或間隔、或兩者結合進行切割，對 截切面逐層進行平面圖形數據轉化；最後，將各層平面圖形數據按所需比例順序生成平面輪廓圖形文件。5、 按照步驟4的平面輪廓圖形文件(6)進行實體層片加工與結構組合 按照步驟4的平面輪廓圖形文件(6)，在具有一定厚度和強度的平板上進行切 割加工，得到與各截切面相對應的實體層片(7)，將加工得到的實體層片(7) 按各截切面的排列順序組合固定在一起，組合成相對準確地保留雕塑原形空間 結構真實位置的實體模腔(9)或實體模型(10);實體模腔即陰模，實體模型 即陽豐莫。實際加工時，根據加工設備條件和雕塑作品的縮放比例關係，以及雕塑原 形空間造型的複雜程度，可以按照如下三種不同方法進行實體層片加工a. 對於空間造型較為簡單的，層片數量也較少的，並且對精度要求也不太 高的，可採用平面間接繪圖列印的加工方法首先、把紙質繪圖列印圖按輪廓 線裁剪後，按一定順序轉帖在平板材料表面，然後用切割工具進行層片加工；b. 對於尺寸更大的、超出繪圖機列印極限的、大型雕塑放大工程用的實體 層片加工，可借用光學投影或機械放大儀等工具進行輪廓線的標繪，配合一定 的空間支撐加強結構，實現大型層片的切割加工；c. 對於精度要求較高的，層片數量大，輪廓形狀複雜的，通常都應選用平 面雕刻機進行實體層片的加工。將加工完成的實體層片進行修整和清理後，按照分層順序，通過預留的結 構孔槽或結構線面將實體層片組合固定成實體模腔、實體模型或者網架模型， 即相對準確地保留雕塑原形空間結構真實位置的模型構架；其中，組合實體模 型、還是組合網架模型，與分層後的切割是採取連續切割、還是間隔切割有關。6、 塑性雕塑樣稿成型根據步驟4中雕塑實體層片(7)加工組合成的模型構架形式實體模腔(9)、實體模型(10)或者網架模型(8)，塑性雕塑樣 稿可按如下兩種方案進行成型作業a、 模型構架形式為實體模腔，採用實體模腔(陰模)填充壓實成型將 塑性材料壓填到由實體層片組成的實體模腔內，充分覆蓋實體模腔內表面，同 時在實體模腔內壓填適當尺寸的支撐結構，然後逐層將實體層片拆解卸掉，得 到表面帶有印痕的塑性雕塑樣稿；所述的支撐結構只要能實現支撐目的即可， 無特殊要求，實現結構多樣，在說明書中未敘述。b、 模型構架形式為實體模型或者網架模型(可成為框架模型)，採用陽模 框架填充塑造成型將塑性材料沿實體模型或者網架模型輪廓表面進行塑造或 填充塑造，最終得到和實體模型相似的塑性雕塑樣稿。
權利要求
1、一種雕塑樣稿數位化簡約成型工藝，其特徵在於工藝步驟如下1)、採集雕塑原形(1)的空間三維立體數據；2)、以步驟1)得到的空間三維立體數據構建雕塑原形(1)的三維數字模型(2)；3)、對步驟2)的三維數字模型(2)進行分層切割處理根據雕塑原形(1)的特徵選擇適合的截切方向，在適合的截切方向上用一系列間隔一定距離的平行平面切割三維數字模型(2)，得到各截切面的三維輪廓線數據；4)、將步驟3)的三維輪廓線數據平面化處理；即將步驟3)分層切割處理得到的三維截切面輪廓線數據轉化為平面二維數據，並按樣稿成品所需比例生成平面輪廓圖形文件(6)；5)、按照步驟4)的平面輪廓圖形文件(6)進行實體層片加工與結構組合按照步驟4)的平面輪廓圖形文件(6)，在具有一定厚度和強度的平板上進行切割加工，得到與各截切面相對應的實體層片(7)，將加工得到的實體層片(7)按各截切面的排列順序組合固定在一起，組合成相對準確地保留雕塑原形(1)空間結構真實位置的實體模腔(9)或實體模型(10)；6)、塑性雕塑樣稿成型將塑性材料壓填到由實體層片(7)組成的實體模腔(9)內，充分覆蓋實體模腔(9)內表面，同時在實體模腔(9)內壓填適當尺寸的支撐結構，然後逐層將實體層片(7)拆解卸掉，得到表面帶有印痕的塑性雕塑樣稿(11)；或者將塑性材料沿實體模型(10)表面進行塑造，得到和實體模型(10)相似的塑性雕塑樣稿(11)。
2、 根據權利要求1所述的雕塑樣稿數位化簡約成型工藝，其特徵在於步驟3)中的分層切割處理可以採取兩種不同方法進行a、對於按照間接成型製造方式生產的，包括步驟1)、對三維數字模型(2)進行陰模反轉處理；2)、 分層順序切割，逐層進行平面圖形數據轉化；b、對於按照陽模實體直接成型 製造方式生產的，包括步驟對三維數字模型(2)直接分層，按順序連續、或間隔、或兩者結合進行切割，對截切面逐層進行平面圖形數據轉化。
3、根據權利要求2所述的雕塑樣稿數位化簡約成型工藝，其特徵在於步 驟3)中的分層切割處理以b法中的間隔切割，或連續切割和間隔切割兩者結 合進行，則在步驟5)中加工得到的實體層片(7)，能組合成相對準確地保留 雕塑原形(1)空間結構真實位置的網架模型(8)。
全文摘要
本發明涉及雕塑樣稿製作工藝，具體是一種雕塑樣稿數位化簡約成型工藝。解決了傳統手工寫實雕塑技術不能精確把握雕塑原形空間結構和特徵位置的問題，以及現有快速成型技術不能直接應用於雕塑領域的問題，該成型工藝步驟如下1.採集雕塑原形的空間三維立體數據；2.以步驟1得到的空間三維立體數據構建雕塑原形的三維數字模型；3.對步驟2的三維數字模型進行分層切割處理；4.將步驟3的三維輪廓線數據平面化處理，生成平面輪廓圖形文件；5.按照步驟4的平面輪廓圖形文件進行實體層片加工與結構組合；6.塑性雕塑樣稿成型。本發明工藝步驟緊湊、合理，科學實用，應用設備成熟，生產成本更加低廉，應用前景廣闊，發展潛力巨大。
文檔編號B44C3/00GK101274577SQ200810054769
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月9日 優先權日2008年4月9日
發明者徐鴻斌 申請人:徐鴻斌