北京中学生3D打印课打出新奇迹 完整修复故宫青铜鼎
2016年1月12日讯，多年前，还在上小学的刘思伯，在大好的课余时间里，不情不愿地为了升学奔赴在学习速写的路上，一学就是六七年。那时的他，无论如何也想不到，这一勉强被逼出来的爱好，在遇上3D打印的那一刻起，居然对他焕发出了新的诱惑力。“多亏了当年的绘画基础，学起3D打印来才能那么快上手。”近日，这个痴迷于3D打印的小伙子，凭借“3D打印技术复制故宫青铜器的应用研究”项目，拿下了2015年北京市中小学生社会大课堂一等奖。
3D打印故宫青铜鼎
3D打印课上“修身养性”
在进入高中之前，刘思伯就听说过3D打印，而那时他对于3D打印的兴趣与技术本身无关。“之前在新闻上听说过3D打印有多神奇，打印出来的枪啊、汽车啊多么多么逼真，我们男孩子嘛，对枪械、汽车之类的总会比较感兴趣。”
2014年9月，北京市第六十五中学作为东城区3D打印课程的试点校，首次为学生开设3D打印选修课程。当时刚上高一的刘思伯，听说这个消息后兴奋不已，“这么好玩儿，那我一定得报名啊”。由此，他成了该课程的首批学生。在学习了一年多之后，刘思伯并没有机会像最初设想的那样，去造把手枪、装辆汽车。但他还是由衷地感叹，3D打印课程让“自己终于有了用武之地。”
原来，爱闹腾的刘思伯，一向喜爱几何，对于图像以及立体的东西也比较敏感。不过，在刘思伯看来，这3D打印并不只是简单地将建模软件上的三维图像用机器打印出来，要学好还真需要点儿自己的想法：不仅要把握好物体的正视图、侧视图、俯视图关系，还得在头脑中预先勾勒建模，“对于逻辑思维和抽象思维都是一种考验和锻炼。”
要说起来，这闹腾孩子平时可没少让老师们操心，从班主任到年级组长，很少有人能拿他有什么办法。而就是这样一个喜欢上蹿下跳的男孩子，在进了3D打印的课堂之后，却能老老实实地在建模软件跟前，一琢磨就是好几个小时。连刘思伯自己也打趣自己，这3D打印课程的“修身养性”效果明显，“就说背书吧，之前别说坐10分钟了，我连一分钟都背不了。学习英语，都是快速记忆，应付了事，考完就忘，根本不往心里去。但是现在我自己不仅能背，背完了单词还愿意再写写巩固记忆，耐心好了不是一点儿半点儿。”
课题研究瞄上青铜修复
上学期开始，第六十五中学与故宫博物院合作，共同进行“3D打印技术与文物修复”的研究课题。作为成员之一，刘思伯在青铜器馆溜达了好大一圈，始终没法决定该以什么器物作为自己的研究对象：青铜盘子？造型太过普通，呈现效果堪忧；大鼎？效果出来了，可是花纹太多，难度又太大。左右权衡之后，刘思伯最终选择了一个名为“小臣缶方鼎”的青铜器。
如今，说起这鼎的各种属性来，刘思伯也是头头是：高29.6厘米，口径22.5×17厘米，重6.18公斤。方唇，二直耳，长方形腹，四柱足。器壁四角及正中均起棱脊，口沿下饰有夔纹，腹部饰有兽面纹——器型工整，难度不至于过大；两种典型纹饰，又不失时代代表性。
确定了研究对象，刘思伯便开始做起了故宫博物院的“铁粉儿”。每逢周末有空，他便颠颠儿地跑到青铜器馆里，趴在小臣缶方鼎跟前，一盯就是一两个小时。“这一个学期把之前十几年没去的故宫全部都补上了！”刘思伯笑言。正是在与方鼎的隔玻璃相望中，刘思伯进一步意识到了自己之前的速写基础有多么重要。
原来，在3D打印过程中，重要的一步就是通过采集数据来完成三维视图的构建，其准确性和构图比例直接影响到后续的三维建模。面对着故宫的宝贝，刘思伯不可能将方鼎搬到自己跟前儿，上上下下、里里外外地看个明明白白，只能凭借着此前学绘画时的基本功，从方鼎的造型、大的棱角、凸起入手，确定好方鼎各部分比例，再过渡到细节、纹饰、曲线、弧度……在一次次前往故宫的奔波中，刘思伯也同步在电脑上补充和调整着各种细节。
其中，最让刘思伯苦不堪言的就要数小臣缶方鼎上面的夔纹和兽面纹了。方鼎上的纹饰本身就繁复，按比例缩小之后，纹饰的弧度和曲线也相应缩小。而要知道，画面上曲线弧度的精准性，靠的就是多个点的位置。要在那么小的空间内，找好各个点的位置，着实不是件容易事儿。在刘思伯的手下，不知道诞生过多少曲里拐弯的弧度。有时候，小半天才能搞定一条周长不到1厘米的小弧线，“真的会特别烦躁，但是确实磨练了我的耐心。”
有次在电脑上绘图时，刘思伯发现，无论怎么尝试，他始终没有办法让方鼎两侧的夔纹和兽面纹做到完全一致。而这样一来，就会导致复制的准确度大幅下降。百般沮丧的刘思伯找到了讲授《三维设计与3D打印课程》的李岩老师求助，李老师立马为刘思伯支了个妙招：原来，在三维设计软件中有一个镜像的功能一直没有被刘思伯发掘出来，这个功能可以将一侧的设计线条整体复制到另外一侧；但是镜像的参考线绘制必须精确，对于设计者的抽象思维要求较高，因此同样需要反复尝试。刘思伯的热情再次被点燃了。
身临其境学习历史知识
对于刘思伯来说，周末泡在故宫，除了搞出了个像样的作品出来，自己的历史知识还得到了“恶补”。在一个青铜器跟前站累了的时候，他就跟着各地的旅行团溜达一圈，听回了满耳朵的历史课。“要不是做这次研究，我还真不知道原来青铜器在历史上还可以被拿来吃饭、喝酒，我以为他们只是做祭祀的礼仪器具。”听着听着，刘思伯也慢慢琢磨出了些门道，尽管各式青铜器造型不同、大小各异，但是或多或少都与历史上的“分封制度”有关，“有点儿类似于回礼的意思。”而这些从导游口中听来的知识，在后来的历史课本上也都或多或少得到了印证。
一次打印的成功，给了刘思伯不少信心，也让他更加坚信3D打印技术在文物领域的应用前景。“例如，一些易碎或体型较大、不方便展示的文物，就可以使用3D打印技术。这样以来，既防止了文物的损坏，又方便大家多角度地观看和了解文物。”
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