3D プリントで時代の痕跡を保存し、文化遺産を復元しましょう!

3Dプリント技術は文化遺産の保護に大きな意義があり、文化遺産を保存のための情報に変換し、追加の保険を提供することができます。万が一文化が破壊された場合でも、3Dプリント技術によって修復または再構築することができ、人類の歴史的記憶の消去を効果的に防ぐことができます。

文化遺産や記念碑を修復するための3Dプリント：テクノロジーと野蛮さの戦い

1. 文化財や史跡の修復に利用される<br /> 文化財や史跡の保護は、考古学界にとって常に悩みの種となっている。文化財は再生不可能な資源であるため、破壊されれば存在しなくなる。例えば、西安の始皇帝の兵馬俑は、発掘当時は色が鮮やかで表情も生き生きしていたが、今では本来の魅力を失って久しく、風化が激しく、鮮やかな色彩は消えて黄土のようにくすんだ色になっている。

兵馬俑が最初に発掘されたときの様子はこのようなものだったと言われています。

何年も経って、兵馬俑はこのように見えました

前漢の海渾侯墓から出土した文物と宝物。考古学者は、破壊された古代の墓を救出する際に、さまざまな困難に遭遇することがよくあります。馬王堆漢墓が発掘された当時、祭器に最初に入れられた蓮根のスライスやその他の食材は、元の外観を保っていましたが、すぐに炭化しました。ここには西漢の海渾侯の墓もあります。中のキビやメロンの種も同じ運命をたどったのでしょうか。

馬鞍山博物館の朱然の墓

これらの副葬品と比べて、馬鞍山の朱然の墓の棺の所有者の遺骨が突然消失したことは、考古学界にとってさらに残念なことである。 1980年代初頭、三国時代、呉の司馬大君、馬朱然の家族の墓が安徽省馬鞍山で発見された。当時の科学技術のレベルが低かったため、墓は早くから略奪されていた。朱然の遺体は時間内に保存することができず、一瞬にして灰となり、墓の土に溶け込んでしまった。当時国内の考古学的発見のトップ10の一つとして、それは永遠の後悔を残しました！

2. 古代の遺物を蘇らせる 21世紀の今日、科学技術の発展のスピードは驚異的であり、考古学のレベルは以前よりもはるかに高く、文化財や史跡の保護も以前に比べて大幅に向上しました。 3Dプリント技術で文化遺産を「再現」できれば、多くの後悔を埋め合わせることができるだろう。

3Dプリント技術の応用範囲が拡大し続けるにつれ、多くの博物館や文化遺産の修復作業員が3Dプリントや3Dスキャン技術を使用して、荒廃した古代文化遺産を復活させ始めており、文化遺産を修復するだけでなく、古代文化を継承することも可能になっています。

数年前、陝西省博物館は3Dプリント技術を使用して、国宝級の文化財である鹿の形をした金色の怪物のレプリカを作成した。鹿の形をした金色の怪物の図像は非常に独特で、枝分かれした角が何本も生えた鹿の形をしていますが、口は鷲のくちばしの形をしています。枝分かれした角の先端と尾にも、伝説の九頭鳥のような形をした同様の動物の頭があります。これは匈奴の王冠の装飾で、勇敢で強い動物に対する匈奴の崇拝を反映しています。この金色の怪物は独特の形をしており、さまざまな技法を組み合わせて精巧に作られており、匈奴の金銀細工の高度な技術を十分に反映しており、最も代表的な匈奴の芸術品として称賛されています。陝西省博物館は、オリジナルをより良く保存するために、3Dプリント技術を使用してレプリカを作成することを選択しました。

3Dプリントは済南四門塔の千年の歴史を持つ文化遺産の修復に役立っている。写真は龍虎塔の足場の様子

千佛崖も改修前の情報収集中。
2015年初頭、千年の歴史を持つ文化遺産である四門塔の大規模な修復工事の際に、3Dプリント技術が活用されました。技術者は古代の建築物や彫刻の詳細な情報を徹底的に収集し、非常にリアルな仮想3Dモデルを制作し、コンピューターを通じて文化遺産の全体像を映し出しました。文化財情報収集技術基準に基づき、仮想3Dモデルを表示し、文化財の修復・保護の参考とします。

伝統的な技術では、文化遺産を修復する際に表面に直接作用するため、文化遺産に二次的な損傷を引き起こしやすくなります。 3D プリント技術は、立体スキャン、データ収集、塗装モデルの印刷などの一連の手順を通じて、文化遺産に触れることなく修復したり、複製したりすることができます。

漢代の三脚陶器の三脚の 3D プリントレプリカ。左がオリジナル、右がレプリカです。レプリカとは何ですか?例えば、漢代の三脚鉢は、短くまっすぐな口、傾斜した肩、隆起した紐模様のある膨らんだ腹、2つの耳、動物の足が特徴です。容器の内側と底は焼結によって形成されたフリントレッドで、表面には「発汗」現象（窯で焼いた後の素焼きの陶器の表面に非常に薄い明るい層が現れる現象）があります。物体の「汗」部分の断面は極めて薄く、形状も自然で均一です。

同様に、レプリカは 3D 印刷技術を使用して印刷され、その後、伝統的な着色技術を使用して着色され、古びた感じに加工されます。模造釉薬顔料を希釈剤と混ぜ、まずスプレーブラシを使用して対象物の基本色の層をスプレーし、全体の色合いを元の対象物に近づけます。次に、元の対象物の色調と一致する鉱物顔料を使用して部分を着色および老化させ、元の「汗」部分の光沢を模倣します。

3D プリントを使用して宮殿全体を修復することはできますか?
独自のラピッドプロトタイピング技術を備えた 3D プリント技術は、現代の製造ニーズに限定されず、文化遺産の保護においてもますます重要な役割を果たしています。現在、文化財の3Dプリント技術は、「青銅の三脚」などの小さな物体や大きな記念碑の色彩復元に限定されなくなり、宮殿などの巨大な文化財を実際にプリントできるようになり、現代文明が歴史を保持できるようになりました。

3. 威厳ある技術 例えば、古代バビロンの空中庭園は、古代建築文明の見事な景観と言えます。しかし、古代文明時代の民族戦争と現代の中東の混乱により、この美しい都市は多くの貴重な文化遺産を失ってしまいました。昔の考古学者たちは、この遺跡を前にして、ため息をつき、嘆くことしかできなかった。

ISISのメンバーは文化遺産を破壊しており、3Dプリントと3Dスキャン技術の応用により、人類の文化遺産の修復に新たな可能性がもたらされました。 3Dスキャンは文化遺産や史跡の点群を収集するために使用され、フィルタリングやモデリングのためにコンピューターに入力され、最終的には文化遺産の保護と修復に適用され、残忍な破壊を経験した人類の文明が引き続き繁栄できるようにしています。そのため、3Dプリントは古代文明を保存する上で「尊厳ある」技術と呼ばれています。次に、過激派組織イスラム国（ISIS）によって破壊された歴史的建造物を例に、3Dプリントの魔法を理解してみましょう。

ベル神殿これはシリアの都市パルミラにある古代ローマの神殿です。西暦 32 年頃に建てられ、パルミラの神ベルを崇拝するために使用されました。

パルミラ遺跡の航空写真

古代の自然神崇拝から古代ローマ帝国のキリスト教文明まで、ベル神殿は常にパルミラ市に存在してきました。文明が何度も変化したにもかかわらず、神殿はそのまま保存されてきました。かつてはパルミラ遺跡の中で最も代表的かつ最も保存状態の良い寺院遺跡とみなされ、ユネスコの世界遺産に登録されました。

ISISがベル神殿を破壊

ベル神殿がISISによって破壊された後、残ったのはアーチが1つだけでした。しかし、2015年8月23日、この2000年の歴史を持つ神殿は過激派テロ組織ISISによって容赦なく破壊されました。何千年もの風雨にさらされた後、パルミラの遺跡にぽつんと立つ神殿のアーチがたった一つだけ残っています。

ベル神殿のコンピューター修復。しかし、世の中には正義がある。ハーバード大学、オックスフォード大学、ドバイ未来博物館の研究者らがデジタル考古学研究所（IDA）を設立し、デジタル画像と3Dプリント技術を使ってISISによって破壊された古代の建造物を修復する計画を立てている。
IDA はユネスコと協力し、考古学研究所の活動を支援し、中東および北アフリカの史跡の画像を撮影し、さまざまな史跡の 3D スキャンを実行するために、研究者に 5,000 台のプロ仕様の測量カメラを提供しています。
ベル神殿の一部は上海の大型3Dプリンターを使って印刷されました。部品が印刷されると、後処理のためにイタリアに送られ、その後展示のために英国のトラファルガー広場に送られます。同時に、IDAは、いつの日か3Dプリント技術を使ってベル神殿全体を修復したいと考えていると述べた。

トラファルガー広場のアーチのコンピューターによる再現

4. 千手観音の修復 ジャッキー・チェンの映画「チャイニーズ・ゾディアック」を覚えていますか？ジャッキー・チェン演じる文化財泥棒は、3Dグローブスキャナーを使って犬頭の動物の頭部を完全にスキャンしました。リモートネットワークの反対側にいるチームメイトは、彼が送信したデータを受信すると、すぐに同一の犬頭の動物の頭部をコピーしました。実際のところ、文化遺産の 3D プリントされたレプリカは、映画の中での架空のストーリーではありません。 3D プリント技術は、考古学、文化遺産の複製および修復の分野で大きな実用性を持っています。

映画「チャイニーズ・ゾディアック」の動物の頭部を3Dスキャン
3D 印刷技術の原理は複雑ではありません。データを取得して物理的なオブジェクトを印刷するプロセスです。 3Dプリンティングは、科学的には付加製造と呼ばれ、ラピッドプロトタイピング技術としても知られ、1980年代後半に誕生しました。これは、材料の蓄積の原理に基づくラピッドプロトタイピング操作プロセスです。コンピューター内の3次元モデルに材料を層ごとに追加することで、物理的なオブジェクトを作成する階層化製造技術です。

遺物の損傷部分を修復する場合、従来の方法では、校正ペーストまたはシリコンゴムを使用して遺物のサンプルを直接採取し、鋳型を作り、損傷部分を修復します。しかし、ゆるんだ陶器の修復など、特殊な場合には、伝統的な成形方法は表面への直接操作には適していません。

重慶大足石刻風景区の千手観音像の修復プロジェクトに3Dプリント技術が導入されました

1:3スケールの3Dプリントされた千手観音モデル
3Dプリント技術は文化遺産の修復に利用でき、文化遺産に直接触れることなく、3次元スキャン、データ収集、モデリング、印刷などのハイテク手段を通じてコピーや損傷部分を印刷・複製することができます。このタイプの鋳型製作方法は、材料を節約し、材料の利用率を向上させるだけでなく、迅速かつ正確な鋳型製作を可能にします。さらに重要なことは、鋳型製作中に文化財に直接接触することで文化財に二次的な損傷が発生するのを大幅に回避できることです。では、文化遺産の修復に 3D プリント技術をどのように活用するのでしょうか?

5. 文化財修復にどのように活用するのですか？
まず、3D モデル画像が必要です。次に、サポートソフトウェアがこの画像内のオブジェクトデータモデルに対して一連のデジタルスライスを実行します。スライス情報はプリンターに送信され、プリントヘッドはスライス情報に基づいて 3 次元オブジェクトをレイヤーごとに積み重ねます。

3Dスキャンアーティファクトプロトタイプ

印刷前に文化遺産の3Dモデリングが必要

陶器の複製を例にとると、文化遺産を複製するには通常 3 つのステップが必要です。
（１）文化財を３Dスキャンし、正確で高精度な３次元データを取得する。
（２）３次元ソフトウェアによるモデリング、すなわち３次元データの効率的な処理。
（３）３次元データの出力である３Ｄプリンティング。

3D プリントされた陶器は通常、伝統的な文化遺産に鋳型を鋳造して直接コピーされます。鋳造に適さない文化遺産 (塗装された表面や陶器の工芸品など) の場合は、粘土モデリングを使用して複製されます。この複製方法には、2 つの悪影響があります。1 つ目は、型の材料が文化財の表面に残り、文化財を汚染する原因となること、2 つ目は、形状が文化財と 100% 一致しないことです。 3D プリントと 3D スキャン技術を組み合わせることで、これらの問題をうまく解決できます。

ISISによって破壊されたイラクの遺物が3Dプリント技術で復元される

3Dプリント技術の利点は、無限に複製できることです。まず、3Dスキャン技術を使用してレプリカ文化財の3Dモデルを取得し、次に3Dプリントを使用してレプリカを取得します。最後に、レプリカを再成形して再現し、大量生産を実現します。なぜなら、3次元スキャンによって得られた文化財の3次元デジタルモデルに基づいて、CNC加工方法を使用することで、文化財の実際の外観を複製したり、文化財の派生品を生成したりすることができ、物理的な展示のために元の文化財の代わりに使用することができ、人々は文化財の形状を鑑賞しながら、元の文化財への損傷を軽減または回避することができるからです。

この写真は、アメリカの博物館であるスミソニアン協会が3Dプリントを使って文化遺産を複製しているところを示している。

3D プリント技術には、非常に明らかな利点もあります。必要に応じて印刷製品の比率を調整できます。従来の複製では実現が困難、あるいは不可能な文化遺産の半分、3 分の 1 などの比率を簡単に実現できます。

アメリカの彫刻家が3Dプリント技術を使ってアイスマンのミイラ「エッツィ」のレプリカを制作

貴重な文化遺産の盗難を防ぐため、ヨーロッパの教会は3Dプリント技術を使ってレプリカを作っている。
従来の複製と比較して、3Dプリントは文化遺産に非接触であり、文化遺産へのさらなる損傷を最小限に抑えることができます。さらに、3Dプリントモデルが入手できれば、文化財とは独立しており、文書をコピーするのと同じように、まったく同じプリントアウトが得られ、微妙な模様の形態までも得ることができます。

修復された文化遺産や古代建築物は、破壊されたものを完全に置き換えることはできませんが、考古学や文化遺産の鑑賞などの分野で、3Dプリント修復技術が不可欠かつ重要な技術的サポートになることは否定できません。 3Dプリント技術の成熟に伴い、コンピュータ技術を活用して文化財や考古学遺跡のデジタルモデルの構築と情報保存を実現し、デジタルモデルを管理および応用することで、文化財修復の分野で3Dプリント技術の研究と応用の展望が広がると予測しています。

さらに読む：「研究者たちは、ISIS によって破壊されたシリアの古代の建物を再建するために 3D プリントを使いたいと考えている」
「3Dプリント技術が済南市思門塔千年文化遺跡の仏像修復に貢献」
アーティストがISISによって破壊されたイラクの遺物の3Dプリントモデルを披露し、関連文書を共有

3Dゲストから転載

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