专利名称：组合技术人体雕塑方法
技术领域：
本发明涉及物体雕塑的方法，尤其涉及一种综合数据扫描技术、软件处理技术、快
速成型技术、和精密铸造技术为一体的组合技术人体雕塑方法。
背景技术：
目前的人体模型雕塑方法的类型主要有以下四种1.人工泥塑成型，成型完成 后，通过阴阳模的转换注入特定浆料成型，或经过铸造获得金属雕塑成品。缺点是，成型是 人工创作，要求较高的艺术和工艺水平，通常由具有良好专业背景的雕塑家完成；周期长， 通常需1-6个月；成本高，因此人工雕塑方法目前主要用于雕塑故人或名人，难于象绘画和 照片一样为普通百姓接受；2.用金属板切割、敲击、焊接成型，缺点与人工泥塑雕塑方法相 似，但加工周期与雕塑的复杂程度和尺寸有关系；3.通过先制作金属阴模，然后在压铸机 上压铸或在冲压机上冲压成型，该种方法制作的成本低，适合于大批量生产，但雕塑产品缺 少个性，同时限制了雕塑的复杂性。4.通过扫描仪扫描获得对象数据，然后将数据转换为机 加工程序，在专门的多维加工机床上加工成型。该方法虽然减少了人工劳动，但仍然加工的 成本高，周期长，雕塑产品的复杂程度受到加工机床的限制，雕塑产品表面纹理效果不足。
有关数据扫描技术、软件处理技术、快速成型技术、和精密铸造技术的背景情况简 要说明如下 数据扫描技术，指采用市售工业扫描仪(如北京博维恒信科技发展有限公司生产 的3D CaMega光学三维扫描仪)扫描物体或人体，得到存有对象轮廓表面精确信息的三维 矢量数据，即点云数据文件。 软件处理技术，包括采用数据处理和造型两种类型软件，扫描的点云数据能够在 数据处理软件例如Geomagic、magic等中进行拼接、修剪并转换为面片数据文件。造型软件 包括Zbrush、 UG、 MAYA软件，用于将面片数据图像文件进行虚拟人体雕塑的艺术化渲染修 饰制作，例如人体头发、眼、眉、纹理装饰、情绪、状态、姿势、色彩、大小尺寸或卡通化变形等 内容。并可以将计算机数据库中的各类型的框架或台架与雕塑进行拼接，以形象直观的观 察到最终雕塑的虚拟效果。 现代快速制造技术(简称RP技术)，是根据新产品开发要求快速、精确、无模具而 开发的制造技术，当前工业领域已经成熟应用。其技术过程为将用CAD软件设计的产品数 据，或用扫描仪扫描和软件处理获得的产品数据，输入快速成型制造机(如美国Zcorp快速 成型机)，然后直接将产品用金属、陶瓷、或蜡质制作成产品半成品。 精密铸造技术，指发明专利200810069581. 9 (铸造有色金属用铸型材料及制型工 艺)所介绍的石膏型精密铸造技术或传统的失蜡铸造技术。 上述的这些技术各自分属不同的应用领域，扫描技术与Geomagic、 magic等软件 结合主要应用于物体数据的采集和整理，通常也与快速成型制造技术结合构成快速产品制 造系统，但没有作为人体雕塑艺术复杂而细腻的渲染功能，扫描时人体的头发、眉毛、眼球 也不能取得数据；造型软件包括Zbrush、UG、MAYA软件，有对虚拟的面片数据模型有强大的渲染功能，但没有数据采集和对点云数据处理的功能，只能自己建模，因此所用时间长，工
作量大，人工成本高。且设置的软件格式没有直接驱动快速成型机工作的功能；快速成型制
造技术通常用于工业产品的研发，通过输入用软件制作好的三维图像数据文件，可以精确
地将虚拟图像模型制作为实体三维模型，但直接制作金属模型的成本高、时间较长、表面缺
少雕塑特有的自然纹理效果，且只能接受Geomagic、 magic等专用软件的数据信息，而不能
直接接受造型软件的数据信息；而精密铸造技术可以实现各种金属材料的铸造，铸造时间
快、成本低、表面纹理效果好，但只能在有实体蜡像的前提下才能进行铸造。 由此可见，单一的技术都存在自身限制或缺点，而制作出完整的金属雕塑需要将
这些技术有效集成起来。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种综合数据扫描技术、
软件处理技术、快速成型技术、和精密铸造技术为一体的组合技术人体雕塑方法，该方法可
以解决被雕塑者面数据的采集、处理、数据虚拟图像的修整、修饰、渲染、和再造型问题；解 决由虚拟图像转变为实体材料雕塑问题；该方法能够在短时间内获得人体的直观的虚拟三 维雕塑图像和雕塑半成品，大量节约传统雕塑造型或建模所需的人工成本和时间；制作极 具个性化的雕塑作品，并保存雕塑图像数据信息；该方法能解决雕塑的制作者与被雕塑者 的及时互动交流问题，可以协同完成雕塑虚拟图像的修饰、渲染、再造型和修改，最终达成 双方满意的图像色彩等渲染效果；并极大的简化了雕塑的铸造工艺。
本发明所涉及的组合技术人体雕塑方法，其步骤如下
1)确定被雕塑者； 2)用市售扫描仪对被雕塑者进行面扫描，获得点云图像数据； 3)对获得的点云图像数据，用Geomagic、或magic软件去掉杂点、修剪去掉雕塑不
需要的部分数据、拼接出扫描时缺省的部分数据、转变为面片数据的虚拟图像模型； 4)用Zbrush造型软件对虚拟图像模型进行个性艺术化制作渲染，制作出眼、眉、
纹理、情绪、状态、调整尺寸、按铜合金铸造要求确定图像模型的厚度，被雕塑者参与制作过
程并提供了造型意见，协同完成双方满意的虚拟雕塑模型； 5)根据制作好的虚拟雕塑模型，再用Zbrush软件按铸造工艺原理制作浇铸系统，
分别制作外浇口 、直浇道、横浇道、出气孔和冒口 ，拼接在虚拟雕塑模型上； 6)用Zbrush软件将拼接有浇注系统的虚拟雕塑模型转换为虚拟雕塑模型的外模
图像； 7)用Geomagic、magic软件将上述外模图像转变为快速原型机所能识别的数据文 件，即直接得到可用于准备翻制铜像的外模铸型的虚拟图像文件； 8)再将上述外模铸型的虚拟图像文件输入快速原型机，选择可耐高温的陶瓷类粉 材和粘结剂，直接制成可以浇铸液态金属的实体外模铸型； 9)烘干外模铸型、浇铸金属、冷却、清理除去铸型和浇铸系统金属，即得金属制成 的实体雕塑半成品； 10)最后将得到的金属半成品雕塑进行后处理，包括打磨、抛光、着色、相嵌装饰框 架或托架获得最终的雕塑作品。
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本发明的组合技术人体雕塑的另一种方法是上述步骤中，第6)步至第9)步的步 骤如下，其余步骤相同。 第6)步用Geomagic、 magic软件将上述虚拟雕塑模型转变为快速原型机所能识 别的数据文件，即直接得到可用于准备翻制铜像的数据文件 第7)步再将上述数据文件输入快速原型机，选择选择蜡质粉材进行制作，得到 带有浇铸系统实体蜡像； 第8)步再用精密失蜡铸造工艺翻制石膏外模铸型，翻制步骤为，将蜡像浇口向 下固定在沙箱内，调制石膏浆料，然后注入砂箱，自然固化成具有一定湿强度的外模铸型；
第9)步然后将石膏外模铸型烘干、焙烧失蜡至不含水分和蜡质材料的干铸型、 浇铸铜合金、待冷却后清理除去外模铸型和浇铸系统金属即得金属制成的实体雕塑半成
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PR o 本发明所涉及的组合技术人体雕塑方法具有如下的发明效果 发明集成了现代扫描、数据处理和造型软件、快速成型制造、石膏型精密铸造技术 进行个性化雕塑制作。利用扫描技术获得被雕塑者面数据仅需2-10秒，造型软件制作虚拟 三维雕塑图像仅需0. 5-1天，利用快速成型技术制作实体蜡像仅需2-10小时，石膏型精密 铸造技术翻制金属雕塑半成品仅需约2-4天。因此可以在极短的时间(约5-7天)内，完 成个性化雕塑的制作，大量节约了传统雕塑造型所需的人工成本和时间，縮短了雕塑的制 作周期。而常规人工雕塑通常需要2-6个月，多维数控机床加工也需要l-2个月，且成本是 本发明技术的5-10倍。 本发明充分利用造型软件的对虚拟图像模型强大的快速渲染、修饰、拼接、剪裁功 能，制作极具个性化的雕塑作品，例如人体头发、眼、眉、纹理装饰、情绪、状态、姿势、大小尺 寸或卡通化变形等个性化内容。 因雕塑的金属半成品采用石膏型精密铸造技术铸造，所以石膏的精密复制特性，
能使雕塑的金属半成品和最终成品精确、细腻的表现造型软件所渲染的表面纹理效果；同
时，石膏型精密铸造是采用石膏浆液充型，因此和人工雕塑方式与三维数控机床加工雕塑
方式比较，能制作中空、镂空、空间形状复杂、且壁厚薄而均匀的雕塑作品。 准确保存好扫描的点云矢量数据文件，从而制作出整体或部位不同个性化渲染状
态的虚拟雕塑模型供客户选择、互动交流。极大的扩展了雕塑的表达方式和表达范围。既
能单件制作，也能批量制作。 传统的金属雕塑铸造工艺如砂型铸造或失蜡铸造，铸件的型腔与浇铸系统是分别 造型，然后再组装为铸型。而本发明浇铸系统被设计直接与雕塑图像模型相连接，并经快速 成型机整体直接制作出来，不需其它模具或另外的组装工作，因此大幅度简化了雕塑的铸 造工艺。
图1 :本发明的雕塑制作工艺流程图
图2 :人面部的扫描数据图
图3 :扫描数据经过修整转换为面片的图像
图4 :用造型软件制作的虚拟雕塑人面部图
图5 :精密铸造的铜合金人面部半成品雕塑
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明如下
实施例1 实施例1为人的面部雕塑制作工艺，利用快速成型技术直接制作铸模。步骤如下
1)以某人的面部为被雕塑者； 2)用市售扫描仪对被雕塑者进行面扫描，获得人面部的扫描点云数据，如图2 ; [OO43] 3)对获得的点云图像数据，用Geomagic、或magic软件去掉杂点、修剪去掉雕塑 不需要的部分数据、拼接出扫描时缺省的部分数据、转变为面片数据的虚拟图像模型，如图 3 ; 4)用Zbrush造型软件对虚拟图像模型进行个性艺术化制作渲染，制作出眼、眉、 纹理、情绪、状态、调整尺寸、按铜合金铸造要求确定图像模型的厚度，被雕塑者参与制作过 程并提供了造型意见，协同完成双方满意的虚拟雕塑模型，如图4 ; 5)根据制作好的虚拟雕塑模型，再用Zbrush软件按铸造工艺原理制作浇铸系统，
分别制作外浇口 、直浇道、横浇道、出气孔和冒口 ，拼接在虚拟雕塑模型上； 6)用Zbrush软件将拼接有浇注系统的虚拟雕塑模型转换为虚拟雕塑模型的外模
图像； 7)用Geomagic、magic软件将上述外模图像转变为快速原型机所能识别的数据文 件，即直接得到可用于准备翻制铜像的外模铸型的虚拟图像文件； 8)再将上述外模铸型的虚拟图像文件输入快速原型机，选择可耐高温的陶瓷类粉 材和粘结剂，直接制成可以浇铸液态金属的实体外模铸型； 9)烘干外模铸型、浇铸金属、冷却、清理除去铸型和浇铸系统金属，即得金属制成 的实体雕塑半成品，如图5; 10)最后将得到的金属半成品雕塑进行后处理，包括打磨、抛光、着色、相嵌装饰框
架或托架获得最终的雕塑作品。 实施例2 实施例2为利用快速成型技术和石膏型精密铸造技术翻制人的面部雕塑的制作 工艺。 其方法是在上述步骤中，第6)步至第9)步的步骤不同，其余步骤相同。 第6)步用Geomagic、 magic软件将上述虚拟雕塑模型转变为快速原型机所能识
别的数据文件，即直接得到可用于准备翻制铜像的数据文件 第7)步再将上述数据文件输入快速原型机，选择选择蜡质粉材进行制作，得到 带有浇铸系统实体蜡像； 第8)步再用精密失蜡铸造工艺翻制石膏外模铸型，翻制步骤为，将蜡像浇口向 下固定在沙箱内，调制石膏浆料，然后注入砂箱，自然固化成具有一定湿强度的外模铸型；
第9)步然后将石膏外模铸型烘干、焙烧失蜡至不含水分和蜡质材料的干铸型、 浇铸铜合金、待冷却后清理除去外模铸型和浇铸系统金属即得金属制成的实体雕塑半成
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权利要求
一种组合技术人体雕塑方法，其特征是步骤如下1)确定被雕塑者；2)用市售扫描仪对被雕塑者进行面扫描，获得点云图像数据；3)对获得的点云图像数据，用Geomagic、或magic软件去掉杂点、修剪去掉雕塑不需要的部分数据、拼接出扫描时缺省的部分数据、转变为面片数据的虚拟图像模型；4)用Zbrush造型软件对虚拟图像模型进行个性艺术化制作渲染，制作出眼、眉、纹理、情绪、状态、调整尺寸、按铜合金铸造要求确定图像模型的厚度，被雕塑者参与制作过程并提供了造型意见，协同完成双方满意的虚拟雕塑模型；5)根据制作好的虚拟雕塑模型，再用Zbrush软件按铸造工艺原理制作浇铸系统，分别制作外浇口、直浇道、横浇道、出气孔和冒口，拼接在虚拟雕塑模型上；6)用Zbrush软件将拼接有浇注系统的虚拟雕塑模型转换为虚拟雕塑模型的外模图像；7)用Geomagic、magic软件将上述外模图像转变为快速原型机所能识别的数据文件，即直接得到可用于准备翻制铜像的外模铸型的虚拟图像文件；8)再将上述外模铸型的虚拟图像文件输入快速原型机，选择可耐高温的陶瓷类粉材和粘结剂，直接制成可以浇铸液态金属的实体外模铸型；9)烘干外模铸型、浇铸金属、冷却、清理除去铸型和浇铸系统金属，即得金属制成的实体雕塑半成品；10)最后将得到的金属半成品雕塑进行后处理，包括打磨、抛光、着色、相嵌装饰框架或托架获得最终的雕塑作品。
2. 根据权利要求1所述的组合技术人体雕塑方法，其特征是其中第6)步至第9)步步 骤如下6) 用Geomagic、magic软件将上述虚拟雕塑模型转变为快速原型机所能识别的数据文 件，即直接得到可用于准备翻制铜像的数据文件7) 再将上述数据文件输入快速原型机，选择选择蜡质粉材进行制作，得到带有浇铸系 统实体蜡像；8) 再用精密失蜡铸造工艺翻制石膏外模铸型，翻制步骤为，将蜡像浇口向下固定在沙 箱内，调制石膏浆料，然后注入砂箱，自然固化成具有一定湿强度的外模铸型；9) 然后将石膏外模铸型烘干、焙烧失蜡至不含水分和蜡质材料的干铸型、浇铸铜合金、 待冷却后清理除去外模铸型和浇铸系统金属即得金属制成的实体雕塑半成品。
全文摘要
一种组合技术人体雕塑方法，该方法采用数据扫描、软件处理、快速成型和精密铸造等技术组合进行雕塑，采用扫描仪扫描真实人体或人体部位或其它有形物品得到矢量点云数据。利用软件进行拼接、修整并转换为面片数据文件。再利用造型软件进行面片模型进行雕塑化制作。制作好的虚拟雕塑模型数据被输入快速原型机制成实物雕塑半成品；最后经过后处理，包括打磨、抛光、着色、相嵌装饰框架获得最终的雕塑作品。用该方法制作雕塑，可以极其方便快速的渲染、修饰、剪裁、保存雕塑图像信息、与被雕塑者的及时互动交流，同时缩短制作时间，简化铸造工艺。
文档编号G06F17/50GK101786398SQ201010137548
公开日2010年7月28日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者于今, 吴先哲, 唐华林, 朱飞, 江涛 申请人:重庆大学