透光浮雕

透光浮雕作為一種新興的雕塑形式，由於其形式新奇，畫面古樸，成像層次感強烈等優點受到了人們的喜愛。

透光浮雕是雕塑的一種形式，通過可見光的照射後，透光浮雕便可以展現出豐富多樣的畫面，具有很強的藝術表現力，能夠很好地保持三維物體在某個觀測角度上所觀察到的外形輪廓和視覺效果。

基本介紹

• 中文名：透光浮雕
• 外文名：Lithophane
• 類別：雕塑形式

簡介

透光浮雕（lithophane）是浮雕的一種，是在半透明工件上印刷立體圖像，然後透過背光呈現圖像。

傳統的浮雕加工是由能工巧匠根據自己的經驗創作完成，產品單一，數量少。隨著科學技術的發展，浮雕利用軟體平台進行創作， 配合數控雕刻系統完成產品加工，可以批量化生產。但這種方法無法滿足人們個性化、快速單件生產的需求。 隨著計算機技術的發展，藉助CAD/CAM軟體來設計個性化浮雕， 並與3D列印技術結合，可有效縮短產品的開發和生產周期。本文藉助計算機圖形學技術和 3D 列印技術來探討如何根據用戶的需求製作出用戶滿意的透光浮雕產品。

透光浮雕成像原理

將光源置於工件的背面照射工件，板上越薄的地方透過的光越多，較厚的區域則透過的光越少，工件上壁厚與亮度成反比，人眼通過對光線多少（也就是明暗）的感知和對比，在人腦中自動構建出物品的立體圖像的。 人們利用不同厚度透光率不一樣，通過不同的設計， 最終就能展示出栩栩如生的三維立體效果，具有很強的藝術表現力，非常適合製作藝術作品。

透光浮雕成像原理示意圖

國內外研究現狀

透光浮雕作為浮雕中的一個新興門類，相關的技術還未成熟，可作為參考的是與透光浮雕相近的淺浮雕設計方法，淺浮雕領域在細節保留方面的算法可套用於透光浮雕當中。

盤龍透光浮雕

當前，使用計算機進行浮雕建模的方法主要包含基於二維圖像生成淺浮雕模型和基於三維幾何模型生成淺浮雕兩種方法。其中基於二維圖像生成淺浮雕的方法有如下方式：

Gastal等制定了最早的浮雕模型構建方法，首次提出了亮度映射函式，基於亮度映射關係提出了基於自陰影重建形狀的模型構建函式。在Gastal研究的基礎之上，Zeng利用人機互動的方式，利用人類習得的常識知識解決了淺浮雕在構建過程中存在的二義性問題，大大減少了模型生成錯誤的情況，但是這種方法對於具有複雜顏色或者雜亂紋理圖像的處理具有較大的難度。Taka-yama針對彩色圖像處理困難的情況，重新提出了一種“風格化”的圖像高度處理方式，通過這種方式可以簡單的將具有複雜顏色的圖像處理成為具有不同高度的淺浮雕模型，但是這種方式會造成生成的模型丟失原圖像大量的細節信息。Li等提出了一種針對中國傳統的畫像磚和畫像石風格的淺浮雕生成方法，該方法主要是通過提取圖像的骨架信息來計算模型各點的高度情況，這種方法對於輪廓清晰的浮雕重建具有較好生成效果。Zeng 等在原來人機互動的基礎上，重新提出了另一種新的淺浮雕的生成方法，該方法首先通過對輸入的圖像進行分區識別，根據圖像特徵點的特點，將整個輸入圖像劃分為不同的區，然後根據劃分的區域所具有的相對高度信息，將不同的區域再次劃分到不同的高度層上，這樣就實現了將模型原本的深度信息最大程度映射到了模型的高度上，可以很好地保持原模型的層次信息，但這種方法也需要進行大量的人機互動來確定不同區域的特徵信息，增加了人工操作的成本，並且這種方法也無法從根本上解決普通圖片缺少景深信息的缺點。

基於三維模型的方法主要是基於對三維幾何模型在給定視覺方向上進行深度壓縮，是近年來生成浮雕的一種新方法。

早在 1997 年Cignoni等就對三維模型的浮雕生成算法進行了深入的探索，研究表明浮雕和繪畫中的透視法具有相同的特性，即遠處的景物小，近處的景物大的特性，基於這樣的特徵，Cignoni 提出了一種通過對三維模型進行單一方向投影后對深度信息進行線性壓縮，並使用壓縮後的深度值作為高度來生成相對應的浮雕模型的方法。使用這種方法，當整體的圖像深度差異較大時，則存在在某個區域內會被大量壓縮的現象，這樣就會造成在該深度區間的模型信息會大量丟失，使得最後生成的模型細節丟失。為了解決這個問題，Cignoni基於Poisson方程對模型的深度梯度進行壓縮，這樣就避免了對深度信息的直接壓縮，有效的防止細節信息的丟失，壓縮完成後，再次通過Poisson方程求解就能獲得壓縮後的模型深度信息，完成三維模型到浮雕模型的轉化。Weyrich等對梯度採用對數函式進行非線性壓縮，並提出將梯度值分成多個頻率來進行壓縮處理；Kerber等對梯度實施變換和特徵增強後也採用對數函式進行壓縮；Song等沒有採用梯度，而是對格線的“顯著特徵”（mesh saliency）進行壓縮並建立類似的 Poisson 方程，“顯著特徵”是平均曲率高斯函式的卷積，對模型的特徵有一定的增強作用，但同時會引起浮雕的局部變形。

透光浮雕加工成型方法

當前透光浮雕的主要加工手段主要有兩種方式：一是工人師傅在瑪瑙、玉石等半透明材質上雕刻出浮雕所需要的形象，來展現光影形象；二是根據設計好的二維圖形或圖像利用Photo Shop、CAD等工具對圖像加工成反色圖像或者STL檔案，然後放入到cure等3D印表機專用切片工具來切片生成相關Gcode指令，再利用3D印表機列印生成相對應的浮雕作品。

3D列印透光浮雕