Quét 3D và in 3D trong phục dựng tượng cổ là ghi lại hình khối của một pho tượng, bức phù điêu thành mô hình số thật chính xác, rồi dùng mô hình đó để nghiên cứu, lưu hồ sơ, làm bản sao trưng bày hoặc làm khuôn mẫu cho người thợ tạc phần bị mất. Ba cách quét hay dùng là chụp ảnh nhiều góc (photogrammetry), máy quét ánh sáng cấu trúc và máy quét laser. Máy giúp đo và chép, nhưng phần tạc lại vẫn cần mắt người am hiểu phong cách và chất liệu.
Vì sao người làm di sản cần mô hình 3D
Một bức ảnh chỉ ghi lại một góc nhìn. Một bản vẽ đo đạc tốn nhiều ngày và vẫn lược bớt chi tiết. Mô hình 3D ghi lại toàn bộ bề mặt, xoay được mọi phía, đo được khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ. Với người làm bảo tồn, nó trả lời những câu hỏi rất cụ thể:
- Hiện vật đang thay đổi thế nào? Quét cùng một bức phù điêu đá cách nhau vài năm, so hai mô hình là thấy chỗ nào bị phong hoá mòn đi.
- Hiện vật trước khi hư hại trông ra sao? Bản quét lưu trữ là bằng chứng nếu sau này có cháy, đổ vỡ, mất cắp.
- Có thể cho công chúng chạm vào không? Bản sao in hoặc tạc từ mô hình cho phép khách, kể cả người khiếm thị, sờ hình khối mà không làm mòn bản gốc.
- Thợ tạc phần mất cần mẫu gì? Mô hình 3D của phần còn lại, cộng với các hiện vật cùng phong cách, là cơ sở để dựng phần thiếu.
Ba cách quét chính
| Cách quét | Nguyên lý | Điểm mạnh | Điểm yếu |
|---|---|---|---|
| Chụp ảnh nhiều góc (photogrammetry) | Chụp hàng trăm ảnh chồng lấn từ mọi phía; phần mềm tìm điểm chung để dựng khối | Chỉ cần máy ảnh tốt và phần mềm; ghi được cả màu thật | Kém với bề mặt bóng, trong suốt, một màu không vân; cần ánh sáng đều |
| Ánh sáng cấu trúc | Chiếu các vạch sáng lên vật, camera đọc độ cong của vạch để tính khối | Chi tiết rất mịn, hợp với vật nhỏ và vừa | Thiết bị đắt hơn; khó dùng ngoài nắng gắt |
| Quét laser | Đo khoảng cách bằng tia laser tới hàng triệu điểm | Quét được công trình lớn, mặt đứng, cả toà nhà | Thiết bị đắt; cần ghép nhiều trạm quét |
Thực tế nhiều dự án dùng kết hợp: laser cho toàn thể công trình, ánh sáng cấu trúc hoặc ảnh cận cho chi tiết hoa văn.
Những dự án đã thành mốc
Digital Michelangelo Project của Đại học Stanford (Hoa Kỳ), thực hiện ở Firenze cuối thập niên 1990, đã quét tượng David và nhiều tượng khác của Michelangelo với độ chi tiết rất cao thời bấy giờ. Dự án này thường được nhắc như một trong những công trình tiên phong của việc số hoá điêu khắc ở quy mô lớn.
Nhà thờ Đức Bà Paris: trước vụ cháy năm 2019, nhà sử học nghệ thuật Andrew Tallon đã quét laser công trình này trong những năm trước đó để nghiên cứu cấu trúc kiến trúc Gothic. Sau vụ cháy, dữ liệu quét của ông được nhắc tới nhiều như một nguồn tư liệu quý cho việc tìm hiểu hình dạng công trình trước khi hư hại.
Nhiều bảo tàng lớn như British Museum, Smithsonian đã công bố mô hình 3D của một số hiện vật để công chúng xem trực tuyến. Đây là cách để hiểu một bức tượng ở mọi góc mà ngay cả khi đứng trước tủ kính cũng không thấy được.
Từ mô hình số tới vật thật
In 3D
Máy in 3D đắp vật liệu từng lớp mỏng theo mô hình. Với di sản, in 3D thường dùng cho:
- Bản sao thu nhỏ hoặc tỉ lệ thật để trưng bày, dạy học, cho khách sờ.
- Mẫu thử để nhà nghiên cứu, thợ tạc bàn bạc trước khi động vào hiện vật.
- Khuôn để đúc bản sao bằng thạch cao, nhựa, xi măng nghệ thuật.
Bản in nhựa không có trọng lượng, độ lạnh, ánh sáng xuyên của đá thật, nên nó là công cụ, không thay được bản gốc.
Phay CNC và tạc từ mô hình
Khi cần bản sao bằng đá hoặc gỗ, mô hình 3D có thể dẫn đường cho máy CNC nhiều trục đục thô khối. Đây là cách làm ngày càng phổ biến ở các xưởng điêu khắc lớn. Nhưng như ở bài về CNC đã nói, máy ba trục không tạo được chỗ khuất, và bề mặt máy để lại thường "đơ". Người thợ tạc đá, tạc gỗ vẫn phải đục tinh, đặc biệt là những nét mặt, nếp áo, chỗ ánh sáng cần ăn vào.
Cách làm truyền thống của thợ tạc đá châu Âu để chép tượng là dùng máy chấm điểm (pointing machine): đo từng điểm trên tượng mẫu bằng kim và khung, khoan xuống khối đá tới đúng độ sâu, rồi đục nối các điểm lại. Máy quét 3D và CNC thực chất là phiên bản số của nguyên lý đó, với hàng triệu điểm thay vì vài trăm.
Phục dựng phần bị mất: nguyên tắc nhiều hơn công nghệ
Có thể quét, có thể in, có thể tạc. Câu hỏi khó hơn là có nên làm không, và làm đến đâu. Trong giới bảo tồn có một số nguyên tắc thường được nhắc, xuất phát từ các văn bản quốc tế như Hiến chương Venice (1964):
- Tôn trọng bản gốc: phần còn lại là bằng chứng lịch sử, không đẽo lại cho "đẹp hơn".
- Phần thêm vào phải nhận ra được: nhìn gần có thể phân biệt phần mới và phần cũ, để người sau không nhầm.
- Không phỏng đoán: chỉ dựng lại khi có bằng chứng (ảnh cũ, bản vẽ, hiện vật cùng bộ). Không có thì để trống hoặc làm khối trơn.
- Có thể tháo bỏ được khi có hiểu biết tốt hơn, trong chừng mực có thể.
Ở Việt Nam, việc tu bổ, phục hồi di tích và hiện vật thuộc di tích phải tuân theo quy định của pháp luật về di sản văn hoá và có phép của cơ quan quản lý. Mô hình 3D là công cụ hỗ trợ cho quy trình đó, không phải lối tắt để bỏ qua nó.
Bẫy của bản sao số
- Mô hình đẹp chưa chắc đúng: phần mềm tự lấp lỗ, làm mịn bề mặt. Chỗ được "lấp" là chỗ máy bịa ra. Người dùng phải biết vùng nào là dữ liệu thật, vùng nào là nội suy.
- Bản sao phải ghi rõ là bản sao: trong bảo tàng, nhãn hiện vật cần nói rõ đâu là gốc, đâu là phục chế, đâu là bản in.
- Dữ liệu cũng cần được bảo quản: định dạng file cũ có thể không còn mở được sau mười năm. Lưu kèm định dạng mở và tài liệu mô tả.
- Quyền với dữ liệu: quét hiện vật thuộc bảo tàng, di tích cần sự cho phép của đơn vị quản lý.
Bạn có thể thử ngay với điện thoại
Không cần máy quét đắt tiền để hiểu photogrammetry. Lấy một vật chạm nhỏ trong nhà, ví dụ một con tiện gỗ, một chiếc hộp có hoa văn nổi. Đặt lên bàn cạnh cửa sổ, ánh sáng đều không nắng gắt. Đi vòng quanh, chụp khoảng năm sáu chục ảnh ở ba tầng cao thấp, mỗi ảnh chồng lấn ảnh trước nhiều. Đưa vào một ứng dụng dựng 3D từ ảnh (có loại miễn phí). Bạn sẽ thấy ngay chỗ nào máy dựng tốt (mặt có vân gỗ, hoa văn), chỗ nào máy bịa (lòng sâu, mặt bóng). Đó cũng là bài học đầu tiên của người làm số hoá di sản: biết máy đang thấy gì và đang đoán gì.
Khi đi bảo tàng hay chùa, đình, hãy hỏi ban quản lý trước khi chụp nhiều góc hiện vật để dựng 3D, và không dùng đèn chớp với tượng sơn thếp.
Câu hỏi thường gặp
Quét 3D tượng cổ dùng để làm gì?
Để lưu hồ sơ chính xác hình khối, theo dõi hư hại theo thời gian, làm bản sao trưng bày hay dạy học, và làm cơ sở cho việc phục dựng phần bị mất khi có đủ bằng chứng. Mô hình còn cho phép xem hiện vật ở những góc không đứng xem được.
Photogrammetry là gì?
Là cách dựng mô hình 3D từ rất nhiều ảnh chụp chồng lấn quanh vật. Phần mềm tìm các điểm chung giữa ảnh để tính vị trí trong không gian. Cách này rẻ, ghi được màu thật, nhưng kém với bề mặt bóng hoặc trong suốt.
In 3D có thay được tượng gốc không?
Không. Bản in giữ hình khối nhưng không có chất liệu, trọng lượng, dấu tay thợ và giá trị lịch sử của bản gốc. Nó là công cụ để trưng bày, dạy học, nghiên cứu, và phải được ghi rõ là bản sao.
Máy CNC có tạc lại được tượng đá từ bản quét không?
Máy có thể đục thô khối theo mô hình, nhưng máy ba trục không tạo được chỗ khuất và bề mặt máy để lại thường cứng. Thợ tạc vẫn phải đục tinh nét mặt, nếp áo và những chỗ cần cảm nhận chất liệu.
Digital Michelangelo Project là gì?
Là dự án của Đại học Stanford, thực hiện ở Firenze cuối thập niên 1990, quét 3D tượng David và nhiều tượng khác của Michelangelo. Nó thường được nhắc như công trình tiên phong của việc số hoá điêu khắc ở độ chi tiết cao.
