Vật liệu lịch sử trong thời đại số: Chạm khắc đá với hỗ trợ của kỹ thuật số bổ sung một chiều hướng mới cho việc phục hồi di sản

Là một phần của công tác bảo tồn Khối phía Đông, Cơ quan Dịch vụ công và Mua sắm Canada (PSPC) đã xác định một tác phẩm điêu khắc phù điêu bằng đá sa thạch đang xuống cấp ở mặt tiền phía bắc của Khối phía Đông, phía trên lối vào sân của cánh năm 1910. Bức phù điêu, được chạm khắc từ đá sa thạch Berea, mô tả một con cú làm tổ giữa những cây kế, có kích thước 1725x1120mm. Thật không may, bức phù điêu được chạm khắc với mặt phẳng nền của đá được định hướng theo chiều dọc thay vì chiều ngang, khiến tác phẩm điêu khắc bị xuống cấp đáng kể. Việc thay thế tác phẩm điêu khắc này được coi là một cơ hội để nghiên cứu . Nhà điêu khắc của quốc hội vào thời điểm đó, Phil White, đã hợp tác với Ban giám đốc bảo tồn di sản (HCD) và Studio truyền thông Carleton (CIMS) tại Đại học Carleton ở Ottawa, để đề xuất một quy trình làm việc mới nhằm tạo ra tác phẩm điêu khắc phù điêu thay thế.

Để bắt đầu, nhóm đã tiến hành chạy thử nghiệm với các yếu tố kiến trúc khác nhau để hiểu rõ hơn về các kỹ thuật thu thập dữ liệu số, chẳng hạn như quang trắc và quét laser. Trong trường hợp chế tạo kỹ thuật số các di sản kiến trúc 3D, mô hình 3D lý tưởng cần có độ nhiễu thấp nhất và độ kín nước cao nhất có thể (mô hình 3D không có lỗ). Các nhà nghiên cứu cho rằng, một mặt, nhiễu có thể tạo ra các kết cấu và hình học gây hiểu lầm, không phản ánh đúng bản chất của tài sản gốc. Mặt khác, các lỗ hổng trên lưới 3D do tắc nghẽn (thiếu độ kín nước) hoặc các mặt giao nhau đòi hỏi phải được đóng thủ công bằng phần mềm 3D, điều này có thể dẫn đến kết quả không chính xác.

Mô hình 3D gốc cho phù điêu được lấy từ nhiều năm trước, sử dụng phương pháp quang trắc. Tệp kỹ thuật số này sau đó được sử dụng để tạo một bản sao của tác phẩm điêu khắc trên bọt polyurethane mật độ cao làm đế. Bản sao bọt sau đó được giao cho Nhà điêu khắc Dominion để chế tạo lớp phủ đất sét trên các khu vực đã bị xói mòn hoặc rơi ra, đảm bảo độ trung thực về mặt nghệ thuật và lịch sử. Mô hình đã sửa chữa được số hóa một lần nữa, lần này sử dụng máy quét laser cầm tay. Với lưới đa giác mới, một tập dữ liệu mới đã được tạo ra và giao cho một cánh tay rô-bốt 6 trục, nghiền mô hình thành một khối đá sa thạch nặng 2200kg trong vòng 2mm tính từ bề mặt được đề xuất. Sau đó, dữ liệu này được giao cho nhà điêu khắc Dominion, người sẽ thêm các nét hoàn thiện cuối cùng, chẳng hạn như kết cấu bề mặt, dấu đục và các biểu cảm tinh tế, vào tác phẩm điêu khắc bằng tay. Bằng cách này, họ đã đưa lại yếu tố con người mang lại cho tác phẩm sự sống và tính chân thực.

Vài năm sau, nhà điêu khắc của quốc hội lại hợp tác với CIMS và HCD, không phải để phục chế mà là để tạo ra những tấm khiên chạm khắc đại diện cho tất cả các tỉnh của Canada cho Phòng Thượng viện mới. Họ đã thực hiện một phần bằng tay, một phần với sự hỗ trợ của robot, sử dụng tấm bọt polyurethane mật độ cao thay vì gỗ. Ông White đã chạm khắc các nguyên mẫu đầu tiên, mất khoảng sáu tháng, sau đó được các chuyên gia từ CIMS số hóa. Sau đó, họ xây dựng một mô hình 3D quang trắc của các tác phẩm chạm khắc. Dựa trên bản thiết kế kỹ thuật số này, một máy phay robot đã tạo ra các bản sao thô. Sau đó, ông White và hai trợ lý đã tinh chỉnh các chi tiết và kết cấu bằng tay.

Quy trình được hỗ trợ kỹ thuật số này không thay thế người thợ thủ công; thay vào đó, nó mở rộng năng lực của họ. Nó giảm thời gian và rủi ro liên quan đến việc xử lý các bản gốc dễ vỡ, đồng thời cho phép đạt được độ chính xác và khả năng lặp lại mà các phương pháp thủ công đơn thuần không thể đạt được. Trên thực tế, nó đã tạo ra một quy trình làm việc nhiều lớp , kết nối quá khứ và hiện tại, dựa trên kỹ thuật thủ công, nhưng được mở rộng bằng tính toán.

Những ví dụ của Canada này không phải là trường hợp cá biệt. Tây Ban Nha đã triển khai quy trình chạm khắc điều khiển bằng robot này vào năm 1988 trong quá trình xây dựng Sagrada Familia ở Barcelona. Điều này đã khiến dự án trở thành dự án tiên phong trong việc sử dụng công nghệ này trong kiến trúc. Trong suốt nhiều năm, sự phức tạp của nhà thờ đã đòi hỏi sự hỗ trợ của máy tính không chỉ để chạm khắc đá mà còn để tính toán vô số hình học phức tạp của nó. Tại Pháp, việc trùng tu Nhà thờ Đức Bà Paris có lẽ là trường hợp được công nhận rộng rãi nhất trên toàn cầu. Trong nỗ lực cứu di tích sau trận hỏa hoạn tàn khốc năm 2019, các kiến trúc sư Pháp đã tạo ra Mô hình thông tin xây dựng (BIM) để hướng dẫn việc xây dựng, dựa trên các bản quét lidar được thực hiện trong những năm trước đó bởi các nhà sử học nghệ thuật. Trở lại Canada , dự án phục hồi Khối Trung tâm (dự án trùng tu di sản lớn nhất trong lịch sử của đất nước ) cũng đang cố gắng tích hợp BIM vào quá trình trùng tu. Quá trình này đã tăng cường sự phối hợp giữa thợ chạm khắc đá, kiến trúc sư, nhà sử học và kỹ sư, đảm bảo rằng sự phức tạp to lớn của dự án được quản lý một cách có hệ thống.

Những ví dụ này minh họa cho tầm quan trọng toàn cầu của các kỹ thuật phục hồi được hỗ trợ bởi công nghệ như chạm khắc đá điều khiển bằng robot. Có thể làm nổi bật sự chuyển dịch từ công cụ kỹ thuật số thành một bên tham gia tích cực vào quá trình tạo ra di sản. Vấn đề không phải là thay thế nghề thủ công mà là nâng cao khả năng ứng phó với những thách thức hiện đại bằng cả tính chính xác và tính nghệ thuật. Khi các tòa nhà lịch sử tiếp tục cũ đi, và khi biến đổi khí hậu , áp lực đô thị và sự xuống cấp vật liệu thúc đẩy nhu cầu can thiệp, các công cụ phục hồi phải phát triển. Sự kết hợp của quét, mô hình hóa và chạm khắc bằng robot có thể không chỉ là một sự mới lạ về công nghệ, mà còn có tiềm năng trở thành nền tảng của hoạt động di sản thế kỷ 21. Những phương pháp này có thể đảm bảo rằng các vật liệu lịch sử không chỉ tồn tại mà còn tiếp tục truyền cảm hứng qua nhiều thế kỷ và châu lục.