前沿拓展：牙齒矯正牙窟的原理
來源：中國青年報
電影《十二生肖》里盜取文物的高科技被用在了文物保護上。
成龍扮演的大盜利用高科技盜取國寶獸首，戴上一雙神奇的白手套，就能掃描獸首的三維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸給一臺3D打印機，不一會兒，一個真假難分的仿真獸首隨即誕生。莫要說這是科幻，這可是真正的科學。如今，這套原理被應用在了世界文化遺產(chǎn)云岡石窟的保護上。
云岡石窟位于山西省大同市城西約16公里的武周山南麓，距今已有1500年歷史，是佛教藝術(shù)東傳中國后第一次由一個民族用一個朝代雕鑿而成的具有皇家風范的佛教藝術(shù)寶庫，被視為公元5世紀中西文化融合的歷史豐碑。但遺憾的是，價值非凡的云岡石窟風化速度驚人，恐有一天會風化殆盡。當前受限于文物保護等因素，越來越多的洞窟已經(jīng)不再向公眾開放。
云岡石窟研究院院長張焯的心中一直有一個夢，就是希望找到1∶1高保真復制云岡石窟的辦法，復制品能夠像積木一樣簡單組裝和拆解，方便到國內(nèi)外去展示，讓世界一起見證燦爛多姿的中華傳統(tǒng)文化。事實上，早在15年前的2005年，北京建筑大學有關(guān)專家就開始了云岡石窟的數(shù)字化保護工作，成功利用三維激光掃描技術(shù)，生成了完整的云岡石窟外立面點云及正射影像圖，為云岡石窟建立了的數(shù)字化檔案。
云岡石窟已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字“永生”。可是張焯院長要搬著石窟走的夢想具體該怎么實現(xiàn)呢？
北京建筑大學專家介紹，2015年云岡石窟研究院提出了要用足尺高保真石窟復制品進行多地巡展的需求，這個重任落在了以北京建筑大學副校長李愛群教授為首的研究團隊身上。如今，身高約18米的第18窟等比例復制佛像就坐落在北京建筑大學的校園里。是的，他們真的把云岡石窟“搬走”了。
怎么做到的？說起來，和《十二生肖》里復制獸首的辦法，也像，也不像。
復制云岡石窟，是一個交叉學科協(xié)同創(chuàng)新的項目，涉及建筑歷史、建筑藝術(shù)、測繪、材料、結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代制造、監(jiān)測監(jiān)控等多學科領(lǐng)域。正如電影所表現(xiàn)的那樣，要想復制文物，第一步就是用三維激光掃描技術(shù)獲取文物數(shù)據(jù)。但不同于用一副手套就能掃描到位，北京北建大科技有限公司總經(jīng)理吳志群介紹，測繪可是個大工程。以測繪第18窟佛像的數(shù)據(jù)為例，為了達到“無死角”的掃描果，他們不僅搭起了腳手架，還出動了無人機，單是激光掃描就用了兩個多月的時間。
得到數(shù)據(jù)之后就要靠3D打印技術(shù)將大佛的各個部位還原出來。為了藝術(shù)的完整性，關(guān)鍵部位必須和原佛像保持一致，因此科技工作者們進行了分解打印?！懊啃K平均大概40厘米左右，一共2790塊。”北京建筑大學工程實踐創(chuàng)新中心實訓教學教研室主任化鳳芳說：“每一塊都是一層一層打印的，但不像電影里演得那么快，每一塊兒的打印時間需要20個小時以上。共計50臺機器同時開動，打了一個半月左右。將近3000個小塊組裝成120余塊模型，后再拼裝到一起?！?
其間，科技工作者還需要在許多細節(jié)之處下工夫。土木學院李飛老師在團隊里負責佛像外皮材料研究，為了讓佛像的復制品能夠經(jīng)受室外環(huán)境的考驗，他經(jīng)過多次試驗研發(fā)出一種新型復合材料，這種材料比傳統(tǒng)材料更加綠色環(huán)保，并且可以進行仿石果處理，有提升了復制品的逼真度和抗風化能力。“就像燒制瓷器一樣，畫好精美的胎，還要有一層釉來保護?！崩铒w說。
土木學院祝磊老師負責佛像骨架的繪制和搭建。按照打印件的輪廓訂制的骨架，實現(xiàn)了可反復拆卸，同時考慮到了抗震防風等技術(shù)問題，使其能抗里氏9級地震。據(jù)介紹，今年上半年北京刮起了10級大風，大佛紋絲未動。
團隊核心成員侯妙樂教授說，其中所用的都是現(xiàn)存技術(shù)，創(chuàng)新點主要在于如何把各種技術(shù)結(jié)合起來，解決大批量、高保真復制文物的問題。整個云岡石窟有45座主要洞窟，佛教造像5.1萬余尊，此次第18窟佛像的復制就是“讓文物活起來、走出去”的一種有益探索。吳志群認為，“數(shù)字永生為文物保護提供了無限可能”，包括但不限于文物修復、復制、考古研究等，還可以通過多人VR交互系統(tǒng)進行虛擬現(xiàn)實的體驗。
據(jù)了解，依山開鑿、東西綿延約1公里的云岡石窟不但是研究中國古代社會政治、經(jīng)濟、文化、藝術(shù)，以及宗教信仰等方面的重要形象資料，也是追溯古代中西方文化交流和人民友好往來的實物例證。第18窟更是云岡石窟規(guī)模大、工藝復雜、藝術(shù)價值極高的一窟。在團隊成員們看來，將科技用于文物保護“搬走”云岡石窟的重要意義之一，就是讓更多人目睹它的風采，向世界宣傳、推廣云岡文化。李愛群教授說：“云岡石窟數(shù)字化保護的初衷是文化傳承，在向世界展示五千年燦爛的中華文明的同時，充分展現(xiàn)了中華民族的文化自信?！?
拓展知識：牙齒矯正牙窟的原理
你好，牙齒矯正的原理就是在力量的牽引下使牙齒移動到一個新的位置，調(diào)節(jié)過程是比較漫長的，一般在1年半左右，佩戴時一定要注意帶夠足夠長的時間，初次佩戴矯正器可能會覺得不舒服，一般需要適應3-5天，注意謹遵醫(yī)囑，定期到醫(yī)院復檢調(diào)整矯正器，以達到矯正果。注意佩戴矯形器期間不要吃太堅硬的食物，勤刷牙漱口，注意口腔衛(wèi)生。牙齒矯正，其實就是牙槽骨改建的過程。牙齒是長在牙槽骨里的，牙根就像樹根根植在泥土中一樣。但是牙齒并不是紋絲不動地屹立在牙槽骨之上，而是有一定彈性的立于牙槽骨之中。牙齒和牙槽骨之間有種物質(zhì)叫牙周膜，牙周膜的彈性和韌性會讓我們的牙齒具有一定的松動性，避免受到傷害。雖然這種松動極其輕微，幾乎無法察覺，但它也確實是真實存在的。
牙齒矯正利用牙齒可移動的特性，只要在牙冠上施加一定的輕力，牙齒便可緩慢移動。我們的固定矯治器或隱形牙套都是先將力量施于牙冠上，然后力量會傳遞到牙根，后作用于牙槽骨上，牙齒開始移動。
牙齒矯正器是利用生物力學原理來對牙合畸形的牙齒進行矯治，通過矯正系統(tǒng)施以溫和而持久的生物力，慢慢地使牙齒移動，讓牙齒恢復到正常位置，將牙齒排列整齊。其實牙齒矯正器的原理是比較簡單的，目前雖然牙齒矯正器有很多種，但是其實它們的原理都是一致的，在牙齒矯正器矯正過程中，患者需要有耐心和毅力，不可操之過急，要不然就達不到牙齒矯正果，甚至是傷害到牙齒。
牙齒矯正的原理一個要從力考慮一個要從生理考慮。這就是所謂的生物力學。
生理上，頜骨修復代償能力是體內(nèi)的第一位，可塑性也是，可以依靠顱面血運豐富和骨質(zhì)本身的小梁結(jié)構(gòu)在低于3個月內(nèi)將小損傷恢復如初。
力學上，牙齒的移動是一開固定在另一個或幾個牙齒的力點，來牽動牙齒移動，當然力點也會移動，這就需要精密的計算。所以醫(yī)生是通過不同的弓絲粗度，和固定于牙齒表面的托槽形態(tài)、角度來排齊牙齒的。當然現(xiàn)在也出現(xiàn)了了隱形矯正，但原理相仿。
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