前沿拓展：牙齒矯正牙窟的原理
來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)
電影《十二生肖》里盜取文物的高科技被用在了文物保護(hù)上。
成龍扮演的大盜利用高科技盜取國(guó)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(tái)3D打印機(jī)，不一會(huì)兒，一個(gè)真假難分的仿真獸首隨即誕生。莫要說(shuō)這是科幻，這可是真正的科學(xué)。如今，這套原理被應(yīng)用在了世界文化遺產(chǎn)云岡石窟的保護(hù)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(guó)后第一次由一個(gè)民族用一個(gè)朝代雕鑿而成的具有皇家風(fēng)范的佛教藝術(shù)寶庫(kù)，被視為公元5世紀(jì)中西文化融合的歷史豐碑。但遺憾的是，價(jià)值非凡的云岡石窟風(fēng)化速度驚人，恐有一天會(huì)風(fēng)化殆盡。當(dāng)前受限于文物保護(hù)等因素，越來(lái)越多的洞窟已經(jīng)不再向公眾開(kāi)放。
云岡石窟研究院院長(zhǎng)張焯的心中一直有一個(gè)夢(mèng)，就是希望找到1∶1高保真復(fù)制云岡石窟的辦法，復(fù)制品能夠像積木一樣簡(jiǎn)單組裝和拆解，方便到國(guó)內(nèi)外去展示，讓世界一起見(jiàn)證燦爛多姿的中華傳統(tǒng)文化。事實(shí)上，早在15年前的2005年，北京建筑大學(xué)有關(guān)專家就開(kāi)始了云岡石窟的數(shù)字化保護(hù)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)了數(shù)字“永生”?？墒菑堨淘洪L(zhǎng)要搬著石窟走的夢(mèng)想具體該怎么實(shí)現(xiàn)呢？
北京建筑大學(xué)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(fù)制品進(jìn)行多地巡展的需求，這個(gè)重任落在了以北京建筑大學(xué)副校長(zhǎng)李愛(ài)群教授為首的研究團(tuán)隊(duì)身上。如今，身高約18米的第18窟等比例復(fù)制佛像就坐落在北京建筑大學(xué)的校園里。是的，他們真的把云岡石窟“搬走”了。
怎么做到的？說(shuō)起來(lái)，和《十二生肖》里復(fù)制獸首的辦法，也像，也不像。
復(fù)制云岡石窟，是一個(gè)交叉學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新的項(xiàng)目，涉及建筑歷史、建筑藝術(shù)、測(cè)繪、材料、結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代制造、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等多學(xué)科領(lǐng)域。正如電影所表現(xiàn)的那樣，要想復(fù)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(cè)繪可是個(gè)大工程。以測(cè)繪第18窟佛像的數(shù)據(jù)為例，為了達(dá)到“無(wú)死角”的掃描果，他們不僅搭起了腳手架，還出動(dòng)了無(wú)人機(jī)，單是激光掃描就用了兩個(gè)多月的時(shí)間。
得到數(shù)據(jù)之后就要靠3D打印技術(shù)將大佛的各個(gè)部位還原出來(lái)。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(jìn)行了分解打印。“每小塊平均大概40厘米左右，一共2790塊。”北京建筑大學(xué)工程實(shí)踐創(chuàng)新中心實(shí)訓(xùn)教學(xué)教研室主任化鳳芳說(shuō)：“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(shí)間需要20個(gè)小時(shí)以上。共計(jì)50臺(tái)機(jī)器同時(shí)開(kāi)動(dòng)，打了一個(gè)半月左右。將近3000個(gè)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(xì)節(jié)之處下工夫。土木學(xué)院李飛老師在團(tuán)隊(duì)里負(fù)責(zé)佛像外皮材料研究，為了讓佛像的復(fù)制品能夠經(jīng)受室外環(huán)境的考驗(yàn)，他經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)研發(fā)出一種新型復(fù)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(jìn)行仿石果處理，有提升了復(fù)制品的逼真度和抗風(fēng)化能力?！熬拖駸拼善饕粯樱?huà)好精美的胎，還要有一層釉來(lái)保護(hù)。”李飛說(shuō)。
土木學(xué)院祝磊老師負(fù)責(zé)佛像骨架的繪制和搭建。按照打印件的輪廓訂制的骨架，實(shí)現(xiàn)了可反復(fù)拆卸，同時(shí)考慮到了抗震防風(fēng)等技術(shù)問(wèn)題，使其能抗里氏9級(jí)地震。據(jù)介紹，今年上半年北京刮起了10級(jí)大風(fēng)，大佛紋絲未動(dòng)。
團(tuán)隊(duì)核心成員侯妙樂(lè)教授說(shuō)，其中所用的都是現(xiàn)存技術(shù)，創(chuàng)新點(diǎn)主要在于如何把各種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，解決大批量、高保真復(fù)制文物的問(wèn)題。整個(gè)云岡石窟有45座主要洞窟，佛教造像5.1萬(wàn)余尊，此次第18窟佛像的復(fù)制就是“讓文物活起來(lái)、走出去”的一種有益探索。吳志群認(rèn)為，“數(shù)字永生為文物保護(hù)提供了無(wú)限可能”，包括但不限于文物修復(fù)、復(fù)制、考古研究等，還可以通過(guò)多人VR交互系統(tǒng)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)。
據(jù)了解，依山開(kāi)鑿、東西綿延約1公里的云岡石窟不但是研究中國(guó)古代社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、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(lái)的實(shí)物例證。第18窟更是云岡石窟規(guī)模大、工藝復(fù)雜、藝術(shù)價(jià)值極高的一窟。在團(tuán)隊(duì)成員們看來(lái)，將科技用于文物保護(hù)“搬走”云岡石窟的重要意義之一，就是讓更多人目睹它的風(fēng)采，向世界宣傳、推廣云岡文化。李愛(ài)群教授說(shuō)：“云岡石窟數(shù)字化保護(hù)的初衷是文化傳承，在向世界展示五千年?duì)N爛的中華文明的同時(shí)，充分展現(xiàn)了中華民族的文化自信。”
拓展知識(shí)：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(dòng)到一個(gè)新的位置，調(diào)節(jié)過(guò)程是比較漫長(zhǎng)的，一般在1年半左右，佩戴時(shí)一定要注意帶夠足夠長(zhǎng)的時(shí)間，初次佩戴矯正器可能會(huì)覺(jué)得不舒服，一般需要適應(yīng)3-5天，注意謹(jǐn)遵醫(yī)囑，定期到醫(yī)院復(fù)檢調(diào)整矯正器，以達(dá)到矯正果。注意佩戴矯形器期間不要吃太堅(jiān)硬的食物，勤刷牙漱口，注意口腔衛(wèi)生。牙齒矯正，其實(shí)就是牙槽骨改建的過(guò)程。牙齒是長(zhǎng)在牙槽骨里的，牙根就像樹(shù)根根植在泥土中一樣。但是牙齒并不是紋絲不動(dòng)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(huì)讓我們的牙齒具有一定的松動(dòng)性，避免受到傷害。雖然這種松動(dòng)極其輕微，幾乎無(wú)法察覺(jué)，但它也確實(shí)是真實(shí)存在的。
牙齒矯正利用牙齒可移動(dòng)的特性，只要在牙冠上施加一定的輕力，牙齒便可緩慢移動(dòng)。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(huì)傳遞到牙根，后作用于牙槽骨上，牙齒開(kāi)始移動(dòng)。
牙齒矯正器是利用生物力學(xué)原理來(lái)對(duì)牙合畸形的牙齒進(jìn)行矯治，通過(guò)矯正系統(tǒng)施以溫和而持久的生物力，慢慢地使牙齒移動(dòng)，讓牙齒恢復(fù)到正常位置，將牙齒排列整齊。其實(shí)牙齒矯正器的原理是比較簡(jiǎn)單的，目前雖然牙齒矯正器有很多種，但是其實(shí)它們的原理都是一致的，在牙齒矯正器矯正過(guò)程中，患者需要有耐心和毅力，不可操之過(guò)急，要不然就達(dá)不到牙齒矯正果，甚至是傷害到牙齒。
牙齒矯正的原理一個(gè)要從力考慮一個(gè)要從生理考慮。這就是所謂的生物力學(xué)。
生理上，頜骨修復(fù)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(yùn)豐富和骨質(zhì)本身的小梁結(jié)構(gòu)在低于3個(gè)月內(nèi)將小損傷恢復(fù)如初。
力學(xué)上，牙齒的移動(dòng)是一開(kāi)固定在另一個(gè)或幾個(gè)牙齒的力點(diǎn)，來(lái)牽動(dòng)牙齒移動(dòng)，當(dāng)然力點(diǎn)也會(huì)移動(dòng)，這就需要精密的計(jì)算。所以醫(yī)生是通過(guò)不同的弓絲粗度，和固定于牙齒表面的托槽形態(tài)、角度來(lái)排齊牙齒的。當(dāng)然現(xiàn)在也出現(xiàn)了了隱形矯正，但原理相仿。
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