用于画布、木材、金属和皮革底材的宏观激光轮廓扫描在绘画上的应用

在绘画表面上看到隐藏的故事

博物馆中的绘画肉眼看似平整，但其表面布满微小的山丘、洼地、裂纹和指纹，这些细节记录着画家的手法与数世纪的老化过程。本研究介绍了一种使用定制激光扫描仪将这些地形以三维“绘制”出来的新方法，帮助修复师了解木材、画布、金属和皮革底材绘画的构造、随时间发生的变化，以及在不接触作品的前提下如何最好地保存它们。

为脆弱杰作设计的温和激光

研究人员构建了一台宏观激光轮廓扫描仪，能够在覆盖相对较大绘画区域的同时检测仅几微米的高度差——远小于一根人发的直径。一束紫色激光投射出一条细线到表面；一台以角度安装的高灵敏度相机记录该线在越过凸起与凹陷时的弯曲形态。通过用电动导轨滑动激光头并用 Python 软件控制整个过程，团队重建出详细的表面三维地图。与针对建筑或雕塑优化的传统三维扫描仪不同，该系统更适合于平面但细腻纹理的艺术品，并且可以直接带入博物馆修复实验室使用。

四幅画，四种不同的“骨架”

为测试该系统，团队检查了罗马国家古代艺术画廊（Gallerie Nazionali di Arte Antica）收藏的四幅油画，每幅采用不同的底材：一块大木板、一幅画布、一条窄皮革带和一块小铜板。从宏观尺度看，三维地图揭示了每种底材如何塑造画面的总体“几何”。在木板上，扫描仪清楚分辨出四块拼接的板块，并显示整块面板弯曲超过一厘米，拼缝与裂缝作为明显的脊与谷突出。画布表面呈现轻微凹陷：中心比固定在框架上的边缘低了数毫米，显示出张力的丧失——这仅凭肉眼难以量化。皮革画作显示出一处连接处的细微缝合痕迹以及拉伸痕迹，而铜画则显得异常平整，反映出制取金属薄板时的工业轧制痕迹。

细微脊线揭示技法与问题

放大观察，同一数据暴露出颜料层本身的精细细节。在木板画上，经过滤的高度图突出了打底层的刻痕和细小的笔触浮雕，使得从表面拓扑可以读取出作画步骤的先后——刮刻打底、构图覆盖、釉彩处理，随后加亮等。在画布上，扫描仪检测到两个区域之间厚度的明显台阶，这与埋于可见构图之下的早期隐图相吻合，并且能区分出仍能看见画布经纬纹理的区域与以深裂缝为主的区域。在皮革底材上，地图揭示了隐藏的接缝和角落处的压花装饰图案——很可能是在上色前用金属冲头压制——以及随着皮革老化在颜料下收缩导致的皱褶和微小缺损。

金属表面与不可见的损伤

铜画提供了另一类观察视角。这里的三维浮雕显示不同颜色区域的老化方式各异，尤以富含油性结合剂的深色部分形成致密裂网为甚。因后期修补而在普通照片中几乎难以察觉的凸起水泡，在高度数据中清晰可见，显示出颜料正在从金属上脱落的区域。在铜板背面，扫描仪记录了为改善附着而粗化表面的工具痕迹，甚至捕捉到压印在铜上的一枚无意指纹——这是艺术家留下的亲密痕迹，成为可测量的、稳定的物件历史特征。

为修复师和历史学家提供新视角

除了生成引人注目的三维图像外，该技术还为保护专业人员提供了绘画在特定时刻形状的定量参考。由于扫描仪为非接触、便携且速度快，相同区域可以在数月或数年间反复测量，以追踪木质底材的缓慢翘曲、画布张力的松弛，或裂缝与起皮的蔓延。虽然它不能替代化学或地下结构分析，宏观激光轮廓测量为广泛的目视检查与显微研究之间增加了一层强有力的信息。在实践层面，它帮助博物馆更早诊断问题、更精确地规划处理方案，并记录写在艺术品表面上的那些细微物理故事。

引用: Iorio, G., Graziani, V., Merucci, C. et al. Macro laser profilometry scanner applied to paintings on canvas, wood, metal, and leather supports. npj Herit. Sci. 14, 275 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02544-1

关键词: 艺术保护, 3D 表面扫描, 文化遗产, 激光轮廓测量, 绘画诊断