第３２回文化財保存修復学会ポスター発表原稿Ａ３版

文化財のレプリカ作成における手法の検討
株式会社地域みらい〔3D Network Japan〕

大島孝博

１．はじめに
現在、立体形状の有形文化財の複製品（以下レプリカ）作成は、シリコンゴムによる型取り法が主流である。直接型を取るため、原資料にかなり近いものを作成する事ができるが、非常に脆い資料には使用できないなどの問題点もある。仮に頑丈な資料だとしても、資料に直接触れるため、ある程度のダメージはあり、破損しないとは言い切れない。
そこで、資料にほとんど触れることなくレプリカを作成できる三次元スキャナーを用いた非接触法が、シリコンゴムによる型取りと比較して、どの程度の再現性を有するのか検証を行った。また、非接触法であっても、レプリカ作成に使用する三次元プリンタによりどの程度違いが出るのか検証を行った。
今回レプリカ作成に使用した資料は、石川県能登町真脇遺跡出土の縄文時代中期の土器片である。幅が約16cm、高さが約9cm、厚みは5～7mm程度である。胎土は硬質で割としっかりとしている。

表
裏

原資料

計測データ

型取りレプリカ

非接触レプリカ・Z510

非接触レプリカ・alaris30

非接触レプリカ・EDEN250

２．作成手法広く一般に行われているシリコンゴムによる型取りを行った。まず、資料全面に錫箔を貼り付け、粘土等で土台、壁を作った後、資料を据えてシリコンゴムを流し込み、片面の型取りを行った。硬化後に残りの面にも同様の処理を施した。その後、資料を取り外し、エポキシ樹脂を流し込み、レプリカを作成した。

型取り法（１）型取り法（２）非接触法
錫箔貼付

三次元計測器を用いた非接触法を行った。資料の計測には、三角測量レーザー光切断方式の非接触三次元デジタイザ・RANGE7（コニカミノルタセンシング社製）を使用した。その後、取得した点データから三角網を形成して面（ポリゴン）データを作成し、三種の積層式三次元プリンタを用いてレプリカを作成した。
受光レンズ：TELE
計測点数
1,767,090

レプリカデータ点数
1,744,983※確度とは、実寸値との差積層式 三次元プリンタ
機種Z510alaris30
EDEN250

レプリカ造形時の設定
積層間隔89μm28μm
16μm

造形トレイ
254× 306×203mm
300× 200×150mm
260× 260×200mm

解像度
600×540dpi
600×600×900dpi
600×300×1600dpi

レプリカ使用素材
粉体
アクリル系樹脂
アクリル系樹脂（１）視覚による比較検討

alaris30
三次元プリンタ
接写写真

原資料

型取り

使用ソフト：Rapid form XO V（ア イナステ クノロ ジー社 製）

細部

型取り

型 取りレ プリカ
Z510
非 接触
alaris30
レプ リカ
EDEN250

非接触・Z510
質感◎×△○

視 覚によ る比較検 討
縄文凹部
◎
××△
△○○
◎

非接触・EDEN250
エ ッジ
◎×△
○

表側－0.2mm±0.1mm±0.1mm（厚い）外側 ← レプリカデータ → 内側（薄い）精度検証

非接触・alaris30 非接触・EDEN250

裏

今回の検証では次のような結果が得られた。視覚による比較検討では、型取りレプリカがより忠実に原資料を再現しているという結果が得られた。数値による比較検討では、非接触レプリカがより忠実に原資料を再現しているという結果が得られたが、これは原資料そのものではなく、計測データをより忠実に再現しているといえる。
これらを総合的に判断すると、文化財のレプリカ（複製品）としてより再現性の高い手法は、型取り法であるといえる。これは非接触法が計測して得られた点群から面（ポリゴン）データを形成して資料の形状を再現しているのに対して、型取り法は資料の形状そのものをそのまま型取りできるためである。
今回の検証結果は、あくまでもレプリカの再現性にのみ主点をおいているため、一概に型取り法が優れているとはいえない。資料の状態やサイズ、レプリカに使用する素材、用途、費用など様々な条件により、それぞれの手法を使い分ける必要がある。また、一括りに非接触法といっても、計測機器、造形方法は多岐に渡るため、最適なものを選択する事が必要である。

非接触・Z510

表

４．おわりにRANGE7
非接触三次元デジタイザ

三次元計測（２）数値による比較検討型取り法と非接触法により作成したレプリカを、造形後に加工を加えていない素材の状態で、前述のRANGE7を使用して、原資料計測時と同様の条件で計測を行った。原資料の三次元データと計測した三種のレプリカの三次元データを比較し、全体の偏差量を求めて数値による比較検討を行った。
精度検証に使用したソフトは、Rapidform XOV（アイナステクノロジー社製）である。検証は、原資料の三次元データにそれぞれのレプリカの三次元データを最も形状の合致する位置で合成させるベストフィットという方法を用いた。合成した三次元データの横方向をＸ値、縦方向をＹ値とした場合のＺ値の差を偏差量として求めた。今回の検証では、偏差量の値は右記のカラーマップ上で相対的に広く面積を占める0.1mm以上の数値を抽出するだけに留めた。偏差量がプラスの場合は原資料データよりも外側（厚い）、反対にマイナスの場合は原資料データよりも内側（薄い）という事になる。ただし、原資料に対してではなく、原資料の三次元データに対しての検証結果である。
型取りレプリカは、左右に偏差量-0.2mm前後の箇所があり、裏面中央部にも同様の箇所があった。
上部の刻み文様凹部では偏差量+0.2mmであった。これは、原資料データよりもレプリカデータの方が薄く、若干内湾して歪んでおり、上部の刻み文様凹部の彫りが浅く、凹部の型取りができていないという結果である。非接触レプリカでは、Z510で造形したレプリカは文様凸部では偏差量±0.1mm以内に収まっているが、上部の刻み文、下部の縄文の凹部では共に偏差量+0.2mmとなっている。これは、歪みが少なく、厚みもほぼ正確に再現できているが、全体に文様凹部の再現ができていないという結果である。EDEN250で造形したレプリカは、裏面中央以外ほぼ全面が偏差量±0.1mm以内に収まっている。これは、ほぼ正確にデータ通りの形状を再現できているという結果である。
結果として、造形する三次元プリンタにより程度の差はあるものの、型取りレプリカに比べ、非接触レプリカの方が全体の歪みが少なく、文様凹部、厚みもより忠実に再現しているといえる。

EDEN250

下部縄文型取り法と非接触法により作成したレプリカを、造形後に加工を加えていない素材の状態で、全面を同一色で単色に彩色した。それによりレプリカ同士の形状の差異を際立たせ、視覚による比較検討を行った。ただし、検証結果については、あくまでも視覚による比較検討であり、観察者の主観に依存した判断となるために断定はできない。
結果として次のような事が挙げられる。型取りレプリカは、土器表面の質感や形状を最も鮮明に表現しているが、上部隆帯に刻みの入った凸凹文様は凹部の彫りが浅く、表現できていない。非接触レプリカは、EDEN250製のレプリカが最も再現性があり、隆帯凹部の表現も良くできている。しかし、造形時の積層痕が目立ち、全体的にエッジ（縁）部分が丸みを帯びてしまっている。

Z510

上部隆帯

３．比較検討

エポキシ樹脂充填

非接触法

非接触 三次元デジタイザ・RANGE7 原資料計測時の設定
計測回数
計測間 隔（mm）
確度（mm）
100 .08～0.14±0.04

シリコンゴム充填偏差量（mm）

数値 による比 較検討
裏側
縄文凹部± 0.3mm －0.2mm ＋0.2mm± 0.1mm ＋0.2mm ＋0.2mm± 0.1mm ±0.1mm ±0.1mm

参考文献
小島道裕「博物館とレプリカ資料」『国立歴史民俗博物館研究報告 第50集』1993年
山本哲也『博物館のウラおもて－レプリカの真実－』2004年
堀江武史「縄文土器の修復・複製・復元品の活用」『総覧 縄文土器』2008年
謝辞：今回の発表にあたり、以下の方々（敬称略）にご協力を頂きました。ここに謝辞を申し上げます。
資 料
提供：高田秀樹（石川県能登町教育委員会）
三 次 元 計 測：神尾信行、中尾光孝（コニカミノルタセンシング株式会社〔3D Network Japan〕）
デ ー タ 合 成：田子寿文（有限会社アイテック〔3D Network Japan〕）
精 度
検証：村松小友美（株式会社フューチャーイン〔3D Network Japan〕）
型取りレプリカ作成：石原道知（有限会社武蔵野文化財修復研究所）・堀江武史（府中工房）
非接触レプリカ作成：井家洋、井家美紀（有限会社小松鋳型製作所）・村田達也（三谷商事株式会社）彩
色：畑野尚子（有限会社クラフト工房はたの）