3D數位化整合技術應用於傳統雕塑製作之探究-以傳統木雕為例

國立台中教育大學數位內容科技學系碩士班

碩士論文

指導教授:王曉璿 教授

羅日生 副教授

3D 數位化整合技術應用於傳統雕塑製作之探究

-以傳統木雕為例

研 究 生:黃崇瑋 撰

中 華 民 國 一 百 零 三 年 十 二 月

謝誌

時光飛逝，轉眼間兩年半在碩士班的日子晃眼即過，在這段求學的日子得到 了許多老師細心的教導及同學的相互鼓勵，能走到今天這一步，真的要感謝許多 人。 首先要感謝指導教授王曉璿老師以及羅日生老師，老師總是在事務繁忙中仍 不斷鼓勵及關心學生，並在論文的撰寫以及作品的製作上耐心的指導與建議，在 撰寫及製作的期間老師總是不厭其煩地協助我、指引我正確的方向，改正我論文 中的缺失，讓我可以順利完成這篇論文，在此敬上十二萬分的感激。 其次要感謝口試委員:李朝金老師與魏炎順老師，匡正學生論文上的許多疏 誤與不足，更給於學生許多寶貴的意見與建議，使學生在論文內容上能更加詳細、 完整，讓學生受益良多，在此致上最高謝意。 除了師長的諄諄教誨，也感謝同學乃慧、薇澤、宗洋、靖傑以及學妹文欣、 含諭，在學業上的幫助鼓勵以及論文上的協助，在共同度過的求學過程中，謝謝 你們大家讓我的碩士生活這樣的精采豐富、多采多姿。 最後，更要感謝我的父母，接受我任性的想法，讓我能毫無顧慮的讀書，並 在我背後默默的支持且無悔的付出，我才能有今天的成果。 黃崇瑋 謹致 中華民國一百零三年十二月

I

3D 數位化整合技術應用於傳統雕塑製作之探究

-以傳統木雕為例

中文摘要

傳統木雕文化是中國民間意識型態的表現，具有悠久的歷史及強烈的民族色 彩，能具體的反映出當代社會的各種現象及興衰。時至今日因科技的快速發展， 傳統木雕因產業上面臨諸多之困境而逐漸受到藝文界人士及學者之關切。因此本 研究的目的主要針對台灣目前傳統木雕產業現況，透過文獻分析、資料蒐集及專 家訪談之後，了解現今傳統木雕產業之困境，提出一套結合 3D 數位化整合設計 技術的雕塑製作與方法作為該產業的參考。論文中並以三個實際應用範例之設計 製作來說明這套方式對傳統木雕產業在人才培訓及工藝品製作的部分關鍵問題 上，確實可提供有效地解決之道。因此，本文期望導入數位化整合設計技術於傳 統木雕製作上所呈現的特質結果，能對該產業目前面臨之困境與危機提供一些的 具體有效的參考。 關鍵字：3D 數位化整合技術、製造數位化、傳統木雕

III

An Inquiry into the Applications of Digitized 3D

Integration Technology in Producing Traditional

Sculptures - Taking Traditional Woodcarving as An

Example

Abstract

The traditional wood-sculpture culture is a traditional Chinese folk ideology

performance, has a long history and a strong national color and reflect the various

phenomena of contemporary society and the rise and fall. Today the rapid

development of science and technology, traditional wood-sculpture facing difficulties

because many of the concerns of industry and gradually by arts professionals and

scholars. The purpose of the study is against Taiwan's traditional wood-sculpture

industry, through literature analysis, data collection and expert interviews. A

comprehensive set of issues raised with the latest digital technology to integrate a

complete 3D design technology architecture and sculpture as a method of thinking of

the industry reference. In this study, and three examples of practical applications

designed to illustrate this approach on some key issues of traditional woodcarving

industry can indeed provide an effective way to solve. Therefore, the research results

into the desired characteristics of the integrated digital design technology to make

traditional woodcarving presented and provide some specific reference to the plight of

effective crisis currently facing the industry.

Keywords：digitized 3D integration technology、manufacturing digitalization、

V

目次

第一章 緒論... 1 第一節 研究背景... 1 第二節 研究動機... 2 第三節 研究目的... 4 第四節 研究範圍與限制... 5 第五節 名詞解釋... 5 第二章 文獻探討... 9 第一節 傳統木雕的歷史背景與形式技法探討... 9 第二節 傳統木雕產業發展與困境探討... 17 第三節 數位化技術發展與應用探討... 21 第三章 研究設計與方法... 33 第一節 研究架構與流程... 33 第二節 研究方法與對象... 35 第三節 研究工具... 36 第四章 結果與討論... 39 第一節 訪談資料歸納與分析... 39 第二節 應用數位化於木雕製作之案例... 43 第三節 傳統與數位製作方式之比較分析... 71 第五章 結論與建議... 79 第一節 結論... 79 第二節 建議... 83 參考文獻... 85 附錄一 訪談大綱... 93 附錄二 受訪藝師訪談內容... 95

VII

表目次

表 3- 1 個人基本資料 ... 36 表 4- 1 訪談結果與產業現況比較表 ... 39 表 4- 2 受訪藝師共同之數位化技術之看法 ... 41 表 4- 3 傳統與數位製作流程表 ... 71 表 4- 4 數位化技術應用於傳統木雕工藝觀念整合表 ... 75

IX

圖目次

圖 2- 1 木雕製作流程圖 ... 14 圖 2- 2 DIDT 系統架構圖 ... 23 圖 2- 3 正向工程 ... 26 圖 2- 4 逆向工程 ... 27 圖 3- 1 研究架構流程圖... 34

圖 3- 2 Roland MDX 40A 之 CAM 加工流程 ... 37

圖 4- 1 模型建構流程圖 ... 43 圖 4- 2 舞者圖形 ... 44 圖 4- 3 於案例(一)將參考圖形進行對位過程圖... 44 圖 4- 4 於案例(一)繪製平面及中心線過程圖... 44 圖 4- 5 於案例(一)將草圖圖片置入之流程圖... 45 圖 4- 6 於案例(一)繪製 2D 草圖過程圖 ... 45 圖 4- 7 2D 圖形以 3D 實體呈現之過程圖 ... 45 圖 4- 8 依照比例將 2D 圖形長成 3D 實體之過程圖 ... 46 圖 4- 9 檔案格式儲存圖 ... 46 圖 4- 10 檔案置入軟體調整相關數據流程圖 ... 46 圖 4- 11 模型修改之過程圖 ... 47 圖 4- 12 運用平滑效果之過程圖 ... 47 圖 4- 13 模型局部修改之過程圖 ... 47 圖 4- 14 於案例(一)將特定部位之細節修飾過程圖... 48 圖 4- 15 運用削切工具將模型呈現之過程圖 ... 48 圖 4- 16 其餘局部修改過程圖 ... 48 圖 4- 17 在 Freeform 軟體裡進行胸部部分修改之過程圖 ... 49 圖 4- 18 對修部部分進行削切及平滑之過程圖 ... 49

X 圖 4- 19 舞者模型完成圖 ... 50 圖 4- 20 菩薩頭像圖形 ... 51 圖 4- 21 圖形正、側視圖對位過程圖 ... 51 圖 4- 22 於案例(二)中正、側視圖層開啟知過程圖... 51 圖 4- 23 正、側視圖匯入軟體裡並與中心點進行對位之過程圖 ... 52 圖 4- 24 於案例(二)中匯入之正、側視圖進行輪廓線描繪之過程圖... 52 圖 4- 25 於案例(二)中點選疊層拉伸之過程圖... 52 圖 4- 26 應用疊層拉伸功能對輪廓線進行臉行之 3D 模型建置過程圖 ... 53 圖 4- 27 進行脖子部分疊層拉伸之過程圖 ... 53 圖 4- 28 應用圓形為導引線讓頭髮輪廓線緊貼導引建置模型過程圖 . 53 圖 4- 29 運用疊層拉伸製作頭部完成並將五官應用伸長填料及除料之 功能製作之過程圖... 54 圖 4- 30 檔案匯入並調整精細度之過程圖 ... 54 圖 4- 31 擠壓及削切工具進行模型修改之過程圖 ... 54 圖 4- 32 應用鏡射工具將模型進行鏡射之過程圖 ... 55 圖 4- 33 菩薩頭像完成圖 ... 55 圖 4- 34 於衍生應用(一)繪製心形草圖之過程圖... 56 圖 4- 35 心形模型建置及音符繪製過程圖 ... 57 圖 4- 36 建置音符模型及參考圖元應用過程圖 ... 57 圖 4- 37 模型製作完成及儲存檔案格式之過程圖 ... 58 圖 4- 38 修改過後飾品造型圖 ... 58 圖 4- 39 模型移動及軸向調整過程圖 ... 59 圖 4- 40 圖形大小調整過程圖 ... 59 圖 4- 41 模型移動過程圖 ... 59

XI 圖 4- 42 飾品完成圖 ... 60 圖 4- 43 不同材質間的衍生應用以及色彩之呈現 ... 60 圖 4- 44 實品完成正面圖 ... 61 圖 4- 45 實品背面圖 ... 61 圖 4- 46 飾品雛形繪製過程圖 ... 62 圖 4- 47 背景圖形繪製過程圖 ... 62 圖 4- 48 曲面及圓角調整過程圖 ... 63 圖 4- 49 製作完成及儲存檔案過程圖 ... 63 圖 4- 50 曲線繪製過程圖 ... 63 圖 4- 51 曲線緊貼模型步驟之過程圖 ... 64 圖 4- 52 局部擠壓之過程圖 ... 64 圖 4- 53 圖案修改及模型匯入之過程圖 ... 65 圖 4- 54 局部性轉換之過程及飾品完成圖 ... 65 圖 4- 55 不同材質間之變換圖 ... 65 圖 4- 56 飾品實體正面圖 ... 66 圖 4- 57 飾品背面圖 ... 66 圖 4- 58 印幣草圖製作過程圖 ... 67 圖 4- 59 硬幣實體及圓角製作過程圖 ... 68 圖 4- 60 正反面圖形製作圖 ... 68 圖 4- 61 蓮花修改過程圖 ... 69 圖 4- 62 蓮花製作過程圖 ... 69 圖 4- 63 菩薩頭像匯入及修改過程圖 ... 70 圖 4- 64 在模型上做色彩及材質之改變 ... 70 圖 4- 65 硬幣實體成品 ... 71 圖 4- 66 數位化輔助傳統木雕困境流程架構圖 ... 73

XII

圖 5- 1 傳統木雕與數位化技術整合流程架構圖 ... 81

1

第一章 緒論

本章一共分成五個小節，第一、二小節分別論述本研究之研究背景以及研究 動機，第三小節則是由上述背景動機所發展出研究目的，第四節為研究範圍及限 制，第五節為名詞解釋。

第一節 研究背景

2012 年英國《經濟學人》雜誌指出，人類社會已邁入《第三次工業革命》 時代，不同於十八世紀末以機器取代手工及廿世紀初強調大量生產的前二次工業 革命，第三次工業革命的關注焦點在於「製造數位化」，為傳統製造業的面貌和 生產方式帶來巨大改變，再加上近年來 3D 電腦輔助設計 (Computer Aided

Design，CAD)以及電腦輔助製造(Computer Aided Manufacturing，CAM) 的技術 不斷發展與進步，相關的文獻資料（林輝亮，1999；張文智，2003；Bai, Gao, Tang,

Liua & Guo, 2010)中也顯示 CAD 軟體應用在設計上已經是近年來設計產業的一 個趨勢。而就整體的市場上而言，國內目前在工業設計產業上運用電腦設計已經 相當普及，除了少數設計工作如草圖發展與草模發展外，其他大部分設計上的工 作多數已經做電腦化上的運用（吳咸增，2004）。在 CAD/CAM 軟體的輔助之 下，可以發現到，從實體的模型到運用數位化工具所產生出的數位化模型，在這 轉化的過程之中，其中最大的改變是透過三度空間來提升設計者控制力和自由度， 也就是說它可以依設計者之構想進行即時性的編修，在設計上程序與思考能加以 結合與互動 (湯景順，2006)。現今 3D 設計軟體的功能已經能符合大多數市場上 的需求，透過電腦輔助設計的軟體來製作模型及相關之應用也越來越普及

(Wang, He, Tian & Cai, 2008；羅日生、賴奎榕、王錦雄，2013)，根據 Aberdeen Group 的市場調查結果發現在國外已經有將近三分之二(67%)的中小型企業在超過一半

2

以上的設計產品及製作上都是以 3D 技術來建立的(Aberdeen Group，2008)，最主

要之因素還是在於 CAD/CAM 軟體可以大幅度的減少產品開發的時間 (卓曾中，

2009；Cambaa, Conterob, Johnsona & Companyc, 2014)且能讓設計師更加方便的 表達自己的想法與構想，並且能發揮軟體的最大功能。這讓 CAD/CAM 的技術 也逐漸被廣泛而深入的引進各個專業領域中應用(吳正仲，2009；張文智，2003)。 綜合上面論述可以得知，3D 數位化技術在現今的設計產業上已經被大幅度的應 用且為現今設計產業發展的趨勢之一。

第二節 研究動機

在現今資訊及科技蓬勃發展的時代，以往由圖紙繪製方式來創作造型藝術的 形式，逐漸轉換至電腦平台上作業，而電腦繪圖就是這轉化過程中為達成此目的 所研發產生的技術，從早期的 2D 繪製圖形的方法逐漸轉變成現今 3D 模型模擬 的技術層次進而發展出能與創作者進行操作互動的回饋功能(翁崇基，2008)。而 現今應用的 CAID 系統已經能夠逼真的呈現產品構想，甚至於材質模擬、背景

變換等(Pascu, Dobrescu, Opran, & Enciu, 2014)，並且能改善手繪 2D 草圖所產生

尺寸上的誤差(Cheon, Kim, Mun & Han, 2012)。CAD 系統不只能夠以立體空間呈

現出圖紙平面上所不能夠表達的概念，也可以進行即時性的修正工作（陳文龍， 1996）。然而直接用 3D 電腦繪圖軟體(CAD/CAID)進行正向建模的設計方法，若 遇上較困難之基本幾何來表現與定義之產品例如藝術浮雕及不規則線條等，就很 難繪製出想要的線條(陳俊雄，2002)。為了因應此狀況的發生，因此就有了逆向 建模之需要，而在目前有關逆向建模技術的研究和應用集中在重建產品實物的 CAD 模型和產品上此方面稱為「實物逆向工程」(鄭文源，2005)。逆向工程就 是將成品從外形上產生 CAD 模型之後再進行修改，而非直接從工程設計圖上產 生(林秉彰，2007)。時至今日，將所有 3D 數位化系統包含整合逆向工程技術

3

(Reverse Engineering，RE)、快速成形技術(Rapid Prototyping，RP)、電腦輔助設 計以及電腦輔助製造進行整合並發展出透過光學的方式擷取實體轉換成數位模 型的逆向掃描 RE，運用數位建模的電腦輔助設計 CAD 軟體，最後將數位模型 進行輸出的電腦輔助製造 CAM 及快速成形 RP 系統這整套的過程稱之為「數位 化立體整合設計技術」(羅日生等人，2013)，如何有效將系統進行整合，也是現 今設計產品開發的一個趨勢(王信雄，2008)。 而在這數位化技術快速發展之今日，傳統雕塑因產業上面臨諸多之困境而逐 漸受到藝文界人士及學者之關切。在民間傳統雕塑藝術之中，傳統木雕除了主要 帶有藝術性美感的特質外，還包含著具備生活用品的實用性及生活性的連結，而 且也是民間意識型態的表現，具有悠久的歷史及強烈的民族色彩，體現出百姓的 精神追求。傳統木雕通常為構思巧妙、內涵深刻、能反映作者審美觀和藝術技巧 的作品，充分體現出木雕藝術，其傳承和發展具有特殊的精神和物質的雙重價制 (柳獻忠，2011)，且是具備一定的欣賞價值之工藝美術品，並能反映出中華民族 的審美意識和創造能力，因此是在常民生活中最容易體認的造形藝術的表現(鄭 豐穗，2008)。但隨著社會型態與常民生活的改變，傳統工藝在環境上面臨了重 大變革，除了受到教育普及與升學觀念的影響，使得傳承制度上面臨了招收無人 的問題，在傳統工具應用及傳統材料的替代上也出現相關問題等等，這使傳統工 藝上出現之困境已達非正視不可的階段(萬煜瑤，2001)。在現今已有些相關研究 已開始嘗試將 3D 數位設計技術漸漸的融入傳統產業並達到整合之效果(陳俊雄，

2002；林秉彰，2007；Sundarama & Prakashb, 2014；Lee, 2014)，因此本研究欲 將數位化整合設計技術與傳統木雕進行比較及整合之分析，以瞭解數位化的優勢

4

第三節 研究目的

目前台灣許多傳統產業因大量數位化的世界風潮陷入困境，其中被視為具有 悠久歷史及強烈民族色彩的傳統木雕產業，更是受到大陸與東南亞廉價量產品的 衝擊外與專業人才的斷層的根本性問題所低迷。本研究之研究重點在於，如何運 用數位化立體整合設計技術包含 3D 數位雕塑技術、逆向掃描技術、電腦輔助製 造以及快速成型技術的整套過程與傳統木雕進行比較與整合。對於傳統木雕在進 行產品生產上，使用工具及製作部份所面臨之困境加以探討及分析，並對於 3D 數位技術之探討，嘗試運用數位化整合設計之技術於傳統木雕製作過程之應用， 期望數位化整合設計之技術與傳統木雕在製作之過程上能有互補之效果，達到本 研究欲將 3D 數位化整合設計技術與傳統雕塑進行整合之應用。因此本研究主要 之議題如下: 一、究針對台灣目前傳統木雕產業現況，透過文獻分析、資料蒐集及專家訪談後， 彙整與了解台灣地區傳統木雕的發展現況與困境，以及傳統木雕產業對第三次工 業革命造成木雕業帶來的衝擊之專家看法。 二、探討數位化工具導入傳統木雕工藝品製作流程之高彈性、便利性與創意性， 並文論中提出一套傳統木雕與數位化技術整合製作的概念型流程架構。 三、透過衍生性應用的案例快速的製作，展示數位化應用的優勢對傳統木雕產業 產生創新產值提升的效益。

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第四節 研究範圍與限制

基於傳統木雕的深度複雜多元以及數位化技術應用廣泛之特性，本研究擬定 出研究範圍與限制，以能力許可之範圍進行樣品製作及分析。因此研究範圍與限 制分別為下列幾點: 1.本研究訪談人數及對象為三位藝師，訪談結果是藝師本身對於問題之觀點及答 案，並不能擴大解釋為產業普遍發生之現象。 2.本研究之模型建置由系上 3D 數位整合實驗室提供協助，在製作上由於研究者 對於數位化技術屬於剛入手之階段，因此在成品及飾品製作上都以較為簡單之造 型去製作，對於如何熟練完整的 3D 數位化設計應用技術這部分將是今後嘗試努 力的方向。

第五節 名詞解釋

一、傳統雕塑 是造型藝術的其中一種形式，它是以物質的材料以及方法來製作並傳達出三 維空間形象的一種視覺。雕塑可以利用各種不同的方式，在不同的材質上進行創 作。在製作雕塑作品時，需要各種的材料來做為媒材，且需要對於材料本身的性 質徹底了解，如此才能充分的表現出雕塑造形的結構與肌理的美感(何恒雄， 1990)。雕塑之材料其種類繁多包括黏土、石、木、金屬等等。 二、傳統木雕 木雕是以各種木材及樹根為材料進行雕琢加工的一種工藝形式，是傳統雕刻

6 藝術中的重要門類(金帛，2014)。屬於靜態的三度空間的藝術創作，其由內而外 將木材不需要之部份刻掉，留下滿意得形象作為其作品(黃碧純，2007)。如同其 它一般民間藝術，傳統木雕除了其主要特色是在表現藝術性與美感外，還包含其 實用性及生活性，是與常民生活緊密之接合(萬煜瑤，2001) 三、電腦輔助設計

電腦輔助設計(Computer Aided Design，CAD)，一般常見的模型製作方式，

大致上可以分為三類:移除式、增加式與成型式，利用電腦輔助製造之方式，直 接或間接運用電腦介面與電腦數值控制機械連線，進行加工規劃即刀具路徑產生 與編輯與管理等工作(闞凱宇，2012)。如能有效地應用 CAD 軟體於產品設計上， 不僅能增加創造力及表現能力、提升溝通之質與量(鄭宇杰，2002；Robertson & Radcliffe, 2009)。對於流程也有許多助益，甚至能幫助提高創意發揮，提升更高 效率(陳柏瑞，2005)。 四、逆向工程技術 逆向工程技術(Reverse Engineering，RE)，主要是由量測儀器去測量實物之 成品，進而產生出物件的曲線、曲面等點之資料，一旦資料經過重建後就可以加 以變更及創新(許耀仁，2002)。使用逆向工程的原理或者是系統，設計者可以得 到一個不再由傳統藍圖製造的 CAD 模型。而是由實物模型透過掃描獲得數位檔， 並應用 CAD 軟體重建，進而複製出另一原形建(Fudos，2006)。 五、電腦輔助製造

電腦輔助製造(Computer Aided Manufacturing，CAM)，一般也稱之為加料製

程技術、層加工技術或實體自由成型技術，常見的材料有臘、澱粉或合金類等，

7

Prototyping，簡稱 RP)的技術就是使用增加式加工製成的概念發展出來的。一般 成形所使用的材料，通常分成粉末、液態樹脂、固體材料三類，各有不同之應用

領域(湯景順，2006)。另外快速成型技術其加工之方法可依所使用能量之差異區

9

第二章 文獻探討

根據歷史的紀載，數萬年來人們所遺留下來的雕刻造型，不管是在中國、埃 及等古文明地區，所發現到的原始藝術，就是雕塑。而現代雕刻則受到了工業結 構，社會多元化以及科技領域的延伸，不斷產生了變化，但也基於文化的傳統， 仍有其特殊的創作表現(何恒雄，1990)。因此本章節先對傳統木雕的歷史、製作 流程、技法形式做了解。在第二節的部分對於傳統木雕的產業發展及困境進行探 討。第三節將本研究主要應用之 3D 數位化整合科技系統的發展與應用做一個完 整之介紹。

第一節 傳統木雕的歷史背景與形式技法探討

一、傳統木雕歷史背景 木雕是以各種木材及樹根為材料進行雕琢加工的一種工藝形式，是傳統雕刻 藝術中的重要門類(金帛，2014)。而木雕在人類的生產、藝術活動中有著久遠的 歷史，其歷史可上溯到 7000 年的新石器時代(顏培金、王樂，2012)。中國的木 雕淵遠流長，是世界各民族數千年文化史中的一種獨特的藝術。木雕也是中國古 老的藝術品種，是中華民族數千年來，世世代代的藝師的寶貴經驗所累積下來的 藝術果實，其產生、發展與民族生活的地理環境、文化傳統、民俗觀念、生活習 慣等都有著密切的關連(劉奇俊，1988)。中華民族是世界上最早選擇農耕方式的 民族之一，中國的幅員遼闊、氣候適宜、木材資源豐富，在這樣的情況下可以想 像古人在這塊土地上開始對於木材的廣泛利用。為了提高勞動效率和利於生活的 方便，人們還發明了各式各樣的木製用品。木頭的溫和、密度、紋路、色澤、氣 味等性質還體現著某些生命的親和力。因此，在漫長的生命過程和實踐中，人們 對於木的品質有了更深的認識，也漸漸形成了對木的獨特利用和評價，且也賦予

10 它諸多的獨特感情色彩(苗紅磊，2009)。直至今日，這些木製品仍是扮演人類生 活中不可或缺的器具，人類在歷史發展中對於木的利用已經達到了無所不及的地 步，而木頭也在人類的生活中一直扮演著極為重要的角色(鄒文、李淵，2000)。 在中國的古代建築中，早在六、七千年前，就已經運用木雕來做為裝飾了，如: 斗栱、雀替、隔扇、門窗等等，留下了許多動人的傑作。而木雕又可分為工藝性 木雕及藝術性木雕。工藝性木雕又可再區分成觀賞性工藝木雕及實用性工藝木雕， 前者主要是陳列、擺設於櫥、窗及架上等供人觀賞的小型單獨的藝術品，而後者 是指利用木雕工藝裝飾、實用與藝術相結合的藝術品。而藝術木雕通常是指具有 獨創性、能反映作者審美觀，並運用藝術方法及藝術技巧之作品，由於一般都是 由一人獨自設計並製作，所以通常能追求創作之意念與美感(柳獻忠，2011)。而 在現今社會上，木雕之創作有相當多元的風貌。雖然由於年代過於久遠，其保留 下來的實物並不是十分豐厚，但從古代遺留下來的片段式的木雕物品，和現代新 創作的木雕器物，不難看出中國木雕藝術永恆的文化與藝術價。 另外在明人周欣《事務記源》中也有記載到:「黃帝駕崩後，期臣左彻追念 其功德，按其形雕刻為像」(燦古木藝，2013)。由此可知，在早期的社會之中就 開始出現了不少木雕工藝品。也因為木雕在中國傳統手工藝上深具意義，因此本 研究欲探討台灣地區傳統木雕的流程、技法與其發展困境以及數位整合設計發展 現況，並透過資料分析來強化數位化的優勢以及對傳統木雕產業產困境作一個有 效之幫助。以下將針對傳統木雕的製作流程、形式技法及困境做進一步之探討。 二、傳統木雕特色及製作流程 木頭是古老的雕刻媒介，在藝術上以木頭來雕刻可以追溯至文藝復興更久遠 之前。而古代中國也把木頭雕刻運用在祭祀儀器的製作，後來慢慢運用到建築、 佛像乃至於家具方面，至今仍然延續著(何恒雄，1990)。木雕藝術的特色是透過 線條、形體來代替語言，雖然其形體是靜態的，但卻常以瞬間的、凝固不動的形

11 象表現其內涵，使觀眾在觀賞時能聯想到其瞬間前後的情節、情感等(柳獻忠， 2011)。而傳統民間雕刻之藝術，其風格較能反映出地域性、時代性且較具特色， 使其可表現出人所在之文化環境裡的心理、社會等各個面向。也就是說其在形式 層面上及內容層面上均能反映出文化意義及風格的美感、特質(萬煜瑤，2001)。 除了木雕本身散發的特質外，其製作之工序也是很重要的一環，以下參考相關文 獻資料(翁參隆，1983；何恒雄，1990；鄭豐穗，2008；苗紅磊，2009；柳獻忠， 2011；黃楊木雕，2013；佛山南海軍飛木雕場，2013；張偉、張欣，2014)等並 加以整合及製作出大致上木雕工藝製作流程: (一)設計及模型塑造 此步驟是將想法繪製成創意稿後進行確認，並運用墨線將創意稿上的圖形直 接勾畫到所要雕刻的木材上。也有一些是畫完設計稿後，透過泥胚或其他素材將 設計稿的圖形以實體的方式初步表現出來。這樣的方式主要是因為設計稿只是平 面的參考圖，難以想像作品的立體性及長寬厚度等，若在雕刻時有閃失其整塊原 料就無法使用，因此會先雕刻模型，獲得大致上的比例，之後再選擇相似的木頭， 進行正式雕刻的工作。 (二)選材 在選擇材料的步驟上不僅決定了之後在雕刻時的風格和形式，更重要的是受 到雕刻的作品形象的影響，因此在材料的選擇上是已能呈現作品形象風格的材料 為主。在早期藝師受委託後，材料往往是在附近的林地去挑選並帶回，而現在木 材原料取得方便，藝師可直接向木材行購買所需之材料。藝師通常在選擇雕刻之 木材時，其方式是符合雕刻作品理想的顏色及紋理。通常直線紋理之木頭是較易 於雕刻的，而樹木外層較稀鬆及潮溼木頭的中心部分較硬，都是藝師選材的條 件。

12 (三)畫線及鋸切 這個步驟就是將創意稿描繪的線條畫上所要創作的木頭上，通常都會使用墨 線去進行繪製但也可以使用鉛筆、炭條、粉筆去進行繪製，這個繪製的目的主要 是將所要創作的作品外型輪廓先繪製到木頭上，方便之後藝師雕刻。在鋸切的部 分主要是將作品不需要得地放進行切除，因此只要鋸切成大致上的外型即可。 (四)粗胚 粗胚製作是整個作品外形刻畫的基礎，此部分需要做的是將作品的層次、姿 勢以及比例先刻畫清楚，也就是把作品整體包括五官、姿態等等做一個初步的刻 畫，因此粗胚是初步形成作品整體輪廓的一個是相當重要的步驟。但粗胚不需刻 畫得太清處，主要是之後還需要進行細修及整體修整砂磨之用。 (五)細胚 細坯的步驟主要是將粗胚加以細緻化，先從整體比例調整開始，具體的將型 態逐步落實成形，作品此時的體態和線條已經開始明顯的出現，因此在雕刻時需 以較精細之雕刻刀審慎雕刻。此階段需要觀察木頭的紋理，並順著紋理進行雕刻， 並做出有規律的細微刮及削，使作品上表現出雕刻的刀痕之美。 (六)修光 此步驟作品已接近完成，作品的外形是否完美此階段的刻畫非常重要，適合 用平鑿刀或雕刻刀削去作品上多餘的木頭。運用精細雕刻及薄刀法修飾细坯中的 刀痕鑿垢，使作品表面细致完美並清楚的把作品意圖表現出来。 (七)打磨 作品在整體製作下來對於需要以光滑表現精細部位或紋路時，可運用粗細不

13

同木工砂紙進行磨光。通常是先運用粗砂紙漿表面磨平後，再運用細砂紙將作品

14 圖 2- 1 木雕製作流程圖 資料來源：本研究整理繪製

設計創意稿及模型塑造

選材(選擇形狀及大小)

畫線(勾勒輪廓)及鋸切

鑿粗胚

鑿細胚

修光

打磨

著光上色(視作品

需求)

15 三、傳統木雕的形式技法 所謂雕刻技法，就是指在木雕的創作中，木雕創作者對於形象和空間的一種 處理手法，其主要之意義在於體現出木頭上出現削減的雕與刻。傳統木雕的雕刻 技法，經過木雕師傅們長期的實踐、常識及探索，創造出了幾種可以充分表現出 被雕器物神韻之技法，以下將簡單介紹一些常用之技法: (一)陰刻 陰刻主要技法在於將木板的表面進行刨光後再開始雕鑿，主要是要把設計的 圖案表現出來，通常雕刻的深度不會超過五釐米，雕刻時以創意稿上繪製的線條 為界，不必將圖案以外的部分作雕刻的動作，之後依創意稿裡面的景物遠近及大 小，作層次的變化(萬煜瑤，2001)。另外若是陰刻的用法運用在文字及圖章的雕 刻上，就可以分成陰雕及陽雕兩種形式。陰刻主要是將作品刻凹，刻法是在木板 上將所要表現的圖形刻凹。而陽刻主要是將字體以外的部分刻凹，其做法則是將 字體保留下來，剩餘部分則全部剔除，使主題字樣突顯出來。陰陽刻也稱之為凹 凸雕，陰刻為凹雕、陽刻為凸雕(翁參隆，1993)。無論是陰刻或者是陽刻，都是 屬於傳統刻字的基本雕刻製做的方法，現代刻字不管對陰刻及陽刻線條的凹鑿以 及處理，都顯示出了刀痕的美感，把雕刻時的刀痕與木頭紋理的質感結合，清楚 地展現在作品之中(柳獻忠，2011)。 (二)浮雕 浮雕又稱之為剔地雕，是介於立體與平面之間，是一種木雕藝術手法的表現， 雕刻的技法特點在於圖案以外的部份進行清底的工作。浮雕通常都是將周圍圖案 以外的部分剃除，整個作品的表現形式類似繪畫。浮雕有兩種刻法，一種是將圖 案深度加深，再將主要圖案以半立體形象表現出來，稱之為半混雕刻法。另一種 則是將圖案以深淺不同的形式表現出來，使得圖案的起伏變化增加作品的效果，

16 稱之為浮雕刻法(柳獻忠，2011)。浮雕又因木材的厚度，可以區分為深浮雕以及 淺浮雕: 1.深浮雕:通常木料的厚度都在二吋以上，甚至於六吋，因為木料較厚，所以從圖 案的設計時就要考量到層次的問題，需要多而分明，在製作上往往利用空間上高 低起伏的處理方式造成空間的深度感以及視覺上的強烈衝擊，使的深浮雕有一種 特別的表現力及魅力。 2.淺浮雕:木料的使用厚度為二吋以下，圖案的雕刻不太需要鏤空的處理，其作品 充分的利用利用透視的表現效果，如同硬幣上的浮雕的形式，此法是雕刻中最難 的一種表現手法(萬煜瑤，2001)。 上述所探討之浮雕其所用之刀具與陰雕中凹雕略同，唯一不同的是在刀具的應用 上形式較多，而工具能否靈活的使用亦是設計時的考量因素之一(翁參隆， 1993)。 (三)透雕 透雕的形式屬於半立體造型，使用的技法及木頭材料並沒有厚度的考量(溫 知禮，2003)。透雕的特點就是將圖案以外的部分全部挖空，也就是做鏤空的處 理，透雕的作品在光影變化中會隨著光線而有所影響(萬煜瑤，2001)。透雕的技 法在距今五千年以前新石器時代晚期的陶器上已出現透雕圓孔作為裝飾，甚至到 了清朝時出現了鏤空套瓶等作品。透雕大致上可分為兩種表現手法，一種是在材 料上削去背後底板，有單、雙雕刻和薄厚之分，另一種是藉於半圓浮雕的高浮雕 和線浮雕與鏤空手法相結合，可表現出層次感和體積感(柳獻忠，2011)。透雕也 可分為陰透雕及陽透雕這兩種，陰透雕就是將圖案內的部份鋸掉，而陽透雕則是 把圖案外的部分鋸掉而留下圖案的部份，透雕的陰陽雕形式較其它浮雕的方式更 複雜且華麗(翁參隆，1993)。

17 (四)圓雕 圓雕可以稱為圓體雕，也可以稱為六面雕，外型上是以立體造型形式來表現。 圓雕的製作木料每面都可以進行雕刻的工作，除圖案為連續的圖案外，一邊刻一 邊劃為其特點(溫知禮，2003)。而前面所探討的雕刻方式其表現形式都是半面的， 只能從一個方向來看，而圓雕是藝術在雕刻品上的整體表現，可以從任何的角度 去觀看作品，雕刻時需要採用繪畫中的透視學和錯覺來表現(萬煜瑤，2001)。其 雕刻的步驟是(1)先對材料進行大概輪廓的雕刻(2)刻出輪廓的凹凸面(3)細雕出各 細紋小節來(翁參隆，1993)。由於圓雕表現之手法及其精煉，所以使用時要求高 度的概括及簡潔，因此若要將圓雕的特點表現出來，不能表現過於複雜之細節， 所以常常以寓意及象徵的手法及強烈、鮮明的形象表現深刻的主題(柳獻忠， 2011)。

第二節 傳統木雕產業發展與困境探討

一、傳統木雕產業發展 台灣傳統的木雕藝術，從明清的閩粵一脈傳承而來，歷經荷西、日本時代不 同文化融入，在眾多的文化交流之下，組成了台灣式多元文化的雕刻風格(羅聿 倫，2002)。而在台灣木雕近代發展的現況，從 1980 年代中期開始，因國內景氣 的提升使的消費能力也跟者提升，木雕的市場開始以國內為導向，更在 1982 年 後一些藝師開始經營店面，在此時國內尚未開放木雕藝品的進口加上國內對木雕 的需求量大，一時之間供不應求(彭映淳，2007)。但到了 1990 年後，產業陸續 外移大陸、越南設廠。由於大陸的工資較為低廉，使得台灣的木雕產業無法與大 陸競爭(取自彭映淳，2007)。且大量木雕藝品回銷台灣，進而影響到國內木雕產 業的生存。1992 年中期後，消費力開始提升，接著成立木雕藝術博物館，更開 始推廣台灣木雕的相關活動，將木雕產業轉型為商圈式，具多元化、全國化及國

18 際化(彭映淳，2007)。然而 1995 年後，大陸、東南亞國家的木雕大量進口至台 灣，嚴重影響原有的木雕產業生態，比起 1990 年市場更為開放的結果開放的結 果，造成許多販賣木雕藝品的店家都以進口品為主(周錦宏，2003)。而近年來業 界經營者主導買賣的運作模式掌控木雕藝品的來源也是木雕藝師所需面對的問 題。這使的雕刻師只有走向創作路線，或者尋找新的題材，不然就是順者木材的 特性而一直轉變(林大豐，2010)如何在木雕生態面臨內外部困境中尋求解決調整 並與業界經營者進行合作，則是現今必須面對及思考的問題。 二、傳統木雕產業困境 傳統木雕的發展淵遠流長，有悠久的歷史並且充分地展現出強烈的民族傳統 色彩，另一方面，傳統木雕也是結合了生活以及民俗，將木雕的藝術表現發揮到 極致，也就是說傳統工藝的發展與社會發展有著很密切的關係。然而在經歷過好 幾百年的社會變遷，傳統工藝在生態環境上面臨了重大變革，材料、工具的不斷 演變、傳承制度所面臨的困境以及製作方面的困境等等諸多因素，使得傳統的木 雕工藝面臨著重大的考驗 (鄭豐穗，2008)。因此本研究整理出在相關文獻中提 到認為相對較於重要之部分加以探討(鄭豐穗，2008；張壹順，2012)。 (一)師傳無人之困境: 在現今工業發展發達的社會上，民間技藝的傳承上都普遍出現師傳無人的窘 境，這也是一個存在於現今工藝從業者間共通的困境，連傳統木雕也不例外，這 是一項隱藏在背後的因素，不太會有人去察覺到，但是卻是個不可忽視的危機。 一些相關文獻都顯示在傳承制度上所面臨的困境，大致上可以簡單分成幾點探討。 第一點就是受到現今教育普及升學觀念的影響，以往學徒可能在國小或國中畢業 後就開始學藝，因此能夠較早熟悉及適應雕刻的作業，而在教育的普及之下，現 代的父母都希望子女接受高等教育，以保障將來的生活，也因此一般的升學路線

19 較受家長們的認同，以至於傳統工藝普遍面臨招收無人的狀況(鄭豐穗，2008)。 第二點是現代年輕人價值觀的問題，以往的觀念總是將艱苦的事情當作是一種磨 練，久而久之慢慢的累積經驗與知識直到出師，且在當時傳承仍為嚴謹，一般而 言至少要三年四個月才能出師若要精通大部分的雕刻則需更久的時間，反觀現代 凡事講求快速的年代，年輕學徒不是不耐辛苦而放棄，就是選擇以較短年限就可 出師的地方學藝，這樣磨練出來的工藝水準只能稱堪用，無法實質的去提升作品 的品質(張壹順，2012)。第三點則是因為現今台灣工資成本明顯偏高，相較於大 陸低廉的工資，導致產業慢慢移往大陸發展甚至將產品運回台灣販售，使得人們 對於木雕產業普遍有夕陽產業的印象，造成了沒有人願意在缺少前景的產業中工 作情形(江詩偉，2005；鄭豐穗，2008)。以上這些都是造成傳承制度的困難因素。 (二)製作上之困境: 從相關文獻(李志仁，2004；鄭豐穗，2008；張壹順，2012)裡的資料可以得 知，傳統木雕在製作過程上，可能會因為經驗、工具及時間上的壓力等，往往造 成其在製作上之困難。在經驗部分，傳統木雕最困難的部分就是經驗的累積，因 為木雕在雕刻時必須維持作品的完整性，經驗老到的藝師只要輕打粗胚便能略之 成品的樣貌，而現今青年大多不耐辛苦，學習時間過短，導致經驗的不足，往往 浪費整塊原木(張壹順，2012)。在工具應用上，因為現今科技的發達，在 3D 的 影像掃描出現後，使得任何人只要會運用機器，在收集一些藝品或神像作為模型 便可大量生產，在這種情形下往往會導致整個產業的價格被打亂，甚至導致一些 原創作者的心血及應得的權益就在這樣的過程中受損(鄭豐穗，2008)。至於在時 間上的壓力，往往也會造成其木雕品質上的問題，由於委託人與木雕師傅有金錢 及時間上的壓力，再加上有契約上的問題，導致師傅在製作時為了注重程序規範， 導致成品的品質可能略顯粗略，而產生製作上的問題 (李志仁，2004)。

20 (三)產業面臨之問題: 由於台灣近年來工資的提升，導致產業陸續的外移至大陸、越南設廠，並利 用當地人口優勢大量製造製作並回銷台灣或是一些業界的經營者為了投資報酬 得合理的利潤大量進口外來成品，導致市場價格受到嚴重的影響(羅聿倫，2002； 江詩偉，2005；林大豐，2010)。除了業界的經營者外，有些在地藝師也會被請 到大陸指導當地雕刻師，再加上大陸與台灣地緣的接近性，若需要什麼樣的作品 往往一張相片傳過去，當地師傅就可以製作出相似的樣子，或是往往市場上有些 藝品較受歡迎後，過不久就會有一堆進口的相同藝品在市場上流竄。當供過於求 會造成藝品價格開始下跌，但是這對於一些工資便宜的外來業者而言仍是有利的， 只是國內的木雕師傅的生存便受到了威脅，更造成了台灣木雕產業相當大的影響 (彭映淳，2007)。 從上述探討之傳統木雕之流程及困境後，可以發現到繼承制度上出現嚴重問 題，使人手不足，是導致整個傳統木雕產業面臨困境的一個部分，另外傳承制度 上的困境也衍伸出製作上的困境，導致整個傳統木雕在製作上受到經驗、工具以 及時間壓力上的困境，從相關資料(羅日生等人，2013)中也提到目前傳統工藝技 能的養成歷程艱辛，養成時間長，加諸新生代的特質因子等，導致人才招募培訓 困難，讓諸珍貴的民俗工藝日漸凋零甚且逐步失傳，引發文化的傳承失落的隱憂。 而在眾多文獻中發現運用 3D 數位技術輔助傳統工藝之研究是一潛在輔助此困境 解決的策略方法之ㄧ(林秉彰，2007；陳俊雄，2002；吳歲安，2004)。因此本研 究將以解決傳統木雕在製作上之困境為目標，在了解傳統木雕之流程、工法及困 境後，並對於 3D 數位整合技術進行深入探討，以利未來本研究對於 3D 數位整 合技術與傳統木雕進行製作流程上之整合，解決製作上之困境。

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第三節 數位化技術發展與應用探討

一、數位化技術發展與應用 2012 年英國《經濟學人》雜誌指出，人類社會已邁入《第三次工業革命》 時代，不同於十八世紀末以機器取代手工及廿世紀初強調大量生產的前二次工業 革命，第三次工業革命的關注焦點在於「製造數位化」，為傳統製造業的面貌和 生產方式帶來巨大改變。由此可知數位化技術已經是現在許多產業的發展應用的 趨勢之一。在 1950 和 1960 的工藝發展時期，產品自身的文化特色逐漸被國際化 的規格所取代(江韶瑩，1992)。也是在此時期工業設計順勢崛起，工程技術在藝 術的製作過程中扮演了重大的角色，擴大了素材和媒體，使得創作上有更大自由 的空間，而工藝形式、材料、技術的創作表現是現代工藝的一個趨勢(黃淑芬， 2004)。到了資訊科技迅速發展的現今，電腦科技及知識不斷的創新與累積，電 腦圖形相關的處理與設計之技術更有突破性的發展(吳歲安，2005)，在 1970 年 隨著 CAD 資訊科技的發展，使實際應用層面的發展上不斷擴展，更在 1980 年 代於國家電腦繪圖聯合會上所發表評估 CAD/CAM 系統的論文後，電腦繪圖技 術的發展，可說已相當成熟了(羅日生等人，2013)。而現今的 CAD 系統提供了 3D 模型的建構，因在設計過程中，導入產品創新的觀念與方法，能激發出更多、 更完整的創意。而一般的工程企業也因其相關的處理和設計技術的突破性發展而 朝向 CAD 軟體的應用(陳俊雄，2002)。相關文獻(吳俊延，1999)更指出，透過電 腦輔助設計的設計互動與創意形成，將產品創新策略的概念帶入，可以縮短設計 時程，達到更好品質與完整性。而數位技術也在新的行業及專業不斷的發展下， 進而拓展其應用面，包括了全球之機械、電子、建築、土木、營造、室內設計、 模具、汽車、工業工程、化工等產業都使用電腦輔助設計做為設計的輔助工具(吳 歲安，2005)。整個數位化技術發展至此，已是各行業公認設計應用的工具發展

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文 化 商品 設計 (Cultural Product Design) 及數 位化珠寶設計 (Computer Aided

Jewelry Design，簡稱 CAJD)等，等已被廣泛應用在實務產業(羅日生等人，2013)。 一般在產品開發的過程中，設計者往往都是以相同之 CAD 軟體在進行作業，

所以其格式都以自己系統相同之格式再轉換，而相同系統之設計者在檔案讀取時

很方便，但要採用相同系統之軟體是件困難的事情 (詹仲豪，2001；Benierea,

Subsola, Gesquiereb, Bretonc & Puecha, 2014)。因為很難有公司運用相同系統的方 式進行 CAD/CAM 的技術整合(Molinari, Megazzini & Bemporad, 1998)。因此如何

將 CAD/CAM 系統間的檔案格式進行完整的轉換是相當重要的。 張韶元(2000)在論文中提到，在 CAD/CAE/CAM 的環境下，產品由構思、 設計、製造組裝等，其所產生的資料格式也會不一樣，這進而造成彼此之間的轉 換困難，因此必須有一共通的資料模型來解決此一問題。劉建忠(1999)也在論文 中針對逆向工程的程序及工具做探討，將一般逆向工程所需系統架構做一個完整 的介紹，以及如何利用 CAD/CAM 軟體來建構 CAD 模型並進行輸出的動作。 二、3D 數位化整合科技系統 由上論述中可以得知不同系統間有相容性之問題。因此資料轉換是相當重要 的，目前工業上提供了三類資料轉換之方式 IGES、STEP 以及兩系統間直接的轉 換格式(白賢坤，2002)。而在資料的轉換中有兩點需要特別注意，就是資料如何 完整的被轉換成另外一個格式，以及接收端如何正確的辨識資料。目前一些軟體 業者如 CATIA、SolidWorks 等多會提供免費的轉換介面給使用者(詹仲豪，2001)。 而 3D 網格格式資料(STL)在快速成型的製作中也經常被使用到，以致現在有很 多 CAD 系統都以支援 STL 格式之輸出。目前市面上的 CAD 系統都可以進行資 料的點處理，其利用點所產生實體模型封閉曲線，之後將檔案轉換為 STL 檔格 式，即可輸出成型。此種方法是目前最普遍使用的方式，其優點是在建立 CAD 模型時，可以任意修改其外型之功能(許智超，2000)。

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因此本研究將運用圖 2-2 所示之數位化 3D 整合設計科技系統(Digitized

three-dimensional Integration of Design Technology，簡稱 DIDT)技術進行設計應用。 主要構成部分包含：電腦輔助設計 (Computer Aided Design，簡稱 CAD)、電腦

輔助製造 (Computer Aided Manufactory， 簡稱 CAM)及快速成形 RP(Rapid

Prototyping，簡稱 RP 或稱 Additive Manufacturing，簡稱 AM)、RE(Reverse

Engineering，簡稱 RE)及美國 SensAble Technologies 公司所開發的 FreeForm 數位 建模系統(modeling system)等系統。先將數位模型建製：分為正向建模與逆向建 模兩種形式，其中正向建模又區分為(1)利用灰階照片製作的數位浮雕模型；(2) 透過電腦輔助設計軟體，直接建製立體數位模型等兩種方式。第二種方式是逆向 掃瞄：透過儀器掃描擷取實體模型幾何資料，再轉換成立體數位模型。緊接下來 進行進階的模型修潤，可透過數位化修整模型系統或軟體的處理，例如：FreeForm、 ZBrush 軟體或系統等修潤或轉化設計，完成數位模型。最後透過電腦輔助製造 CAM 或快速模型 RP 製作，完成樣品製作。 圖 2- 2 DIDT 系統架構圖 資料來源：羅日生、賴奎榕、王錦雄 (2013)。數位化 3D 整合設計技術系統之應 用探究。 以下將透過此 DIDT 系統架構圖之正、逆向建模流程分別介紹組成此系統架 構之每個部份，包括電腦輔助設計、逆向掃描、進階修模及電腦輔助製造，透過 此系統架構圖能清楚了解整個 3D 數位化技術的整合過程:

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(一)電腦輔助設計

電腦輔助設計(Computer Aided Design，CAD)與電腦圖學(Computer Graphics，

CG)技術都是發展於美國，而 CAD 技術則是在 1962 年，由學者 Ivan.E 在 MIT 攻 讀博士之論文中首先被提出，這促使 CAD 技術成為人類社會中極重要的新領域 (羅日生等人，2013)，而在 1979 年麻省理工學院召開史上第一次的電腦輔助及 製造系統之會議上，CAD 和 CAM 的整合就進入新的紀元。在 1980 年傑森(S.H. Chases)和道爾第一次在美國『國家電腦繪圖聯合會』上，發表 CAD/CAM 系統 的論文後。電腦輔助技術的發展，至此可說已相當成熟了(吳歲安，2004)。 現今電腦軟體功能有各家廠商研發日漸發展增加，應用電腦科技來輔助產品 設計是設計師與業界注重且投入的方向，藉此可滿足消費市場的快速變遷、提升 設計效率及品質。如能有效地應用 CAD 軟體於產品設計上，不僅能增加創造力

及表現能力、提升溝通之質與量(鄭宇杰，2002；Robertson & Radcliffe, 2009)。

對於流程也有許多助益，其可減少繪圖時間、縮短開發時程、降低生產成本提高

產物品質(Bodeina, Roseb & Caillaudb, 2014)，不必擔心原創設計師的理念會由於

作業工具電腦化而有所改變，選擇出適宜的 CAD 軟體，甚至能幫助提高創意發

揮，提升更高效率(陳柏瑞，2005)。在目前業界使用的電腦輔助設計軟體約略可

歸類為三類：全參數軟體，如 CREO (原 Pro / Engineer)、SolidWorks；參變數混

合軟體，如 NXT(原 Unigraphics )、Catia 及自由曲面軟體，如：Alias、CDRS 等

(羅承軒，2005)。三類各有其特性，在功能與價格上亦有不同的程度區隔(羅逸文， 2012)。CAD 軟體應用於設計流程引起很大的震撼。藉由電腦高速及精確的運算 速度，提升 3D 模型的建構速度，甚至未來可能有更多的設計工作會被其取代， 例如傳統的手繪精描(Rendering)、精緻草模等複雜的設計過程(吳田瑜，2001)。 綜合上述，電腦輔助設計已呈多樣化的發展，這些電腦輔助設計軟體使得工 業設計及其它相關設計，能更快速更清楚的表達設計構想及開發產品(Mustaamal,

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這不僅可以節省產品開發的時間，還可以提高產品質量(Diwakarana & Johnsonb,

2012)。由此可知 CAD 軟體已是現在產品設計的新趨勢。 (二)逆向工程技術 逆向工程(Reversed Engineering，RE)最初的構想是源自於設計汽車的油士模 型到實體產品的一個轉化之過程。而隨著數位技術的發展，在產品逐漸多元化的 今日，逆向工程技術運用在產品開發流程上已經是不可或缺的一環。逆向工程最 重要的就是精準地測量點資料，以提供後續產品設計時的參數化變更及創新(許 調明，2006)。逆向工程又可以稱之為反向工程，其顧名思義就是正向工程的反

意(黃睿，2003; Bruneliere, Cabot, Dupe & Madiot, 2014)。而正向工程就是在產品

開發上，先完成概念設計圖後再經由 CAD 軟體進行數位化幾何模型的建構，其

過程中不斷分析及修改數位模型直至結果合乎要求，再以 CAM 或是 RP 技術製

作出立體模型的整個過程(林秉彰，2007)(圖 2-3)。但是正向工程不適用所有產

品的建置，尤其是複雜的藝術品等或是以自由曲面為主的產品(Wang, Gub, Yuc,

Tana & Zhoua, 2012)。為了解決正向建模此種困境，因此使用逆向建模之方式來 建置模型(賴朝鍵，2002; Beniere, Subsol, Gesquiere, Breton & Puech, 2013)。而逆

向工程主要是由量測儀器去測量實物之成品，進而產生出物件的曲線、曲面等點

之資料(Paulic, Irgolic, Balic, Cus, Cupar, Brajlih & Drstvensek, 2014)，一旦資料經

過重建後就可以加以變更及創新。也就是說它需要先有產品或者是樣品，而非從 工程設計圖上產生，例如手機外殼、玩具公仔及鞋子等實體成品(許耀仁，2002)， 之後運用量測系統量測後產生數位檔，用專業的處理系統 CAD/CAM 做數位檔 的修改或創新，在進入快速成形系統或是電腦數值控制工具機做生產加工之動作 (練崇智，2011)(圖 2-4)。使用逆向工程的原理或者是系統，設計者可以得到一 個不再由傳統藍圖製造的 CAD 模型。而是由實物模型透過掃描獲得數位檔，並 應用 CAD 軟體重建，進而複製出另一原形建(Fudos，2006)。逆向工程現今的應

26 用領域相當的廣泛，下列簡單介紹其所應用之領域: 1.CAD/CAM:利用測量儀器取得模型之點資料，再進行模型修改及更新，最後將 檔案轉至 RP 機器製作快速原形，其整個過程就是 3D 模型的複製(徐永昌， 2007)。 2.醫療工程: (1)專用鞋墊製作:因腳底壓力的分佈會影響到人體之健康，因此可以透過人因工 程並結合逆向工程及壓力測量，可使腳底壓力分佈符合生物力學(陳俊雄， 2002)。 (2)齒模製作:藉由電腦斷層掃瞄及逆向工程，可以建立 CAD 模型，之後再以 RP 製作出齒模(賴朝鍵，2002)。 (3)藝術品修復:複製、重建古代文物或修補破損之藝術品(MBA 智庫百科，2013)。 逆向工程在技術上的應用，大略可以分成兩大方向去使用，首先是精度的要求較 為寬鬆之應用如工藝創作藝術、珠寶設計等原形複製品或者是地貌 3D 掃描之應 用。另一方面為工業上精密之元件的專業使用(羅日生，2013)。而逆向工程常見 的掃描類型有:探針接觸式、光柵照相式、雷射光、紅外線、藍光及非可見光式 等，本身都各有其優勢與限制(鄭銘凱，2010)。 綜合上述相關文獻可以得知，逆向工程可以克服原先在模形建構設計上碰到 複雜的藝術品等或是以自由曲面為主的產品之困境，產品整體的製作時間且變更 與創新都很容易，也可降低生產之成本，也因此對於現代企業界提升其競爭力有 很大的幫助，又或者是運用在傳統產業上也是有相當的助益。 圖 2- 3 正向工程 資料來源: 黃睿 (2003)。發展一套具正、逆向工程及網路功能之電腦輔助幾何設 設計 CAD CAM /RP 檢驗 製造

27 計軟體。 圖 2- 4 逆向工程 資料來源:黃睿 (2003)。發展一套具正、逆向工程及網路功能之電腦輔助幾何設 計軟體。 (三)進階模型修潤 隨著電腦技術以及設計軟體的快速發展，CAD 電腦輔助數計之軟體的應用 也是越來越普及，目前由電腦輔助設計和快速成型技術所開發的產品越來越多 (羅日生等人，2013)。但是碰到具有複雜幾何形狀的產品，如汽車車身，螺旋槳 和渦輪葉片等自由曲面之產品，往往很難單純應用 CAD 軟體去製做。如何有效

地運用軟體去設計自由曲面是電腦輔助設計的一個重要的問題(Zhang & Leu，

2009)。而早期難度高及價格昂貴且少見的高階複雜曲面雕塑的軟體，也因現今 市場的活絡，再加上其功能越來越強大，樣式也漸趨繁多，所以逐漸也運用到了

產品及造型設計上。數位雕塑系統從高難度的立體塑像公仔製作、鞋模、齒模等

設計應用，甚至是應用到法醫、考古及藝術創作等造型重塑或創新上，其已被廣

泛之應用。此類雕塑式軟體系統中開發最早且歷史悠久，知名度高的軟體

FreeForm 是由美國的 SensAble Technologies 公司所開發完成的數位建模系統

(modeling system)，SensAble Technologies 公司將 3D Touch 的技術應用到桌上型 電腦，使得電腦的介面起了革命性的改變(吳咸增，2004)，其對於立體雕塑創作 或重建方面之應用功能強大，透過特有的力回饋雕刻筆裝置，讓操作者可以直接 模型 CAD 模 型重建 CAM /RP 比對 分析 製造 物體 量測 資料 處理

28 進行虛擬塑形、雕刻、觸摸、合成等應用，直覺與自由地進行立設計創作。隨著 科技與軟體開發的高速發展，CAD 的應用也越來越普及，已深植各行各業，也 因市場需求活絡，使得軟體功能越來越強大，款式也越來越多(羅日生等人，2013)。 在 FreeForm 介面上建模，就像是在刻實體一樣真實，且可以快速變更設計模型， 讓使用者可以自由的創作。而 freeform 所使用的 3D 力回饋系統是由三種元件所

組成，分別是 PHANTOM、3D Touch 及 GHOST 所組成(林秉彰，2007)。PHANTOM

硬體之介面，它能提供精確的座標和具有高度真實的力回饋，使用者可以透過雕 塑比體驗到真實觸覺的感覺。3D Touch 是直接使用了精確的數位資料提供了接 觸的感覺且使用者可以透過這項技術體驗到連續、雙向的互動。這項技術可以減 少使用者學習的時間，因為觸覺原本就是感覺的一種，因此可以藉由 3D Touch 的技術去完成模型之修改。GHOST 的原理就像觸覺引擎一般，可以做出複雜的 計算並能夠處理簡單的高階觸覺運算。於產品開發部份上，運用鍵盤或滑鼠來進 行 CAD/CAM 之模型製造，除了因為關鍵性工業造型的變更設計非常困難外， 也可能因為所要設計之曲面非常困難，無法全部應用 CAD 軟體製造，FreeForm 系統基於虛擬黏土，製做過程模擬真實雕刻過程，加上有曲面造型模塊，因此可 以在製作上滿足精確的工業產品造型之需求。利用 3D Touch 的技術，設計師能 快速且以觸覺式的方式去製做產品，FreeForm 不像其它 3D 軟體一樣，需要運用 數個月左右的時間才能去精通操作之方式，此外 FreeForm 最大的優勢在於有良 好的人機互動，這是傳統造型設計軟體所沒有的功能。另外它也彌補了 2D 繪圖 與 3D 產品設計的鴻溝，綜觀上述其優點可以歸納出包括縮短產品開發的時間、 容易察覺到設計上的問題以及容易上手等等。而目前 3D Touch 技術於 CAD/CAM 的應用方式包括了工業設計、虛擬模型製做、裝配模擬等等(馬路科技，2013)。 FreeForm 數位建模系統是雕塑式 CAID 系統中最典型的一個代表，設計師 透過虛擬雕刻筆的操作，直接進行虛擬塑形、雕刻等工法。其中 3D Touch 技術， 開創了能夠將個人創意、靈感及欲表達之意圖直接表現在數位資料上之新境界。

29 透過這套系統獨特之數位工具可感受到與真實黏土捏塑出來一般的感覺，讓使用 者可以直接運用此軟體自由的設計及塑造模型(蔡明錡，2000)。之後應用 RP 輸 出產生模型，若在製作上有失誤也可運用還原漸恢復之前的狀態，讓使用者可以 盡情發揮創意。而且在不需要花長時間練習及熟悉的情況下，應用鏡射的原理， 也可以讓製作時間縮短，並達到理想的效果。 FreeForm 觸覺式設計系統之應用範圍相當廣泛，包刮電腦動畫、鞋業、玩具產 業、醫學應用及藝術品等等，其主要是直接應用產品的造型設計上面(羅日生等 人，2013)。其應用範圍包刮產品之開發與更新以及電腦動畫的部份。 1.產品開發部份:運用鍵盤或滑鼠來進行 CAD/CAM 之模型製造，除了因為關鍵 性工業造型的變更設計非常困難外，也可能因為所要設計之曲面非常困難，無法 全部應用 CAD 軟體製造。FreeForm 系統基於虛擬黏土，製做過程模擬真實雕刻 過程，加上有曲面造型模塊，因此可以在製作上滿足精確的工業產品造型之需求 (吳咸增，2004)。FreeForm 是虛擬原型的一種建構形式，其具有獨特的快速變更 設計之優點，不必建構 3D 圖檔，便可以依設計者的想法自由的創作，不會限制 其創造力及想像力(梁榮進，2005)。綜觀上述其優點可以歸納出包括縮短產品開 發的時間、容易察覺到設計上的問題以及容易上手等等。而目前 3D Touch 技術 於 CAD/CAM 的應用方式包括了工業設計、數位模型製做等等。 2.動畫部份:3D 電腦動畫的製作上，往往使用滑鼠、鍵盤或數位板，但這在沒受 過專業訓練又或者是沒有長時間訓練的情形下，是困難且浪費時間的，在過去對 於電腦動畫的動作編輯、模型製作等都缺乏一個簡單的方法(林秉彰，2007)。使 用 GHOST 軟體開發套件之後，動畫公司可以使用 3D Touch 的技術來加強應用 軟體，以改善生產力和動畫處理流程。此種方法將可以讓使用者創造出理想的模 型，運用這種方式，可以縮短軟體的學習時間、動畫模型發展的時程以及增加真 實性及創意性(馬路科技，2013)。

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(四)電腦輔助製造

一般常見的模型製作方式，大致上可以分為三類:移除式、增加式與成型式。

移除式即是減法加工方法，利用一般傳統加工之車、銑、鉋等方式或者是運用非

傳統加工之電腦數值控制(Computer Numerical Control，簡稱 CNC)及 CAM 等方

式，也就是利用電腦輔助製造之方式，直接或間接運用電腦介面與電腦數值控制

機械連線(Fang Li, Huang, Lai & Zheng, 2010)，進行加工規劃即刀具路徑產生與

編輯與管理等工作(Suresh, Khan & Regalla, 2013)，將原料進行除料加工之方法

(闞凱宇，2012)。 而成形加工的方法就是利用模具或機械的力量作用在加工的材料上，使之成 形的一種方法，如射出成型、鍛造及彎曲成形等方式(王信雄，2008)。 增加式的加工方法和移除式的加工方法其製程式正好相反的，也可稱為加料製程 技術、層加工技術或實體自由成型技術，依照需要成形的地方透過硬化或膠合方 式逐層堆疊加工複雜的 3D 模型，快速成形(Rapid Prototyping，簡稱 RP)的技術 就是使用增加式加工製成的概念發展出來的。RP 快速成型技術於 80 年代即已發

展出來的技術，並已用於不同用途之工業應用(Bagaria, Deshpande, Rasalkar,

Kuthe & Paunipagar, 2011)，目前已被廣泛的應用於汽車、航太、醫學、消費性產 品、珠寶飾品、藝術、人文地圖、教育及軍事等領域。隨著技術不斷創新，精度

的提升，價格也趨於平民化，已成為設計開發的基本設備。RP 在輸出方面，若

要輸出成實體模型，其所需要之檔案格式為 STL(Stereo Lithograph)三角網格檔

(Raju, Shekar, Venkateswarlu, & Drakashayani, 2014)，通常在輸出的過程中，其速 度的快慢是受到 3D 模型的網格數量以及硬體設施的影響，因此可以清楚明白網

格數目的多寡，容易影響快速成型機的塑模效率(湯景順，2006)。一般成形所使

用的材料，通常分成粉末、液態樹脂、固體材料三類，各有不同之應用領域。粉

末製成是目前最被看好的技術之一，因為任何可製成粉末的材料均可用這種方式

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雷射熔化及 3D 列印等等(Kumar, & Kruth, 2010; Jin, Lia, Tsaib & Wangc, 2011)。由

於 RP 可以製作金屬或陶瓷工件，利用此種特性應用在模具翻製量產成品，延伸 了快速原型的應用領域。另外快速成型技術其加工之方法可依所使用能量之差異 區分成光照射成型加工法、粘合成型加工法及複合式成型加工法(羅逸文，2012)。 若是依材料成型過程的變化做分類，則分成液態法(液態原料直接轉換為固態原 型)、粉末法(粉狀原料直接經雷射燒結或黏結劑結合為固態原型)及固態法(固態 紙、金屬等薄片材料，直接經雷射切割結合原型)三種方法(林秉彰，2007)。 綜合上述及相關文獻之探討，大致將 RP 快速成型的特點分為下列幾項：(1) 不受幾何或較為複雜之形狀的限制，也就是容易成形。(2)加工前的設定簡單， 製作過程完全自動化。(3)基本上沒有加工時的噪音、震動，也無大量切屑。在 現今技術、精度不斷提升，價格也逐漸降低的情況下，RP 成型技術已逐漸成為 設計開發的基本設備，在產品的設計過程中透過 RP 快速加工製造實際樣本，可 增加確認產品構想評估的程序與效率。 從上述相關探討中也可以清楚了解，傳統木雕的製作流程、使用的技法及其 面臨之困境以及 3D 數位化整合科技支流程與運用，並可嘗試以部分的 3D 數位 化整合科技取代傳統木雕其人力短缺之部分，同時可將雕刻時程縮至最短，讓設 計案件獲得最大效益。且從相關文獻(林秉彰，2007；陳俊雄，2002；吳歲安， 2004)中可以發現現代 3D 數位化技術融入傳統工藝之可行性。因此本研究主要從 實務上探究傳統木雕的設計困境，並探究以數位化整合設計的策略與方法，期望 能提供傳統木雕設計困境的應用參考。

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第三章 研究設計與方法

本章節將分成三個小節作探討，第一節將研究架構與流程做一個探討，第二 節將針對研究方法進行製作及了解並擬定訪談之對象，第三節主要針對研究工具 進行介紹。

第一節 研究架構與流程

本研究於研究主題確認後先確立研究目的以及動機，並進行相關的文獻蒐集、 探討及分析。本研究主要分成兩部分進行文獻之探討，第一部分主要是以傳統木 雕為主，首先針對雕塑做一個初步的定義及探討，接著針對本研究之主要研究之 傳統木雕進行製作流程及雕塑技法之探討，最後對於傳統木雕近年來所面對之困 境加以探討及分析。第二部分則是以 3D 數位化整合科技做相關之探討，對於電 腦輔助設計、數位雕塑系統、逆向工程技術及電腦輔助製造加以了解，針對 3D 數位化整合科技運用範圍以及其功能以及相關步驟及製作流程做進一步的探討 以了解 3D 數位化整合科技應用製傳統木雕之可行性。從相關文獻的探討與分析 後進行訪談內容之形成，內容主要針對傳統木雕產業之製作過程、技法、產業困 境以及對於數位化技術應用的看法去進行訪談，接著對訪談內容進行了解並分析 數位化技術可輔助傳統木雕產業之方向。在實際案例的製作部分本研究依照傳統 木雕書籍案例進行實作，運用 3D 數位化整合科技採用正向建模之製作，從 2D 草圖至 3D 模型修模之過程並比對數位雕塑與傳統木雕進行情形，並拓展到衍生 應用之探討。進一步的強化數位化的優勢以及對傳統木雕產業產生創新產值提升 其效益。

34 圖 3- 1 研究架構流程圖 資料來源:本研究繪製 研究背景與動機 研究範圍確立 研究目的 相關文獻探討 傳統雕塑 3D 數位化整 合科技 雕塑的定義與探討 傳統木雕製作過程 木雕技法探討 困境之探討 電腦輔助設計 逆向工程技術 進階修模 電腦輔助製造 資料整合分析 擬定訪談架構 進行訪談 訪談結果分析與探討 建構數位化流程模式 傳統與數位化流程模 式比較與探討 結論與未來後續研究

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第二節 研究方法與對象

一、研究方法 本研究使用文獻內容探討法對於傳統雕塑及木雕作探討，了解雕塑定義、種 類並針對木雕的製作流程、技法形式及所面臨之困境進行深入探討。對數位化立 體整合設計技術之相關資料及文獻加以整理，進一步對於 3D 數位化技術的種類、 流程及技術作探討。將所收集之文獻資料整理分析，並根據相關文獻對於研究目 的與問題設計出訪談大綱及題目。先透過訪談了解傳統木雕在發展上的困境以及 其製作的技法流程，深入了解現今傳統木雕產業所面臨實質製作的相關問題，接 著以傳統木雕製作中所展現的技法形式嘗試透過數位化的製作方式呈現並做出 實品與藝師進行探討並了解兩種技術之優缺點及如何發展出互補之關係。，透過 傳統木雕工藝及數位化立體整合設計技術之流程、技巧的比較分析以及藝師對於 數位化技術製作的看法及建議，之後以運用數位化技術製作成品的流程方式與傳 統製作方式進行分析及比較以及與訪談資料進行檢核，再以一個透過數位化前端 加工製作，再以藝師進行細部雕刻製作的方式與藝師進行討論及修改。最後透過 數位化技術應用於傳統木雕製作的方式作，提供傳統木雕與數位化製作的一套概 念性架構整合方式。 二、研究對象 本研究主要訪談對象為台灣在地之木雕師傅(屏東/彰化/三義)，皆為現今持 續創作中的傳統藝術雕刻藝師。其訪談之內容在了解傳統木雕製作流程與技法以 及 3D 數位化整合科技應用於傳統木雕之可行性。訪談之方式以面對面訪談為主， 由於訪談之部分內容牽涉到藝師的設計及製作流程，為了保密起見將不把受訪者 之姓名及產業上相關資料列入文中，僅對於個人性別、職業、受訪日期、時數以 及人數予以說明，詳細請參考表 3-1 個人基本資料:

36 表 3- 1 個人基本資料 受訪者基本資料 受訪人數 代號 性別 職稱 受訪日期 受訪時數(分鐘) A 男 木雕藝師 2014/5/3 90 1 B 男 木雕藝師/大學教授 2014/5/9 30 1 C 男 木雕藝師 2014/5/10 60 1

第三節 研究工具

一、訪談大綱： 本研究運用文獻內容探討法先對於傳統雕塑做一個初步得了解，並針對傳統 木雕之製作流程、雕塑技法及產業困境做一較詳細之探討。而在 3D 數位化整合 科技部分針對電腦輔助設計、電腦輔助製造、逆向工程技術及 FreeForm 進行探 討，之後將兩部分進行整合分析並作為訪談之架構將訪談之內容逐步成形，最後 在經過與相關資料的比對分析以及指導教授的討論修改相關問題及說明，形成正 式訪談之內容，期能借助專家訪談的方式，來導正本研究的進行。依據研究流程 與架構部分，訪談的目的在於獲得木雕產業製作流程、產業困境及對於 3D 數位 化整合科技應用於傳統產業乃至於木雕產業之看法。因此本研究參考溫知禮 (2003)、黃志龍(2005)、蕭志青(2008)、陳書惠(2011)、張壹順(2012)等人之木雕 訪談架構做為參考，並對於產業困境及將以 3D 數位化整合科技之應用做為整個 專訪的基礎製作出專家訪談之訪談大綱(相關訪談題目請參照附錄一)。 二、建模工具介紹 本研究運用 DIDT 數位化 3D 整合設計科技系統之技術進行設計應用。DIDT 主要構成包含：CAD 電腦輔助設計、CAM 電腦輔助製造及 AM 快速積層技術、

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RE 逆向掃描及美國 SensAble Technologies 公司所開發的高階虛擬雕塑 FreeForm 數位建模系統等次系統。木雕部分的實體輸出製作，將以圖 3-2 的 Roland MDX

40A 小型雕刻/掃描兩用機為工具(包含第四軸旋轉軸)，CAM 軟體為隨機所附的

SRP Player 軟體，加工材料為代木。

圖 3- 2 Roland MDX 40A 之 CAM 加工流程