圖為某地區3D地形圖俯視近景 記者羅嫣攝
蘭州軍區某測繪信息中心利用3D列印技術成功列印出我國第一幅3D地形圖的消息日前在《人民日報》、央視《新聞聯播》等媒體刊(播)發後，很快被全國上百家報刊、網站轉載，受到讀者的廣泛關注和好評。但不少人隨之也產生疑問：如此先進的技術是如何應用到地形圖製作領域的？這項成果的背後還有哪些大家未知的故事？近日，記者帶著這些疑問來到某測繪信息中心，對我國第一幅3D地形圖誕生的始末進行了探訪。
大膽的設想
上級首長的戰略思維和前沿眼光，也來之於測繪信息中心主任王明孝的大膽設想和解決部隊戰鬥力保障需求的責任擔當。王明孝曾帶領中心的科研團隊成功進行青藏數位化鐵路測繪、怒江大型水電站測繪、酒泉風電測繪等多項國家重點工程建設任務。
早在2012年，王明孝就對國際上流行的3D列印技術十分關注，經常查詢這方面的信息。直到有一天，王明孝提出：「美國人能用3D技術列印出世界上第一輛3D汽車，英國人能列印出飛機，蘇格蘭人能列印出人造肝臟組織。我們能不能嘗試一下，用這項技術列印出3D地形圖來？」
聽到這個想法，中心總工程師董北平、業務處處長劉興科及高級工程師梁紅、段耀峰當時都很吃驚。他們多年從事手工軍事沙盤製作，其間的艱辛體會最深，如能運用3D列印技術製作出3D地形圖，那將是對手工製作沙盤最大的「解放」，大家自然贊同。但他們更清楚，這不是一項普通的科研項目，研製難度之大令人生畏。3D列印技術是世界級先進技術，一直為西方發達國家所掌握，中心的同志連3D印表機見都沒見過，況且地形圖的生產對測繪數據的要求非常之高，「想想都很難」。
「越難越要攻關，因為戰鬥力建設的難題就是科研的課題。」在中心的一次黨委會上，王明孝正式說出他的想法。他認為，3D列印技術可直接根據計算機圖形數據，生成三維地形模型，不僅提高了材料利用率，還可以在短時間內製造出精細的產品，此項技術應用到軍事測繪領域，將是地形圖製作的創舉，也是大勢所趨。另外，中心擁有戰區最全面最精確的測繪信息數據，將這些數據信息轉換為3D印表機的指令程序數據，從理論上說是可行的。他的意見得到了中心上級多部門全力支持。最終，中心黨委經過研究討論後形成思路：這是一項保障戰鬥力的重要課題，如能成功，功莫大焉。
非凡的魄力
自此，中心向42家與中心有技術合作的單位，廣發「英雄帖」，四處訪能求賢，尋求科技和人才力量支持。中心還給課題小組人員布置了這樣的「作業」：搜集所有能查閱到的關於3D列印技術的資料；聯繫自己能聯絡到的所有與3D列印技術有關的人，包括親戚、朋友、同學、戰友，加強與他們的技術交流；利用一切出差、學習、培訓機會，到相關科研單位和廠家參觀學習。為完成這樣的「作業」，科技人員整天忙得不亦樂乎，有的將網際網路上的資料下了一大堆，有的抱著電話一打就是幾個小時。他們與多家科研院所的專家教授取得聯繫，先後有10多人次到北京、上海、深圳等地的相關公司、廠家進行技術考察。
3D列印概念風靡全球，有專家預言：它將推動第三次工業革命，並深刻改變人類文明的發展走向。幾番尋覓，一臺新型3D印表機進入視野，但不菲的價格卻讓大家心裡不由得抽起冷氣。「要捨得在戰鬥力建設上投入」，中心政委許仕敏堅定地說。很快，中心購買了兩臺不同類型的3D列印設備。這支被表彰為第四屆全軍科技創新群體的團隊，以非凡的魄力，又開始了新一輪的數字攻關。
卓越的攻關
中心率先引進兩臺3D印表機用作分析研究，幾天過後，兩眼熬出血絲的技術人員，卻如同被潑了一盆冷水——原材料價格昂貴、數字建模複雜和耐久性欠缺，是3D列印無法普及的三大「頑疾」。尤其是每千克數千元的專用列印材料，讓大家不敢輕易「列印」。3D印表機使用的材料只限石膏、樹脂、塑料和金屬粉末等幾種，哪樣都價格不菲。如此昂貴的材料成本，即使生產出3D地形圖，也無法規模化生產，何談用於實戰？究竟用什麼材料既節約成本，又有耐久性，成為大家心頭的難題。
有一天，中心地圖供應隊上報的一份銷毀廢舊地圖的請示呈在王明孝案頭時，他的眼前突然一亮：方法有了。國產地圖一般都用高級膠版印刷紙印刷，具有良好的抗水性、耐折性和可書寫性。庫房裡大量的廢舊地圖需要銷毀，是一項耗時費力的工程。如果嘗試著用地圖紙作列印材料，列印出立體的3D地形圖，既節約成本，環保低碳，還能給廢舊地圖銷毀找到一條出路，豈不是一舉三得的好事？於是，科技人員推開了攻關路上的一個個「攔路虎」：處理廢舊地圖紙，去靜電、除塵、用射線照射破壞表面分子結構，使列印油墨能夠充分滲透，成為3D列印原材料；研究專用膠水，解決地圖紙粘合的難題。地圖紙纖維素含量高，普通膠水粘合效果不理想，且容易使紙張發生褶皺、破損，影響層疊效果；而粘性大的膠水，腐蝕性太強無法通過管道。技術人員反覆試驗，成功研製出粘合度高、抗凍性強、成本低廉的專用樹脂環保膠水；進行色彩對比，紋理數據處理；編寫建模程序，從軍用地形圖數據中，提取出所需的數據，利用高解析度影像和綜合算法處理，生成三維地形模型；利用自主研發的多套軟體，將紋理數據貼合到三維地形模型，修復裂縫網格錯誤，轉換數據格式，給地形模型蓋上一張與實地一致的「被子」，讓3D印表機可以直接列印。
幾個月來，他們披星戴月，一系列難題迎刃而解。2013年11月20日，我國第一幅應用3D列印技術研製的3D地形圖——《蘭州市區三維(3D)地形圖》成功誕生。看到彩色地形圖質地堅韌，地形地貌一目了然，一位高級指揮員禁不住讚嘆：「如臨其境，溝壑山川盡在方寸之間。」
艱辛的付出
2013年11月，為解決3D印表機列印大幅面、需拼接地形圖時出現的紋理不清、套合不準確等問題，中心科研人員幾乎天天吃住在用廢舊庫房改造的實驗室。天氣寒冷，實驗室內的氣溫下降到零度以下。為了攻克這一難題，大家咬牙堅持，有時，為弄準一個數據，一個符號，科技人員要反覆研究論證幾十遍、上百遍。在科研項目進入攻堅期，他們發現現有的資料不夠，就把人員分成兩組：一組上網查詢資料、求助專家、檢驗算法，另一組對收集到的資料、方法進行試驗。
「人可以休息，印表機不能停。」為落實中心領導的指示，馬年春節期間，應急保障隊隊長馮海東帶領王劍、付鵬，肩負起前期數據轉換處理的任務。由於需要處理的圖幅多，數據量大，馮海東每晚都要加班到第二天凌晨3點才回家。付鵬還主動與未婚妻商量，將原本定於去年十一長假期間的婚禮一推再推，一直推遲到11月底，將寶貴的時間用於項目研發。大家看到，結婚前的那天中午，作為新郎官的付鵬還在單位加班。蜜月裡，他又一次接到中心臨時通知，緊急趕了回來，和其他戰友一起進行技術升級改造。
在不久前舉行的科研鑑定會上，由中心生產的我國第一幅3D地形圖受到鑑定委員會的一致好評，認為總體技術達到國際先進水平，並取得6項國家發明專利。全國製圖學與地理信息系統的泰鬥、中國工程院院士王家耀教授介紹「這個成果的研製，是地圖學的一個重大突破，在地圖印刷史上具有劃時代的意義，結束了沒有紙質立體地形圖的歷史。」(通訊員 楊忠傑 記者 羅嫣)