秦始皇的嬪妃和兒子（疑似）,、唐高祖李淵五世孫女李倕,，還有距今五萬年的柳江人等，這些古人的面貌是如何復(fù)原的,？
秦俑坑的兵馬俑基本都是由考古發(fā)掘現(xiàn)場的碎片拼對而成,，手工拼對不僅非常耗費(fèi)時(shí)間，一旦拼錯(cuò)還可能造成差錯(cuò)的累積效應(yīng),，怎樣才能更好地解決這些問題,？
西北大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)利用自己研制的掃描設(shè)備和文化遺產(chǎn)數(shù)字化復(fù)原技術(shù)，不僅解決了古人顱面相貌復(fù)原,、破碎文物虛擬復(fù)原等問題,，還在考古發(fā)掘現(xiàn)場大遺址掃描基礎(chǔ)上發(fā)展出了大遺址虛擬復(fù)原技術(shù)，以及數(shù)字博物館,、碗形巨幕歷史場景立體化呈現(xiàn)等文博展示新技術(shù),，讓文物在數(shù)字化技術(shù)加持下真正活起來。
三維掃描設(shè)備解決文化遺產(chǎn)數(shù)字化問題
10月14日,，帶著好奇心,，記者來到西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“西北大學(xué)文化遺產(chǎn)數(shù)字化國家地方聯(lián)合工程研究中心”,。
中國虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟（中國虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)學(xué)研研發(fā)平臺(tái)）理事長,、西北大學(xué)陜西省千人特聘專家周明全教授介紹，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化就必須要對文物或遺址進(jìn)行數(shù)字化掃描采集,。三維激光掃描儀最初是用于刑事案件偵破的,，以前在案件偵破中，需要根據(jù)受害者顱骨形態(tài)采用類似雕塑的形式來復(fù)原其生前面貌以確定身份,，但這種形式的復(fù)原結(jié)果受雕塑者的主觀影響較大,。通過激光三維掃描，首先可以把顱骨精準(zhǔn)地?cái)?shù)字化到計(jì)算機(jī)里,，實(shí)現(xiàn)三維建模,，然后再在計(jì)算機(jī)里“長出”這個(gè)人的面皮來，這便是軟組織的復(fù)原,。
周明全教授說：“一個(gè)人的長相首先是由顱骨決定的,，顱骨在18歲就基本定型。人的面部有變的地方,，但眼角,、鼻子中線等部位是不會(huì)變的，只要顱骨和眼睛重合，基本就可以確定一個(gè)人,。除了顱骨,，影響人相貌的就是軟組織。而影響人臉軟組織的因素,，首先是年齡,，不同年齡段面部脂肪和軟組織分布特點(diǎn)不一樣；其次是營養(yǎng)狀況,，即胖與瘦的不同,。”
從1996年開始,，周明全,、耿國華兩位教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)建立起了“中國人顱面數(shù)據(jù)庫”（主要是蒙古人種，即黃種人）,，收集了2000多例現(xiàn)代人顱面數(shù)據(jù)信息,，從20歲到70多歲，這不僅開創(chuàng)了該領(lǐng)域的國內(nèi)先河,，更成為亞洲乃至世界最豐富,、最有代表性的顱面數(shù)據(jù)庫。
“在這個(gè)基礎(chǔ)上我們做概率統(tǒng)計(jì),、做智能分析,，對一些聚焦點(diǎn)——即哪些地方是變化最大的劇烈點(diǎn)、哪些地方基本上不太變,，形成一個(gè)模型,。然后根據(jù)顱骨牙齒等情況，可以判斷其屬于哪個(gè)年齡段,，將其這個(gè)年齡段的面部軟組織模型關(guān)聯(lián)起來,，再參考營養(yǎng)狀況等信息，將這幾個(gè)參數(shù)輸進(jìn)去后,，就可以生成與這個(gè)人生前最相近的面貌,，相似度可以達(dá)到九成?！?/p>
據(jù)介紹,，這種顱骨面貌復(fù)原技術(shù)現(xiàn)在主要用于古人類學(xué)和考古學(xué)。
2001年11月至2002年8月,，陜西省考古研究院配合西安理工大學(xué)曲江新校區(qū)基本建設(shè),，在施工區(qū)域內(nèi)發(fā)掘清理古墓葬186座，其中規(guī)模最大的一座唐墓主人叫李倕,。根據(jù)出土墓志,，其五代祖為“圣唐神堯皇帝”，即唐高祖李淵，祖為豫章王李亶,，父為嗣舒王李津,，她是李津的第二女。根據(jù)兩唐書記載,，可知其曾祖為李淵的第十八子舒王李元名,。李倕與時(shí)任皇帝李隆基應(yīng)為平輩遠(yuǎn)親。李倕雖出身于貴族,，但去世埋葬時(shí)已不是貴族了,，因?yàn)樗龥]有爵位。其身份只是一個(gè)七品小官的夫人,，因難產(chǎn)而去世,。她的陪葬明器規(guī)格較低，而陪葬的實(shí)用器卻非常奢華,，下葬時(shí)不僅頭戴“金花冠”,，身上還佩戴著三組佩飾。
唐高祖李淵五世孫女李倕顱骨面貌復(fù)原3D打印模型
耿國華介紹,，唐高祖李淵五世孫女李倕的面貌復(fù)原,，就是先把顱骨掃描后輸入計(jì)算機(jī)里建立顱骨模型，然后在顱面數(shù)據(jù)庫取出20到25歲現(xiàn)代女性顱面軟組織的均值給她“長出”軟組織,，再附著上相應(yīng)的發(fā)型等,，復(fù)原其相貌?！斑@是基于科學(xué)數(shù)據(jù)的復(fù)原方法,，可信度還是比較高的。我們不僅復(fù)原了她睜著眼的面貌,，也復(fù)原了她閉著眼樣子,，因?yàn)槲覀冇X得軟組織厚度只能影響眼瞼的大小,，無法知曉其是單眼皮還是雙眼皮,，所以選擇了閉著眼的形象，給大家以想象的空間,?！?/p>
秦二世胡亥稱帝登基后，將秦始皇的小王子和小公主們一一捕殺,。在秦始皇帝陵陵園外城的上焦村,，考古人員共發(fā)現(xiàn)了17座陪葬墓，他們?nèi)ナ罆r(shí)大多僅有一二十歲,。其中出土的一個(gè)顱骨,，右顳骨中發(fā)現(xiàn)一枚青銅箭頭，其身份很可能是一位王子。該顱骨的下頜骨向前凸出,，表現(xiàn)出十分痛苦和驚恐的模樣,，有可能是在玩耍時(shí)慘遭射殺。
疑似秦王子顱骨面貌復(fù)原3D打印模型
疑似秦始皇嬪妃顱骨面貌復(fù)原3D打印模型
而在秦始皇帝陵的另一個(gè)陪葬墓中,，所有尸體均為年輕女性,，考古學(xué)家根據(jù)墓葬等級(jí)和陪葬品推斷，這些女子可能是秦始皇的嬪妃及其仆從,。在這座墓中出土的一個(gè)顱骨,，也被進(jìn)行了面貌復(fù)原。疑似秦始皇王子與嬪妃的3D打印顱面復(fù)原模型和3D打印顱骨模型,，被標(biāo)注為“秦男秦女顱骨面貌復(fù)原”,，疑似王子長臉、細(xì)目,、高鼻,；疑似嬪妃有一雙大眼睛，鼻子長而高,。
據(jù)了解,，除了以上古人外，該研究中心還復(fù)原了距今五萬年的柳江人,、福建漳平新石器時(shí)代早期奇和洞人,、秦俑坑等136例遺骸的古人的面貌，為考古研究工作縱深推進(jìn)提供了技術(shù)支持,。
大名鼎鼎“泡釘俑”是先完成虛擬修復(fù)再進(jìn)行實(shí)際修復(fù)
除了復(fù)原古人面貌,，破損文物虛擬修復(fù)也是西北大學(xué)文化遺產(chǎn)數(shù)字化國家地方聯(lián)合工程研究中心的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。
耿國華教授介紹,，2009年6月13日,，秦兵馬俑一號(hào)坑開始第三次發(fā)掘，遺跡,、遺物大量暴露,，傳統(tǒng)發(fā)掘資料的記錄手段愈顯捉襟見肘，僅按傳統(tǒng)方法無法完成本次發(fā)掘任務(wù),。
當(dāng)年9月25日,，耿國華教授團(tuán)隊(duì)與兵馬俑一號(hào)坑考古隊(duì)啟動(dòng)一號(hào)坑三次發(fā)掘的數(shù)字化探索工作。共實(shí)現(xiàn)棚木層,、陶俑層和底層三個(gè)發(fā)掘文化層共10次大場景掃描和建模,，完成2200余個(gè)出土陶俑碎片、66個(gè)出土陶俑,、2匹陶馬的高精度數(shù)字化掃描和建模,，實(shí)現(xiàn)了23個(gè)陶俑和2匹陶馬的虛擬復(fù)原,，并研發(fā)構(gòu)建了秦俑文化遺產(chǎn)多媒體數(shù)據(jù)庫和考古發(fā)掘數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
此外,，耿國華教授團(tuán)隊(duì)對K9901(百戲俑)遺址坑發(fā)掘過程和出土遺存進(jìn)行數(shù)字化建模,，并對出土陶俑虛擬復(fù)原，這是國內(nèi)首次將數(shù)字化保護(hù)手段和方法應(yīng)用在考古發(fā)掘全過程,。
在虛擬復(fù)原的陶俑中,，出土于K9901的大名鼎鼎的“泡釘俑”便是其中之一。它與以前出土的上身赤裸下身著裳的百戲俑不同,，身著式樣獨(dú)特的上衣,，上面布滿了排列有序、直徑約3.5厘米左右的圓泡,，泡釘周圍還有彩繪紋樣,，其著衣方式與常見古人的右開襟也大不相同，開襟位于后方,。專家們將其命名為“泡釘俑”,。
超高還原度3D打印泡釘俑
為了盡早呈現(xiàn)“泡釘俑”的“廬山真容”，科研團(tuán)隊(duì)首先用三維掃描技術(shù)獲得文物碎片的輪廓曲面數(shù)據(jù),，并利用軟件將散亂的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格化,，得到三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，再在大量無規(guī)則的破損碎片中尋找碎片間的拓?fù)潢P(guān)系,，同步利用空間曲線匹配搜索匹配確定匹配結(jié)果,，最后進(jìn)行拼接。通過使用這些技術(shù)手段,，具有極大考古價(jià)值的“泡釘俑”虛擬復(fù)原模型鮮活地呈現(xiàn)在世人面前,。有了虛擬拼對成功的“泡釘俑”，科研團(tuán)隊(duì)制定了復(fù)原指導(dǎo)手冊,，這無疑對后來“泡釘俑”的實(shí)際修復(fù)工作具有重要意義,。
耿國華教授介紹，虛擬修復(fù)完成的陶俑中,，有些至今仍未完成實(shí)際修復(fù),，比如一件右驂馬。在電腦中可以看到這件陶俑的完整形象,，可以來回多個(gè)角度轉(zhuǎn)動(dòng)欣賞,，模型拼接關(guān)系圖中,，各個(gè)碎片的編號(hào)也非常清楚,。
周明全說，兵馬俑不僅外面看起來漂亮,，里面也很漂亮,，它是高度寫實(shí)的,，連馬嘴上顎里頭都抹得一綹一綹地很真實(shí)，感覺寫實(shí)到極致了,。但一旦修復(fù)完成后,，里面的情況就看不到了。虛擬修復(fù)同時(shí)也是數(shù)字化保護(hù)的過程,，有了這份數(shù)字化文物,，對于考古研究來說也可以提供很大的幫助。另外,，考古發(fā)掘現(xiàn)場的實(shí)際場景是不可逆的,，而對考古發(fā)掘?qū)嵭腥虜?shù)字化記錄后，考古發(fā)掘的過程中也是可以分階段回溯展示的,，這對于博物館展陳來說非常直觀,。
不僅對一件件的文物可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，對于大遺址考古發(fā)掘現(xiàn)場,，科研團(tuán)隊(duì)研制的三維掃描設(shè)備也可以派上大用場,。這便是該科研團(tuán)隊(duì)的另一成果：“遺跡與資料融合的歷史空間重現(xiàn)”。
在西北大學(xué)文化遺產(chǎn)數(shù)字化國家地方聯(lián)合工程研究中心的一塊巨幕上,，記者看到了根據(jù)大遺址現(xiàn)場掃描數(shù)據(jù)生成的秦俑一號(hào)坑氣勢恢宏的秦俑方陣,，耿國華教授介紹，前幾排秦俑是完全按照秦俑坑實(shí)際秦俑的數(shù)字信息生成的,。
據(jù)了解,，這一科研成果的應(yīng)用還包括了對布達(dá)拉宮、塔爾寺,、秦陵等遺址精準(zhǔn)采集建模,。
可以想象，在文化遺產(chǎn)數(shù)字化復(fù)原技術(shù)的推動(dòng)和加持下,，“讓文物活起來”必將更加入眼,、入心。
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