古建文物 在数据中“新生”
http://sh.51zlsldz.com 时间:2019-07-29 08:34:06来源:北京晚报 
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  学生们在瞿昙寺进行壁画数据采集工作。

  一群中学生,在游学时无意间捡到一只“手”,以为是从千手观音上掉下来的,不知如何是好。正巧,他们遇到了北京建筑大学的建筑遗产保护与发展关键技术研究团队,便跟着研究生和老师们进入到文物遗产保护的世界。这一过程中,孩子们了解到数字化修复、永续留存等工作背后的意义,也完成了自身从随性顽劣到责任担当的转变……

  还有一个月,这部由北京建筑大学与北京科学中心等单位合作创作的科普剧《千年石刻 万年传情》就将与公众见面。其中的研究人员原型以及主要呈现的技术内容,正是取材于建筑遗产保护与发展关键技术研究团队。在这里,有一群科研工作者,他们“按图索骥”,却让文物修复工作更加精准高效。

  修复

  历时十年 专注千手观音的每一只手

  “想借着这部剧,让更多的人尤其是青少年,对文保工作产生兴趣,知道数字化修复、永续留存大概是什么意思。”谈及科普剧的筹备,团队负责人李爱群教授笑言,为了将这些专业内容通俗地进行传达,大伙儿下的功夫可不比日常研究少。

  对公众而言,这些内容乍听上去确实略显“高深”。李爱群介绍,在北京,团队参加的项目有卢沟桥数字化修复保护。由于风化磨损或人为破坏,桥上的雕纹局部、狮子等会有图案不清晰,甚至残缺掉落的状况,团队的任务就是要恢复其原本形态样貌。

  这种“修复”很好理解,那么“数字化”是怎么回事呢?团队骨干侯妙乐教授解释,通常而言,文物建筑各部位间会有一些规律可循,而整座卢沟桥也有保存相对完好的部分。通过三维激光扫描完好部分,结合桥体特征的对称分布等,就能将缺损部位用软件自动化重建出来。“简而言之,用完好部位的信息,‘倒推’或者说‘猜测’缺损部位状态,是一种数理统计、回归分析的方法。”

  在团队耗时最久、投入心血最多的重庆大足石刻千手观音抢救性保护项目中,数字化修复得到更为淋漓尽致的表达。

  据悉,这尊南宋年间的千手观音造像原本有1024只手,修复前可见约830只手,保存相对完好的有400只左右。团队就是以这400只保存完整的手为基准,观察待修复手处在整龛观音的什么位置,寻找它的对称相似手去类比空间特征。再通过完好手的五个手指之间的回归关系,算出待修复手的长度、手指弯曲度等等……

  从预研究、立项到2016年结题验收,这一项目团队整整做了十年,为每一只手留存下修复前、中、后三个时间维度的数据。在侯妙乐看来这十年很值得,“不仅做了科研,更是整个测绘学、地理信息科学、土木结构、建筑学和文物保护专业的高度融合,还培养了一批测绘和文物保护人才。”

  留存

  结构捋清 珍稀文化遗产进数据“保险箱”

  承担文物数字化修复任务的同时,团队的另一个重点工作方向是将文物数据进行“永续留存”。概括而言,就是趁文化遗产状态尚好时,多层级留取其信息,以备将来有修复需求时应用。

  今年4月,巴黎圣母院的一场大火,让“永续留存”进入公众视野。浓烟滚滚中,跨越760年光阴的尖塔坠落,多少法国人民掩面哭泣……但某种程度上巴黎圣母院又是幸运的,早在2015年,艺术历史学家安德鲁·塔隆曾借助三维激光扫描技术详尽地记录下这一伟大教堂的全貌。这场大火后,巴黎圣母院的三维模型存档将成为重建的关键。

  在国内,除了边修复边进行数据留存的大足石刻千手观音项目,最近团队还与中国文化遗产研究院和北京帝测科技股份PK10牛牛合作,专门完成了西藏布达拉宫的“永续留存”。

  通过数月的无人机拍摄与三维激光扫描,布达拉宫整个结构第一次被“捋”得清清楚楚。理论上讲,在建筑技巧能达到的前提下,利用这些留存的数据,它可以被一比一精准复制。这意味着布达拉宫从此进了数据“保险箱”,若它今后需要修复,就能得到最大限度地复原。

  与修复相比,永续留存更着眼于未来。“现在还没有一个标准,什么样的文物应该优先去做永续留存。”一想到不少文化遗产可能在尚未进行数据留存的过程中慢慢降到“无法可修”的地步,或遭遇意外,李爱群总是有种紧迫感,“也希望更多的人能加入进来。”

  还原

  无需取样 可知文物表面颜料配比

  侯妙乐致力于文物“几何形态”的留存和数字化修复,与她同属一个实验室的吕书强,则专注于文物表面的色彩还原。

  “打个比方,观音手指的形态、长短等确定后,至于手指表面涂了什么,就是我们的活儿了!”吕书强解释,大部分古代文物的表面都是用矿物颜料绘制,不同物质的光谱反射也不同。基于这个原理,团队使用遥感手段“高光谱”成像技术,来获取文物表面的反射光谱。通过光谱来研究或者说猜测,古人到底用的什么颜料,配比如何,从而对书画、壁画以及表面有色彩的彩塑等进行修复。

  与以往技术相比,高光谱成像技术依据的也是文物表面残余的色彩。但传统手段需要从文物表面再取样“一点点”拿到实验室分析,高光谱成像技术则如同拍照,不需实际取样,对文物没有损害,且分析效率更高。

  2015年,高光谱成像技术走进首都博物馆,为40多幅古字画进行了数字化留存、颜料分析。更神奇的是,高光谱仪器获取了馆藏书画400至1000微米光谱范围的数据,共发现300多处人类肉眼无法甄别的隐含信息。

  去年起,团队数次远赴青海省海东市乐都县的瞿昙寺,为已有600余年历史的寺内壁画采集高光谱数据,目前项目仍在紧张进行中。吕书强表示,实际上高光谱研究到现在也只有七八年,但从应用评价及项目申报情况而言,已显现出了巨大潜力。

  认同

  复制装配 近20米高云冈石窟“动起来”

  实验室通过数理分析方法进行文物遗产保护的道路,这些年来越走越宽。“刚开始感受还不是这样,那会儿确实是‘冷门’。”侯妙乐回忆,自己2005年博士毕业前后,球面的表达方式还是经纬度格网,但她想用一种更精确的方式去推算,就使用了球面四元三角网。“大概意思就是用三角形将球面铺满,全部都是计算、数学。”她坦言,抽象的计算跟实际很难产生联系,不禁让人怀疑,自己做的这些到底有什么用?

  而当她去现场第一次做数字化修复,这些疑问消失了。那是一尊17米、近6层楼高度的潼南大佛。放在以往,只能拍些平面照片,用皮尺测量数据。“我们用三维激光扫描、近景摄影,高精度且无缝地将大佛显示出来。”

  有了海量数据,还需挖掘提取出针对特殊需求的有用数据。“那尊大佛的发髻都差不多掉了,我们通过数据第一次搞清了发髻的走向,将缺损部位计算了出来。”侯妙乐回忆,那一次“初出茅庐”的团队,从现代技术中推断出的结论,跟现场凭一辈子直觉经验来判断的老专家们的预估,只差了几毫米,这令大家都很兴奋。“老专家们相当于为自己的判断找到了数据支撑,我们更高兴了,原来我们做的这个东西,真的能对修复工作有帮助!”

  近年来,伴随各地对文保工作的重视,实验室的技术得到更加广泛的应用。就在去年,团队负责人李爱群带领实验室通过高精度三维信息留取术、艺术价值表皮分区划分、多维数字化快速成型与制造等技术,完成了世界首例可装配3D打印超大型文物等比例复制工程——山西大同云冈石窟第十八窟原比例、高精度复制。

  作为云冈石窟中规模最大、最复杂、艺术价值极高的一窟,云冈第十八窟整体高度近20米。而实验室相当于用“3D打印”复制了一座,这意味着云冈石窟的展示不再受限于地理位置,更多的人将能领略到云冈石窟的震撼魅力。魏婧

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