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古建文物在數(shù)據(jù)中“新生”

魏婧 發(fā)布時(shí)間:2019-07-29 13:46:00來(lái)源: 北京晚報(bào)


學(xué)生們?cè)邛臅宜逻M(jìn)行壁畫數(shù)據(jù)采集工作。圖片由受訪者提供

  一群中學(xué)生,在游學(xué)時(shí)無(wú)意間撿到一只“手”,以為是從千手觀音上掉下來(lái)的,不知如何是好。正巧,他們遇到了北京建筑大學(xué)的建筑遺產(chǎn)保護(hù)與發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊(duì),便跟著研究生和老師們進(jìn)入到文物遺產(chǎn)保護(hù)的世界。這一過程中,孩子們了解到數(shù)字化修復(fù)、永續(xù)留存等工作背后的意義,也完成了自身從隨性頑劣到責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變……

  還有一個(gè)月,這部由北京建筑大學(xué)與北京科學(xué)中心等單位合作創(chuàng)作的科普劇《千年石刻 萬(wàn)年傳情》就將與公眾見面。其中的研究人員原型以及主要呈現(xiàn)的技術(shù)內(nèi)容,正是取材于建筑遺產(chǎn)保護(hù)與發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)。在這里,有一群科研工作者,他們“按圖索驥”,卻讓文物修復(fù)工作更加精準(zhǔn)高效。

  修復(fù)

  歷時(shí)十年 專注千手觀音的每一只手

  “想借著這部劇,讓更多的人尤其是青少年,對(duì)文保工作產(chǎn)生興趣,知道數(shù)字化修復(fù)、永續(xù)留存大概是什么意思?!闭劶翱破談〉幕I備,團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李愛群教授笑言,為了將這些專業(yè)內(nèi)容通俗地進(jìn)行傳達(dá),大伙兒下的功夫可不比日常研究少。

  對(duì)公眾而言,這些內(nèi)容乍聽上去確實(shí)略顯“高深”。李愛群介紹,在北京,團(tuán)隊(duì)參加的項(xiàng)目有盧溝橋數(shù)字化修復(fù)保護(hù)。由于風(fēng)化磨損或人為破壞,橋上的雕紋局部、獅子等會(huì)有圖案不清晰,甚至殘缺掉落的狀況,團(tuán)隊(duì)的任務(wù)就是要恢復(fù)其原本形態(tài)樣貌。

  這種“修復(fù)”很好理解,那么“數(shù)字化”是怎么回事呢?團(tuán)隊(duì)骨干侯妙樂教授解釋,通常而言,文物建筑各部位間會(huì)有一些規(guī)律可循,而整座盧溝橋也有保存相對(duì)完好的部分。通過三維激光掃描完好部分,結(jié)合橋體特征的對(duì)稱分布等,就能將缺損部位用軟件自動(dòng)化重建出來(lái)?!昂?jiǎn)而言之,用完好部位的信息,‘倒推’或者說(shuō)‘猜測(cè)’缺損部位狀態(tài),是一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)、回歸分析的方法?!?/p>

  在團(tuán)隊(duì)耗時(shí)最久、投入心血最多的重慶大足石刻千手觀音搶救性保護(hù)項(xiàng)目中,數(shù)字化修復(fù)得到更為淋漓盡致的表達(dá)。

  據(jù)悉,這尊南宋年間的千手觀音造像原本有1024只手,修復(fù)前可見約830只手,保存相對(duì)完好的有400只左右。團(tuán)隊(duì)就是以這400只保存完整的手為基準(zhǔn),觀察待修復(fù)手處在整龕觀音的什么位置,尋找它的對(duì)稱相似手去類比空間特征。再通過完好手的五個(gè)手指之間的回歸關(guān)系,算出待修復(fù)手的長(zhǎng)度、手指彎曲度等等……

  從預(yù)研究、立項(xiàng)到2016年結(jié)題驗(yàn)收,這一項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)整整做了十年,為每一只手留存下修復(fù)前、中、后三個(gè)時(shí)間維度的數(shù)據(jù)。在侯妙樂看來(lái)這十年很值得,“不僅做了科研,更是整個(gè)測(cè)繪學(xué)、地理信息科學(xué)、土木結(jié)構(gòu)、建筑學(xué)和文物保護(hù)專業(yè)的高度融合,還培養(yǎng)了一批測(cè)繪和文物保護(hù)人才?!?/p>

  留存

  結(jié)構(gòu)捋清 珍稀文化遺產(chǎn)進(jìn)數(shù)據(jù)“保險(xiǎn)箱”

  承擔(dān)文物數(shù)字化修復(fù)任務(wù)的同時(shí),團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)重點(diǎn)工作方向是將文物數(shù)據(jù)進(jìn)行“永續(xù)留存”。概括而言,就是趁文化遺產(chǎn)狀態(tài)尚好時(shí),多層級(jí)留取其信息,以備將來(lái)有修復(fù)需求時(shí)應(yīng)用。

  今年4月,巴黎圣母院的一場(chǎng)大火,讓“永續(xù)留存”進(jìn)入公眾視野。濃煙滾滾中,跨越760年光陰的尖塔墜落,多少法國(guó)人民掩面哭泣……但某種程度上巴黎圣母院又是幸運(yùn)的,早在2015年,藝術(shù)歷史學(xué)家安德魯·塔隆曾借助三維激光掃描技術(shù)詳盡地記錄下這一偉大教堂的全貌。這場(chǎng)大火后,巴黎圣母院的三維模型存檔將成為重建的關(guān)鍵。

  在國(guó)內(nèi),除了邊修復(fù)邊進(jìn)行數(shù)據(jù)留存的大足石刻千手觀音項(xiàng)目,最近團(tuán)隊(duì)還與中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院和北京帝測(cè)科技股份有限公司合作,專門完成了西藏布達(dá)拉宮的“永續(xù)留存”。

  通過數(shù)月的無(wú)人機(jī)拍攝與三維激光掃描,布達(dá)拉宮整個(gè)結(jié)構(gòu)第一次被“捋”得清清楚楚。理論上講,在建筑技巧能達(dá)到的前提下,利用這些留存的數(shù)據(jù),它可以被一比一精準(zhǔn)復(fù)制。這意味著布達(dá)拉宮從此進(jìn)了數(shù)據(jù)“保險(xiǎn)箱”,若它今后需要修復(fù),就能得到最大限度地復(fù)原。

  與修復(fù)相比,永續(xù)留存更著眼于未來(lái)?!艾F(xiàn)在還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),什么樣的文物應(yīng)該優(yōu)先去做永續(xù)留存?!币幌氲讲簧傥幕z產(chǎn)可能在尚未進(jìn)行數(shù)據(jù)留存的過程中慢慢降到“無(wú)法可修”的地步,或遭遇意外,李愛群總是有種緊迫感,“也希望更多的人能加入進(jìn)來(lái)?!?/p>

  還原

  無(wú)需取樣 可知文物表面顏料配比

  侯妙樂致力于文物“幾何形態(tài)”的留存和數(shù)字化修復(fù),與她同屬一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的呂書強(qiáng),則專注于文物表面的色彩還原。

  “打個(gè)比方,觀音手指的形態(tài)、長(zhǎng)短等確定后,至于手指表面涂了什么,就是我們的活兒了!”呂書強(qiáng)解釋,大部分古代文物的表面都是用礦物顏料繪制,不同物質(zhì)的光譜反射也不同。基于這個(gè)原理,團(tuán)隊(duì)使用遙感手段“高光譜”成像技術(shù),來(lái)獲取文物表面的反射光譜。通過光譜來(lái)研究或者說(shuō)猜測(cè),古人到底用的什么顏料,配比如何,從而對(duì)書畫、壁畫以及表面有色彩的彩塑等進(jìn)行修復(fù)。

  與以往技術(shù)相比,高光譜成像技術(shù)依據(jù)的也是文物表面殘余的色彩。但傳統(tǒng)手段需要從文物表面再取樣“一點(diǎn)點(diǎn)”拿到實(shí)驗(yàn)室分析,高光譜成像技術(shù)則如同拍照,不需實(shí)際取樣,對(duì)文物沒有損害,且分析效率更高。

  2015年,高光譜成像技術(shù)走進(jìn)首都博物館,為40多幅古字畫進(jìn)行了數(shù)字化留存、顏料分析。更神奇的是,高光譜儀器獲取了館藏書畫400至1000微米光譜范圍的數(shù)據(jù),共發(fā)現(xiàn)300多處人類肉眼無(wú)法甄別的隱含信息。

  去年起,團(tuán)隊(duì)數(shù)次遠(yuǎn)赴青海省海東市樂都縣的瞿曇寺,為已有600余年歷史的寺內(nèi)壁畫采集高光譜數(shù)據(jù),目前項(xiàng)目仍在緊張進(jìn)行中。呂書強(qiáng)表示,實(shí)際上高光譜研究到現(xiàn)在也只有七八年,但從應(yīng)用評(píng)價(jià)及項(xiàng)目申報(bào)情況而言,已顯現(xiàn)出了巨大潛力。

  認(rèn)同

  復(fù)制裝配 近20米高云岡石窟“動(dòng)起來(lái)”

  實(shí)驗(yàn)室通過數(shù)理分析方法進(jìn)行文物遺產(chǎn)保護(hù)的道路,這些年來(lái)越走越寬?!皠傞_始感受還不是這樣,那會(huì)兒確實(shí)是‘冷門’?!焙蠲顦坊貞洠约?005年博士畢業(yè)前后,球面的表達(dá)方式還是經(jīng)緯度格網(wǎng),但她想用一種更精確的方式去推算,就使用了球面四元三角網(wǎng)?!按蟾乓馑季褪怯萌切螌⑶蛎驿仢M,全部都是計(jì)算、數(shù)學(xué)?!彼寡裕橄蟮挠?jì)算跟實(shí)際很難產(chǎn)生聯(lián)系,不禁讓人懷疑,自己做的這些到底有什么用?

  而當(dāng)她去現(xiàn)場(chǎng)第一次做數(shù)字化修復(fù),這些疑問消失了。那是一尊17米、近6層樓高度的潼南大佛。放在以往,只能拍些平面照片,用皮尺測(cè)量數(shù)據(jù)?!拔覀冇萌S激光掃描、近景攝影,高精度且無(wú)縫地將大佛顯示出來(lái)?!?/p>

  有了海量數(shù)據(jù),還需挖掘提取出針對(duì)特殊需求的有用數(shù)據(jù)?!澳亲鸫蠓鸬陌l(fā)髻都差不多掉了,我們通過數(shù)據(jù)第一次搞清了發(fā)髻的走向,將缺損部位計(jì)算了出來(lái)?!焙蠲顦坊貞?,那一次“初出茅廬”的團(tuán)隊(duì),從現(xiàn)代技術(shù)中推斷出的結(jié)論,跟現(xiàn)場(chǎng)憑一輩子直覺經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷的老專家們的預(yù)估,只差了幾毫米,這令大家都很興奮?!袄蠈<覀兿喈?dāng)于為自己的判斷找到了數(shù)據(jù)支撐,我們更高興了,原來(lái)我們做的這個(gè)東西,真的能對(duì)修復(fù)工作有幫助!”

  近年來(lái),伴隨各地對(duì)文保工作的重視,實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用。就在去年,團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李愛群帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室通過高精度三維信息留取術(shù)、藝術(shù)價(jià)值表皮分區(qū)劃分、多維數(shù)字化快速成型與制造等技術(shù),完成了世界首例可裝配3D打印超大型文物等比例復(fù)制工程——山西大同云岡石窟第十八窟原比例、高精度復(fù)制。

  作為云岡石窟中規(guī)模最大、最復(fù)雜、藝術(shù)價(jià)值極高的一窟,云岡第十八窟整體高度近20米。而實(shí)驗(yàn)室相當(dāng)于用“3D打印”復(fù)制了一座,這意味著云岡石窟的展示不再受限于地理位置,更多的人將能領(lǐng)略到云岡石窟的震撼魅力。

(責(zé)編: 常邦麗)

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