计算机辅助文物修复中的若干问题研究

吴鑫宇

摘 要：文物是宝贵的人类财富，理应得到更好的保护。文物在被发现之前以及被发现的过程，会不可避免地受到损伤。为此，文物修复工作显得尤为重要。随着科学技术的发展，计算机辅助文物修复已被更多的应用到文物保护、文物修复工作中，并逐渐发挥出更大的效能。文章主要以此為背景，研究了计算机辅助文物修复的背景、优势，并对其中可能出现的问题进行了探讨。

关键词：文物修复;计算机辅助;残片提取;问题探讨;技术应用

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.06.050

文物的损伤是千差万别的①，不同的材质、不同的颜料、不同的破损程度等，都为文物修复工作增加了难度，让这项工作成了技术难度高、准备工作复杂、人员精准度要求高的工作，也成为文物保护工作中不可或缺的一个环节，价值巨大。当今社会科学技术日新月异，计算机成了人类研究科研的好帮手，在文物修复、复原领域，计算机也越来越多地参与到辅助工作的开展进程中，利用其自身的优势，越来越多地帮助科研人员和手工匠人减轻了工作负担，也从一定程度上降低了文物修复工作的难度。

1 文物修复与计算机辅助

在研究本文的核心内容时，首先应当明确何为文物修复。文物修复，从字面上理解就是对文物丢失、损毁、被破坏、自然消弭等问题进行修复的过程。而在此过程中，修复者需要兼具传统技艺与科学技术手段，运用这些直接对文物进行物理的和化学的修复措施，通过这样的修复措施以延续文物生命，更便于保存文物、认识文物完整的艺术与历史样貌。通过文物修复，文物本身也可以减轻或者缓解本身已有的病害，确保未来长期存续，安全保存。因此，文物修复是文物保护工作的重要环节与不可或缺的组成部分。

计算机辅助顾名思义就是利用计算机先进的技术和强大的功能进行辅助。计算机有着图形描绘、图像勾勒、虚拟辅助等优势，通过计算机辅助文物修复、复原，在计算方面也能节省更多的人力，速度快并且效率高。通过计算机辅助文物修复是现代科学技术进步的一大成果，也为文物修复工作减轻了部分负担。

2 计算机辅助文物修复的背景与优势

文物修复是直接在文物本体上展开的，在很大程度上会改变文物。虽然现代匠人都有着极高的天赋与高超的技艺，但是也难免会出现修复过程中对文物的损伤和对原有样貌的影响，稍有不慎，就容易造成文物的不可逆伤害。究竟如何打破文物修复的这种困局呢？在计算机辅助文物修复后，这样的问题就得到了明显的改善。计算机辅助技术包括对被修复文物缺失部分、损伤部分以及病害的数据分析，也包括对虚拟成像技术的应用，能通过文物的虚拟复原来避免直接在文物本体上进行操作对文物本身可能造成的影响。同时，计算机辅助文物修复，能够代替人力做大量的前期工作和数据整理归类，让人力解放出来，将更多的精力投入到文物修复的具体实施工作当中。

在这样的背景下，计算机辅助文物修复被更多的应用到了文物修复工作中。具体来看，计算机辅助文物修复的优势包括以下几方面：

一是，更符合文物修复的最少干预原则。在文物修复的几大原则中，最基础的一条原则就是对文物进行最少的干预，尽可能让文物保持出土时的原貌。计算机辅助文物修复可以通过对文物数据的采集与可能的修复方案比对，先行形成文物修复的虚拟图像，通过3D打印技术和虚拟成像技术等，脱离开文物本身，形成一个与文物本身等比例缩放或同样大小的被修复文物样本，这样既能够修复文物，又不会过多的干预文物本身，遵循了最少干预原则。②

二是，避免对文物造成不可逆损伤。在文物人工修复的过程中，各种不可控的因素与千差万别的文物病害、损伤造成的修复难度，都有可能造成文物修复的不可逆伤害，这将造成巨大的文物价值缩减，并令许多人扼腕叹息。如果合理运用计算机辅助文物修复，就可以将文物可能在修复过程中出现的各种问题进行提前预判与演练，制定合理的解决方案，就能极大程度避免文物修复带给文物的不可逆伤害，遵循了可逆性原则。同时，通过计算机辅助文物修复，能够优先利用计算机的虚拟技术完成多个方案的修复成像，进行科学对比，为今后的再修复、可逆化修复工作进行更充足的储备。

三是，综合对比修复所用的各类原材料，寻找到最佳匹配。对于一些文物修复中颜料褪色、剥落、病害问题导致的文物损伤修复，就需要想到一切可能，寻找到更匹配原文物的原材料，才有可能达到与文物协调统一的美感与艺术性。但是材料、色彩的搭配组合有许多可能性，如果通过人力一一寻找并逐个比对尝试，将会耗损巨大的原材料，工作人员需要付出的艰辛与工作量也是不可估量的。运用计算机辅助文物修复，就可以提取各类原材料的样本参数，通过虚拟匹配调整可能的配比和方案，颜色的敏感度更高，配比也更为严谨，多次的试错也能避免原材料的浪费，大大缩减了人力损耗的同时，更能快速筛选出最佳方案。通过最终的方案虚拟比对，能更好地评估所选材料和配比是否符合原文物的基础样貌，更能够帮助文物复原更好地与文物本体融为一体，保持原有的美感与艺术性，不显得突兀，更不刻意为之。

四是，保持文物的可识别性和保存的耐久性。文物本身的价值包括可识别性、纹路、尺寸、光泽配色、印章刻字等，在修复的过程中必须遵循保持其可识别性的原则。而这些可识别性往往有着极高的敏感度，稍有不慎就会造成识别性降低、破坏的问题。计算机辅助文物修复能够用更加科学、严谨的运算和模型比对来形成可识别性的最佳保留，比人眼有着更强的敏感度。而对于修复过程中选料、操作都十分严谨的文物处置，还应当有后续持久性的测试。鉴于文物本身的脆弱、易损伤，更应当恰当运用计算机辅助文物修复，对后续的可耐久度和持续性进行测试，避免日后对文物已修复部分的反复修改与重复劳动。

五是，更便于开展不可移动文物的就地保护与修复。文物中，有些可移动，有些则不可移动，按照不可移动文物的保护原则，应当遵循原址保护的原则。那么，这些无法移动的文物在修复的过程中就产生了更多的空间障碍，操作环境也较复杂，户外研究无法等同于室内研究，各项工作都有可能受阻。如果运用计算机辅助文物修复工作，就可以利用计算机与户外高精度摄影、摄像设备的结合，更好地远程采集文物数据，让科学家打破时间、空间的阻碍，远程操作文物修复影像。既避免了移动原文物，减少了伤害，又为科研创造了更加便捷的环境。同时可以利用远程监视系统，实时监测文物周边的环境和气候等条件因素，为科研准备充足的数据参考，让文物修复工作少走弯路，效率更高。

3 计算机辅助文物修复技术应用过程应注意的问题

计算机辅助文物修复技术在现阶段已经广泛应用到文物修复、复原工作中。在其间，计算机辅助文物修复的优势已经显而易见，但是相对比脆弱敏感的文物，以及千年传承的人工文物修复技术而言，计算机辅助文物修复技术仍然“年轻”，在应用的过程中必然会存在一些问题需要解决。通过总结，本文将计算机辅助文物修复当中常见的问题归纳如下。

①计算机辅助文物修复数据的采集与保存。计算机辅助文物修复最基础的优势就是其快速的数据提取与保存，尤其是超高速的运算加工能力，更是令人自叹不如。然而计算机辅助文物修复的数据采集工作前期仍然以人力为主导，需要先确定采集的内容、采集的区域、采集的角度等，计算机归根结底是依靠人来操作完成的，无论是数据运算也好，或者是信息分类也好，都需要人给予计算机详细的算法规则与分类思路，并制定好日后更便于开展文物修复后续工作的开展思路，才能更高效地利用好计算机的优势，来辅助文物修复工作的展开。因此在计算机辅助文物修复的数据采集与保存过程中，科研人员与修复团队一定要全程参与其中，合理规划好计算机参与其中的运行轨迹，避免因为缺乏规划和统筹安排造成数据采集的缺失。后期的数据补采又需要对计算机本身进行新的程序编写，录入的过程也有可能出现错漏，这些都是严重影响计算机辅助文物修复前期工作进度的问题。在数据采集后，工作人员还必须按照文物修复所需的逻辑思维来进行数据整理和保存，便于日后调阅信息，以作为佐证与参考。同时，计算机辅助文物修復的资料采集与保存还应当考虑到与博物馆、鉴定所、展览馆、图书馆等相关资料存储、展出、鉴定等社会部门的联动，形成长期可优化维护的数据库，避免数据因年代久远而遗失、损坏等等。必要的存档备份，也是必不可少的。

②计算机辅助文物修复的科研基础与科研人员。对于计算机辅助文物修复的应用而言，计算机的使用操作固然重要，但是再强大的操作都应当以科学研究的成果与学术讨论的成绩为基础。在我国，文物资源丰富，亟待发掘和已发掘需要修复的文物都不在少数。因此致力于文物保护研究的科研人员与参与相关学术讨论的学者也颇多，他们为文物修复工作提供了可靠的科研依据和学术成果。然而，将计算机辅助文物修复这一学术话题在我国学术界仍然属于资源量较少、起步比较晚的课题，许多学者并不了解计算机技术，而了解计算机技术的人员又缺乏文物保护的相关背景知识，这使计算机辅助文物修复的科研基础稍显薄弱，相关的科研人员与计算机操作人员难以完全满足计算机辅助文物修复工作的开展需要。这就是当前我国许多研究领域都存在的人才、学术研究、实际应用三者之间的常见矛盾。要解决这一问题，应当定向培养一批专业从事计算机辅助文物修复的人才，让他们兼具文物修复的基础知识背景和计算机建模、运算、操作、模拟成像等计算机技术。当然，这是一个比较漫长的过程，如果想要缓解、解决目前的问题，也可以定期组织文物修复的科研人员进行计算机专业技术的定向培训，让一批意识超前、关心文物保护的计算机从业人员多多涉猎文物修复方面的知识，促进两种不同方向的人才融合交汇，形成行业之间的互助，打破人才瓶颈。

③计算机辅助文物修复数据库的不断扩容。在计算机辅助文物修复的过程中，除了先期采集的数据之外，还会不断地增加新的数据，这让计算机的数据库不断地被扩容，现行的计算数据库容量虽然较2000年之前有了极大的改观和容量的提升，但是如果计算机数据库不断地叠加，那么运算的速率自然会被影响，研究的效率也会被限制。因此计算机的数据库不能仅仅依靠扩容来解决数据的不断存续问题，而是应当做好更充分的分类保存工作，可以建立多个不同内容的计算机数据库，分类保存各个不同内容的文物修复数据。如按照颜色分类储存、按照年代分类储存、按照文物类别分类储存等，这些都是可以参考的储存方式。但是长远来看，还是应当建立综合立体化的搜索方式与数据库的多重数据提取算法，让计算机的数据库不仅仅是扩容，而是有计划、有方向地扩容，能够更好地服务于计算机辅助文物修复工作的展开。此外，还应当设置专门的管理岗位，用以梳理长期存续的数据资料，让工作开展得更为科学、顺畅。

④计算机辅助文物修复与其他先进技术的辅助推进。计算机辅助文物修复从来都不只是依靠计算机本身就能完成的工作，它只是一个代名词，其中必然要借助其他相关设施设备、先进技术的辅助与合作才能完成。就当前来看，计算机辅助文物修复前期数据的采集与提取，就要依靠物联网、高精度测量仪器、高清晰度摄影摄像机、远程遥控的监视设备以及自然环境监测仪器等众多高科技设备。如果说计算机是一个负责运算处理的盒子，那么这些采集设备的作用就在于将更为精细化、准确科学化的数据拿到手，最终交付给计算机，它们功不可没。在文物修复的过程中，计算机还需要与成像技术、3D建模技术、CAD出图、平面设计、动画等相关技术相互配合，才能绘制出文物修复、复原之后的影像，为文物修复工作提供可参考的依据。文物修复后期，计算机通过与线下流行的3D打印技术、人工穿戴设备、实景模拟器、立体全息投影等相互配合，就能够更接近于真实的模拟已修复的文物，将其更加活灵活现地呈现在人们面前，让文物焕发出新的生机与活力。因此，计算机辅助文物修复工作绝不仅仅是计算机参与而已，而是它与更多先进设备、先进科技相互作用的结果。

⑤计算机辅助文物修复的价值最大化。在许多人眼中，文物修复只是强行用人为的技术恢复了文物的外形，文物本身的价值和精髓并没有得到质的提升，一些修复之后的文物反而没有了出土时的原始魅力，所以他们认为文物修复是一项有违自然规律的工作。的确，昔日的文物修复必须要在文物本身上进行，必然会对文物本身的样貌发生一些改造，但这也是为了人们能够更加全面地了解文物原始的完整形态，其功能不必深究。单就人们提出的质疑而言，计算机辅助文物修复就可以解决这一质疑。通过计算机辅助文物复原图像的呈现，人们可以在不改变文物出土原貌的基础上，利用虚拟技术勾勒出复原后的文物图像，再加以现代技术的辅助，这些被复原的文物可以代替原有文物本体进行展出。并可以依靠立体成像和人工智能、体感等途径，让人们近距离与文物接触，既打破了文物修复的自然悖逆论，又能够进一步发挥文物育人、文物亲人的新的生机，让越来越多已然不能被参观、展出的文物重新走入人们的视野。现在还有许多人致力于文物的微缩展示以及虚拟游戏的开发，还在此基础上推出了一些文物的周边产品，包括三星堆雪糕、编钟手办、兵马俑摆台等。这些再创造其实都与计算机辅助文物修复的推进有着不可分割的关联性。

无论是千古壁画、千年编钟，还是陶瓷艺术、黄杨木雕，中华民族的文物都承载了广大劳动人民的智慧与改造世界的力量，是祖国的骄傲，更是未来传承和保护的重要对象。以计算机技术的发展和各项科研技术的进展为基础，相信在未来的文物保护工作当中，文物能够借助日新月异的科学技术焕发出往日的光辉，并注入新的生命力。也希望有越来越多的文物复原能够呈现在广大游客面前，让神秘古老的文物更加贴近寻常百姓生活，利用计算机辅助文物修复，让文物重现完整样貌。

注释

①李伟民.面向破损文物虚拟修复系统的设计与实现[D].西安：西北大学，2020.

②魏明强，陈红华，孙杨杏，等.破损文物数字化修复：以中国出土青铜器为例[J].计算机辅助设计与图形学学报，2021（5）：789-797.