数字重生：让文物“活起来”

段新豪 唐骏龙 侯聪

2004年，一尊破损的泥塑头像历经辗转，回到甘肃省平凉市庄浪县博物馆的藏品库房。16年后，位于庄浪县关山峡谷深处红崖寺石窟2号窟中一尊缺失头像的泥塑，引起了当地专家的关注。经考证，这尊缺失头像的泥塑与博物馆中的头像本是一体，为明代真武大帝塑像。

红崖寺石窟共有16座方形平顶窟，内部塑像主要为明代和清代的泥塑，但由于岁月的侵蚀，许多塑像已经毁坏，现仅存50多尊造像和20平方米的壁画，还有2通残碑。这些文物是我们的历史和文化的见证，它们的损坏和消失无疑是我们文化遗产的巨大损失。

经过缜密评估，南开大学文学院决定与庄浪县博物馆合作，运用数字技术让2号窟泥塑“身首合一”。

将泥塑“搬”出深山

2023年7月，南开大学庄浪实践团来到庄浪县红崖寺。红崖寺石窟坐落于关山峡谷之中，它巧妙地开凿在山脉最高峰的天然崖壁上，地势险峻，蔚为壮观。

穿越深山老林，沿途辟道，我们终于来到了掩藏幽深的石窟脚下。借助云梯，我们携带着各式扫描设备，攀上了十几米高的石窟，迅速而有序地架好了设备，准备大干一场，将真武大帝“搬”出深山。

在现场，我们首先利用激光扫描仪对真武大帝所在石窟的三维场景模型进行采集工作，采集内容包括泥塑的形状、纹理、颜色等。激光扫描仪以360°全方位发射激光测量距离，将测出的这些点在三维空间中形成密集的点云。由于激光的直线传播特性，只待在一个角度是看不到全貌的，所以我们需要在石窟内的至少四个不同点位进行采集，保证各个角度的数据并集能够组成石窟的全貌。经过一天的努力，我们成功地将真武大帝的身体部分“搬”出了深山。紧接着，便是头部的采集工作。

真武大帝的头部泥塑像被珍藏在博物馆的库房里，实践团在张建军馆长的引领下来到了现场。泥塑头像被安置在一个特制的框架中，它仰躺在一块木板上，以一个平衡而稳定的角度呈现，展现出庄重又威严的姿态。

为了精准捕捉头部的每一个细节，我们使用手持激光扫描仪进行数据采集。激光扫描仪的工作原理是通过发射激光并接收反射回来的数据，经过精确计算，得到模型顶点的位置信息。在采集过程中，我们需要借助反光标记点来确定模型的位置深度，从而获取模型表面的精确位置坐标数据。然而，由于头像体积庞大、质量沉重，同时外表面又十分脆弱，这给采集工作带来了巨大挑战。

我们遇到的第一个困难是，头像表面的纹理细节已经相当脆弱，因此反光标记点只能被小心翼翼地贴在周围的安全区域。但如此一来，手持扫描仪的有效距离就不足以覆盖头像表面到地面标记点的全部范围。我们开动脑筋，巧妙地采用了一张明式木桌，使其倒扣过来，将头像平稳地放置在桌内，并在枨子（传统家具中连接腿足的构件）和桌腿贴上标记点，这样在一定程度上解决了扫描有效距离的问题，保证了手持扫描仪的定位准确。

泥塑头像被固定在一块定制木底板上，使用扫描仪扫描激光垂直的表面数据是最准确的，但底面的数据却难以采集，这又让我们犯了难。我们询问张馆长，是否能将头像放倒。张馆长无奈地表示，面部损坏后，至少还能根据五官大致的走向和对称性来修复，这尊泥塑头像的头发细节刻画得非常精美，一旦放倒，其细节可能会遭受不可逆的损害。鉴于此，我们放弃了这一方案，转而采用单条激光（较远距离模式）来反复采集头像底面的数据。虽然这一方法产生了一些带有误差的结果，但我们决心在后续处理中精心修正，以确保数据的完整性和准确性。

身首合一

经过一系列的数据采集工作，我们成功将真武大帝泥塑的身体和头部“搬”出了深山，接下來便进入了数字修复阶段。返回学校后，我们首先在电脑三维软件中把泥塑身体部分从整个石窟模型中分离出来，紧接着把胸口处内部的木骨骼与头部斩断处的木骨骼一比一对齐，这样就能较为精准地还原头部原本在身体上的位置。确定了二者的位置，就可以塑造脖子和胸口缺失的部分。由于没有完整的文物影像资料可依据，我们只能根据泥塑上现存的凹凸结构和服饰褶皱的走向，推断出一个最合适的形态。在这个过程中，指导教师刘峻岭还帮助我们找到了大量现存真武大帝石像的照片资料作为参考，以更好地还原这座泥塑像。

至此，我们距离完成数字修复仅一步之遥，即为泥塑模型添加色彩。无论是固定点扫描还是手持扫描，通过激光测距得到的模型虽具有精确的空间数据，但颜色和材质感却是缺失的。因此，我们需要利用照片建模技术为石像模型制作颜色贴图（将照片、手绘纹理等二维图像映射到三维模型表面的过程）。获得准确的模型贴图，需要丰富的图像数据作为支撑。

为了尽可能捕捉到每一个细节和色彩变化，我们此前在现场将每件文物放在标准的灯光环境下，使用专业摄像机从俯视到仰视围绕塑像拍摄了三圈机位，对所有文物进行了全角度拍照记录，拍摄了上百张高质量的图片。

接下来，我们把这些照片导入电脑软件进行计算，生成带有颜色和材质属性的三维模型。通过将计算得出的颜色贴图与修复好的石像模型在渲染软件上对齐并烘焙（计算机图形学行业中经常使用的术语，涉及到游戏开发和传统的非实时渲染使用），颜色便能完美地展现在修复的模型上。当然，这些拍摄的颜色信息是基于未经修复的石像模型，我们还需要在软件上手工绘制被修补部位的表面颜色和材质。

修补泥塑的皮肤和衣服是一个需要仔细考虑的过程，其中涉及到专业的美术色彩原理和对日常生活细节的观察。对于石像的皮肤，我们需要根据原有的皮肤纹理来修复缺失的部分。在颈部交接处，我们根据身体上其他部位的皮肤纹理，找出相同朝向的表面借鉴其颜色，找出相同风化程度的区域借鉴其纹理。而头部与身体皮肤衔接处的颜色，需要向周围完好处的表面颜色借出一个均值。衣物的修复则需要更多理性的思考。我们选用同服饰材质下的纹理与颜色，根据法线方向关系和环境光遮蔽关系综合判断其本身固有色和灰尘积聚处的颜色，并在确定好的形态表面运用绘制工具和图层遮罩，复刻风化陈旧感，最终呈现出修补后的材质效果。

整个暑假，我们的团队都在紧张而有序地忙碌着。从科学技术与文化艺术层面出发，一笔一画地勾勒泥塑的“肌肤”，一点一滴地为泥塑披上“衣服”。经过数月的精心打磨，塑像终于在数字空间“身首合一”。

数字重生

完成数字修复模型后，我们又探索了3D打印技术，使用白色泡沫材质等比例缩小打印了真武大帝泥塑模型。随后，我们制作了一系列精彩的影像，演示了泥塑重生再塑的过程，并辅以白色、紫色等明亮色为主色调的点、线、面等元素，将其映射到3D打印的模型上。影像结合AR技术和手势操纵，人们能在虚拟环境中与文物进行亲密互动。在制作手势交互时，我们进行了大量实验测试，以确保每一个手势动作都能带来稳定而流畅的交互体验。当观众在空中挥动双手，推拉之间，绚烂多彩的画面便在眼前流转，残破的真武大帝佛像逐渐变得清晰而生动。光影变幻间，我们实现了文物“重生”。

我们的作品主要通过线上数字平台展示，让跨越时空的珍贵文化遗产得以与更多人相遇。同时，我们也在庄浪县博物馆设立了实体交互展示区，为观众提供了亲身感受文物魅力的机会。在这个项目的创作过程中，我们深刻感受到了数字技术在文化遗产保护中的巨大潜力，我们也希望在未来能够进一步推动项目的发展，让更多的文化遗产得以“重生”。

责任编辑：贾倩颖