人骨顱面復(fù)原技術(shù)在考古學(xué)中的應(yīng)用

文 圖/杜振遠(yuǎn)

人骨顱面復(fù)原技術(shù)通過頭骨測(cè)量和一定的藝術(shù)手法來復(fù)原古人的面部。這一技術(shù)在考古學(xué)中的應(yīng)用，為考古學(xué)研究提供了一個(gè)新的視角，是考古學(xué)家找尋歷史真相的有效途徑，也是公共考古學(xué)發(fā)展的重要推動(dòng)力。

人 類骨骼遺存對(duì)研究人類的起源和發(fā)展、人種，還有古人生活方式、飲食結(jié)構(gòu)、風(fēng)俗習(xí)慣等有著不可替代的作用。成年人206 塊骨骼中，由23 塊骨骼組成的顱骨保留的這些信息最為豐富。體質(zhì)人類學(xué)對(duì)顱骨進(jìn)行觀察和測(cè)量，形成多組數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的對(duì)比，得到不同人種的差異。但僅靠數(shù)據(jù)不能形象表述人類典型特征和面貌，由此誕生了一項(xiàng)技術(shù)，在法醫(yī)人類學(xué)中這項(xiàng)技術(shù)被稱為人骨顱面復(fù)原，根據(jù)人體顱骨特征與面部特征之間的關(guān)系，用可塑性物質(zhì)在顱骨表面雕塑，或用其他科技方法（計(jì)算機(jī)顱面三維掃描等）來重建生前面貌形象。

顱面復(fù)原技術(shù)分類

目前主流的顱面復(fù)原技術(shù)包括兩種，一種是手工顱面復(fù)原法，又分為二維素描法和三維塑像法；另一種是計(jì)算機(jī)輔助復(fù)原法，又分為計(jì)算機(jī)輔助二維顱面復(fù)原法和計(jì)算機(jī)輔助三維顱面復(fù)原法。

手工顱面復(fù)原法

手工顱面復(fù)原法是用人工的方式通過素描（二維）和塑像（三維）的方式來復(fù)原顱骨生前的面貌。二維素描法，先對(duì)顱骨進(jìn)行清理和拼接，使其相對(duì)完整的放在法蘭克福平面上。然后對(duì)顱骨進(jìn)行觀察和測(cè)量，判斷性別、年齡、種族，是否有外貌疾病或創(chuàng)傷，并記錄判斷結(jié)果。根據(jù)鑒定結(jié)果，選擇相應(yīng)的面部軟組織厚度數(shù)據(jù)，并在顱骨上所對(duì)應(yīng)位置上進(jìn)行標(biāo)記。多角度對(duì)其拍照。最后用透明的硫酸紙覆蓋在照片上，描繪出復(fù)原圖。

三維塑像法有好幾種，比如美國(guó)方法，以特征點(diǎn)處的面部軟組織厚度作為顱面復(fù)原的依據(jù)；俄羅斯方法，主要依據(jù)顱面的解剖學(xué)形態(tài)進(jìn)行復(fù)原；曼徹斯特方法，綜合使用特征點(diǎn)處的軟組織厚度和頭面部的解剖結(jié)構(gòu)。總的來說，三維塑像法的一般流程為：對(duì)顱骨進(jìn)行清理和拼接；對(duì)顱骨進(jìn)行觀察和測(cè)量，鑒定性別、年齡、種族、疾病或創(chuàng)傷等；翻制顱骨的石膏模型；在顱骨的石膏模型上按收集或測(cè)得的面部軟組織厚度用軟塑膠泥在相應(yīng)部位上填充；根據(jù)眼眶、鼻骨、上下頜骨及牙齒的特點(diǎn)用軟塑膠泥復(fù)原眼、口、鼻、耳；根據(jù)遺物塑造頭發(fā)、眉毛、胡須等；最后，對(duì)整個(gè)塑膠泥像總體校正，使之盡可能反映生前面貌。

計(jì)算機(jī)輔助復(fù)原法

計(jì)算機(jī)輔助二維顱面復(fù)原法與素描法類似，由手工繪制變成計(jì)算機(jī)生成復(fù)原圖。先在軟件中進(jìn)行顱骨形態(tài)測(cè)量和圖像處理，產(chǎn)生一個(gè)面部框架；再?gòu)能浖南到y(tǒng)庫中調(diào)取適合此顱骨形態(tài)的面部器官數(shù)據(jù)；最后將各個(gè)面部器官合成在顱骨圖像中。這樣產(chǎn)生的顱面復(fù)原圖比手工繪制的復(fù)原圖精確一些。

北京猿人三次復(fù)原像：① 吳汝康等人復(fù)原 ② 魏敦瑞復(fù)原 ③ 格拉西莫夫復(fù)原（吳秀杰、稅午陽：《從奇和洞人顱面復(fù)原看我們的祖先長(zhǎng)什么樣》，《化石》2018 年第3 期）

計(jì)算機(jī)輔助三維顱面復(fù)原（包括CT 掃描或其他掃描）先對(duì)頭面部進(jìn)行掃描，提取和建立三維模型；依據(jù)顱骨、盆骨和肢骨的形態(tài)特點(diǎn)，判斷其年齡、性別、種族等特征，分析面部五官和軟組織的厚度；從面部軟組織數(shù)據(jù)庫、面部五官數(shù)據(jù)庫中選擇合適的模型進(jìn)行顱面部的復(fù)原。其難點(diǎn)在于對(duì)現(xiàn)生的頭骨和面部的數(shù)據(jù)收集、計(jì)算并生成現(xiàn)生模型，形成數(shù)據(jù)庫。此方法縮小了傳統(tǒng)手工測(cè)量的誤差，逐步取代了手工顱面復(fù)原技術(shù)。

在考古學(xué)中的應(yīng)用

手工顱面塑像復(fù)原

最早使用手工顱面塑像復(fù)原法復(fù)原的是北京猿人。20 世紀(jì)30 年代，魏敦瑞先生對(duì)出土的北京猿人頭骨化石進(jìn)行研究并嘗試復(fù)原顱骨面貌，著名雕塑家路西爾·斯旺女士制作了女性北京猿人復(fù)原像，使用北京猿人第11 號(hào)頭骨以及可能屬于同一頭骨的一塊左上頜骨和一塊硬腭，下頜骨則選用一塊屬于老年女性的下頜材料。復(fù)原面部軟組織時(shí)，魏敦瑞依靠?？嗽S德特所調(diào)查現(xiàn)生人的數(shù)據(jù)資料，對(duì)此進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整。耳、眼、口、鼻復(fù)原時(shí)依靠一般化數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)原。

1939 年，格拉西莫夫嘗試復(fù)原男性和女性北京猿人，女性頭像是根據(jù)第2 號(hào)頭蓋骨復(fù)原的，復(fù)原時(shí)使用的軟組織厚度和眼、耳、鼻、口數(shù)據(jù)未說明。

1954 年，吳汝康、吳新智、王存義等人對(duì)北京猿人頭像再次復(fù)原，此次復(fù)原參考魏敦瑞所用材料，對(duì)魏氏復(fù)原軟組織中出現(xiàn)的問題進(jìn)行修正，根據(jù)格拉西莫夫的《從頭骨復(fù)原面貌的原理》一書中介紹的方法復(fù)原。復(fù)原的頭像臉部上下較為寬闊，眼外角稍向下斜而非向上斜，鼻翼較寬而低，鼻尖較明顯，鼻根較窄，唇較薄，口裂位置較下，發(fā)際較高，頭發(fā)的波形更為明顯，表現(xiàn)出中年女性的形象。

玉門火燒溝男性顱骨復(fù)原（左崇新：《甘肅玉門火燒溝墓地男性頭像復(fù)原》，《史前研究》1985 年第2 期）

1979 年，王建軍和劉開渠以魏敦瑞修復(fù)的女性頭骨為基礎(chǔ)對(duì)北京猿人女性復(fù)原像進(jìn)行了再次復(fù)原。

經(jīng)過前后4 次復(fù)原，北京猿人的面貌形象逐漸細(xì)化，更加深入人心。之后遠(yuǎn)古人類的面貌復(fù)原主要有藍(lán)田人、馬壩人、金牛山人、大荔人、山頂洞人、柳江人、扎賚諾爾人、麗江人、半坡人女性、萬年仙人洞女性、賈湖男性、鎮(zhèn)江城頭山人等。

1976 年，甘肅玉門火燒溝遺址清理了300多座青銅時(shí)代的墓葬，獲得大批保存較好的人類骨骼。遺存可能屬于古代羌族的文化，為再現(xiàn)古代羌人面貌，考古專家選取M128 甲號(hào)頭骨進(jìn)行面貌復(fù)原：首先對(duì)所選頭骨進(jìn)行觀察和測(cè)量，鑒定出該頭骨具有較為明顯的男性特征，根據(jù)牙齒的磨損程度判斷其年齡為20—25 歲；隨后對(duì)該頭骨的面貌形態(tài)（顱面部、五官的基本形態(tài)、頭面部軟組織厚度設(shè)置）進(jìn)行估計(jì)，其中軟組織厚度是根據(jù)貝克納測(cè)量的6 個(gè)現(xiàn)代男性中國(guó)人面部各處軟組織的平均厚度進(jìn)行的預(yù)估；之后對(duì)頭骨部分殘缺進(jìn)行修補(bǔ)；然后在頭骨上翻制石膏模型，將石膏模型放置在法蘭克福平面位置；將顳肌和咬肌塑造出來；對(duì)頭骨上粘貼各個(gè)軟組織特征點(diǎn)標(biāo)記；在頭骨上用對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度、厚度的泥條進(jìn)行粘貼；進(jìn)行眼、鼻、口、耳的復(fù)原；最后進(jìn)行發(fā)型和服飾的復(fù)原。

依據(jù)以上的方法，學(xué)者將內(nèi)蒙古烏蘭察布盟察右前旗豪欠營(yíng)遼墓契丹族人骨和廟子溝遺址出土的人骨進(jìn)行顱面復(fù)原，形象地展示出少數(shù)民族的面部、服飾等特征。

計(jì)算機(jī)輔助三維復(fù)原

2002 年，吉林大學(xué)邊疆考古研究中心首次利用三維技術(shù)復(fù)原出老山漢墓女墓主的面貌。該墓主為西漢時(shí)期某諸侯王的一名30 歲左右的王后，顱骨修整后按照法蘭克福平面放置在定顱器上，用相機(jī)設(shè)定好固定的參數(shù)對(duì)顱骨進(jìn)行拍照，以便照片明暗相同，得到的照片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，將顱骨照片調(diào)整為1:1，隨后放置在統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。之后對(duì)面部軟組織的厚度和眼、鼻、口、耳部復(fù)原，面部軟組織厚度的復(fù)原采用頭面部軟組織混同塑造法，并根據(jù)顱骨表面肌嵴的發(fā)育程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，這些操作都完全應(yīng)用三維技術(shù)在顱骨建模上進(jìn)行。最后對(duì)復(fù)原像進(jìn)行后期三維處理。

運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助三維復(fù)原的案例：① 老山漢墓女墓主 ② 東大井漢代鮮卑人 ③ 吐爾基山遼墓契丹貴族 ④ 臺(tái)灣南科人 ⑤ 西安唐李倕

老山漢墓女墓主的復(fù)原是由顱面的形態(tài)特征和歷史生活背景相結(jié)合得出的，透過復(fù)原的人像，我們不僅能看到臉部的面貌，還能看到西漢貴族女性的衣著與發(fā)式，能夠更切身感受考古學(xué)的魅力和歷史與科技的結(jié)合。

計(jì)算機(jī)輔助三維復(fù)原法具有更強(qiáng)的科學(xué)性，復(fù)原效果直觀生動(dòng)，工作周期短，過程完全數(shù)字化。隨后多處遺址的顱骨面貌復(fù)原均用此種方法，如內(nèi)蒙古東大井漢代鮮卑人面貌復(fù)原、西安唐李倕面貌復(fù)原、內(nèi)蒙古吐爾基山遼墓契丹貴族面貌復(fù)原、奇和洞人面貌復(fù)原、臺(tái)灣南科遺址出土人骨面貌復(fù)原、山頂洞101 號(hào)男性頭骨面貌復(fù)原、安徽白鷺洲戰(zhàn)國(guó)墓M566 墓主面貌復(fù)原。其中復(fù)原奇和洞古人顱骨面貌時(shí)，提出了一種基于偏最小二乘回歸（一種有效的多元線性回歸方法，集成了主成分分析、典型相關(guān)分析、線性回歸分析的優(yōu)點(diǎn)）來計(jì)算顱面形態(tài)關(guān)系以及面貌統(tǒng)計(jì)形制模型約束的顱面交互復(fù)原方法，實(shí)現(xiàn)奇和洞人生前容貌基本形態(tài)的復(fù)原。

圖① 奇和洞人復(fù)原像

圖② 安徽白鷺洲M566 墓主人復(fù)原像

圖③ 山頂洞101 號(hào)男性復(fù)原像

其步驟為，先分別定義顱骨和面貌的模型，表示其平均顱骨和面貌模型，對(duì)于顱骨和面貌稠密點(diǎn)云進(jìn)行剛性配準(zhǔn)，隨后利用主成分分析法，建立現(xiàn)生人顱骨和面貌的統(tǒng)計(jì)形狀模型，得出顱骨和面貌之間的形態(tài)關(guān)系，利用偏最小二乘回歸法計(jì)算顱面形態(tài)關(guān)系。然后在要復(fù)原的顱骨上標(biāo)定特征點(diǎn)，采用非剛性算法實(shí)現(xiàn)顱骨和現(xiàn)生人平均顱骨模型的非剛性變形，建立兩個(gè)顱骨之間的點(diǎn)云稠密對(duì)應(yīng)關(guān)系。將要復(fù)原的顱骨的對(duì)應(yīng)點(diǎn)與顱骨統(tǒng)計(jì)形狀模型中的平均顱骨模型進(jìn)行對(duì)齊，進(jìn)而計(jì)算主成分系數(shù)。最后依據(jù)顱面形態(tài)關(guān)系，計(jì)算復(fù)原面貌在面貌形態(tài)空間中的系數(shù)，得出復(fù)原面貌的三維模型。

在復(fù)原安徽白鷺洲戰(zhàn)國(guó)墓M566 墓主面貌時(shí)，考古人員就采用了這種方法。復(fù)原山頂洞101 號(hào)男性顱骨面部軟組織過程中，提出了一種基于面部軟組織分布和面貌統(tǒng)計(jì)形狀模型的形態(tài)分析方法，實(shí)現(xiàn)了顱面復(fù)原結(jié)果的評(píng)估。

在考古學(xué)中的作用

考古學(xué)致力于研究古代社會(huì)遺留下來的物質(zhì)文化，并研究過去的人類與社會(huì)。顱面復(fù)原技術(shù)是考古工作者發(fā)掘古代遺物、證實(shí)和增補(bǔ)歷史信息、留存和發(fā)展古代歷史生活的一個(gè)重要載體，將歷史線索一步步探明，發(fā)掘歷史真相的有效方式，為考古學(xué)研究帶來新的視角和新的天地。該技術(shù)所利用的材料為頭骨，研究人的本身是人類骨骼考古學(xué)的范疇，故顱面復(fù)原技術(shù)對(duì)于人類骨骼考古學(xué)亦是十分有益的。著名的英國(guó)生物考古學(xué)家夏洛特·羅伯茨教授曾說：“我們每個(gè)人的身體都包含一副骨骼，我們想對(duì)自己的骨骼有更多的了解?！比祟惖娜菝渤休d著豐富的信息，如性別、年齡、種族、飲食習(xí)慣、疾病等，通過顱面復(fù)原技術(shù)重現(xiàn)古人的面貌，對(duì)于這些方面的研究有著非常重要的價(jià)值。

同時(shí)，考古成果在向公眾展示中，使用可視化的手段是非常必要的，顱面復(fù)原技術(shù)有助于將考古成果向公眾更加清晰、全面地呈現(xiàn)出來，達(dá)到以史育人的目的。希望人像復(fù)原技術(shù)手段與考古學(xué)、人類學(xué)專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，高效、準(zhǔn)確地復(fù)原古人容貌，為考古學(xué)的發(fā)展注入新動(dòng)力。但顱面復(fù)原技術(shù)還存在一些局限，如公式不同，得出的結(jié)果亦不同，準(zhǔn)確性難以保證，且供復(fù)原的完整軟件不足，這些需要研究人員進(jìn)一步攻克，得出更為簡(jiǎn)單快捷的復(fù)原模式。