打造數(shù)字“文物方舟”

文|盧茹彩

浙江大學(xué)文物方舟團(tuán)隊(duì)成員在敦煌莫高窟第 100 窟工作現(xiàn)場(chǎng)。

“‘文物方舟’，顧名思義，就是我們希望能和時(shí)間賽跑，將更多的文物信息保留在‘方舟’上?！闭憬髮W(xué)文物方舟團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師刁常宇說，他們希望做一群“擺渡人”，“將這些歷經(jīng)歲月滄桑后的文物背后的故事擺渡到千年后的今天，也擺渡到大洋彼岸，載著中華文明的種子，走向全世界”。

成立10年來，浙江大學(xué)文物方舟團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù)進(jìn)行文物復(fù)制和展示，讓不可移動(dòng)的文物“走近”大眾。

從敦煌開始的探索

說起文物方舟團(tuán)隊(duì)在文物數(shù)字化領(lǐng)域的探索，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李敏說，故事還要從上世紀(jì)90年代講起。

1997年7月，時(shí)任浙江大學(xué)校長(zhǎng)潘云鶴首次訪問敦煌莫高窟，與時(shí)任敦煌研究院院長(zhǎng)樊錦詩(shī)共同啟動(dòng)了敦煌壁畫數(shù)字化采集與修復(fù)的研究工作，組建了一支跨學(xué)科的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，高保真采集敦煌壁畫。

“樊錦詩(shī)院長(zhǎng)曾說，莫高窟老化消失的趨勢(shì)只能延緩，無法逆轉(zhuǎn)?！崩蠲艚榻B說，2010年至2014年，浙大科技考古團(tuán)隊(duì)歷時(shí)4年，高保真還原了敦煌莫高窟開鑿于初唐時(shí)期的220號(hào)窟，該窟所存佛像等較好地保留了初唐時(shí)的風(fēng)貌，是研究初唐時(shí)期塑像的標(biāo)準(zhǔn)作品。“這次復(fù)制窟采用 1∶1 比例尺寸，石窟形制按三維數(shù)據(jù)精確重建。壁畫采用專用宣紙噴繪，附于泥底地仗層上，最大程度地還原了原窟的色彩與質(zhì)感。”

2012年，李敏所在的文物方舟團(tuán)隊(duì)依托浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院成立，繼續(xù)開展長(zhǎng)達(dá)10年的文物數(shù)字化保護(hù)探索。 截至目前，團(tuán)隊(duì)共完成133個(gè)數(shù)字化項(xiàng)目，走遍了全國(guó)24個(gè)省份，跋涉15萬公里，每年有超過150天的時(shí)間在做采集工作。

“除石窟外，壁畫、墓葬、寺廟等也都是我們團(tuán)隊(duì)采集和復(fù)制的對(duì)象?！崩蠲粽f，讓團(tuán)隊(duì)引以為豪的項(xiàng)目有很多，云岡石窟第3窟、第12窟，龍門石窟，托林寺壁畫，青州博物館、大足石刻復(fù)制窟等不一而足。其中，云岡石窟第12窟是團(tuán)隊(duì)與云岡石窟研究院合作制作的世界上首個(gè)可移動(dòng)的3D打印石窟。

云岡石窟第12窟俗稱“音樂窟”，洞窟前室北壁上方的天宮伎樂飛天手持各種民族樂器，生動(dòng)反映了北魏宮廷樂隊(duì)演出時(shí)的風(fēng)貌，是研究中國(guó)古代音樂史的珍貴資料。復(fù)原石窟高8.5米、寬12.2米、入深14.5米。“這次復(fù)制歷時(shí)3年多完成，不僅是世界上首次使用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)大體量文物復(fù)制工程，也首次實(shí)現(xiàn)了超大型文物的可移動(dòng)展示。其三維重建誤差小于2毫米，觸及領(lǐng)域‘天花板’，并且采用110塊積木式組裝，拉運(yùn)自如可行遍天下，邁出云岡石窟走向世界的第一步。” 李敏說。

克服技術(shù)難題

李敏是浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的博士。最初，這個(gè)項(xiàng)目由計(jì)算機(jī)學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，其研究方向?yàn)槔脭?shù)字化技術(shù)采集和保存文物信息。自浙江大學(xué)藝術(shù)與考古學(xué)院在2019年成立后，越來越多來自考古、文博等其他專業(yè)的新生力量加入團(tuán)隊(duì)，為團(tuán)隊(duì)的工作帶來全新視角——利用3D打印技術(shù)將不可移動(dòng)的文物進(jìn)行跨地域展覽。這也是學(xué)院強(qiáng)調(diào)的“藝術(shù)+科技”保護(hù)模式。

目前，除李敏外，團(tuán)隊(duì)還包括裘霖山、葛云飛、萬伊寧、白宇璇等14名成員，組成了考古組、創(chuàng)意組、計(jì)算機(jī)組等不同的任務(wù)鏈條，共同完成項(xiàng)目建設(shè)。采集數(shù)據(jù)信息、建立三維模型、完成3D打印并進(jìn)行安裝展示，這些環(huán)節(jié)構(gòu)成了團(tuán)隊(duì)數(shù)字化保護(hù)和展示的核心。李敏說，“最難的是采集和建模環(huán)節(jié)”。

“采集時(shí)由于石窟形狀復(fù)雜，我們就在攝影測(cè)量的基礎(chǔ)上結(jié)合使用三維激光掃描技術(shù)。但為了避免對(duì)彩繪造成傷害，采集時(shí)光線不能太強(qiáng)，但這樣又會(huì)造成色差?！崩蠲粽f，為此，團(tuán)隊(duì)研發(fā)開創(chuàng)了顏色校準(zhǔn)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了在各種照明條件下對(duì)石窟表面色彩的精準(zhǔn)還原。此外，他們還首次引入深度學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)損毀的石窟表面進(jìn)行色彩修復(fù)還原。

以云岡石窟第12窟為例，團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3個(gè)月，拍攝時(shí)用到了GIS測(cè)量、無人機(jī)航測(cè)、考古圖版拍攝等技術(shù)，共采集照片5萬多張。在接下來的建模環(huán)節(jié)，需要同時(shí)完成3100G圖像信息的計(jì)算，“這個(gè)數(shù)據(jù)量已經(jīng)突破所有三維重建軟件的計(jì)算極限”。最終，他們采用自主研發(fā)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)并行計(jì)算，完成了這個(gè)超大規(guī)模的三維重建。

云岡石窟第3窟數(shù)字化成果。

這些年來，文物方舟團(tuán)隊(duì)在技術(shù)上不斷取得突破，其自主研發(fā)的浙江大學(xué)第五代壁畫書畫高保真采集設(shè)備躋身國(guó)內(nèi)領(lǐng)先國(guó)際一流行列，光度立體三維掃描儀可實(shí)現(xiàn)國(guó)際領(lǐng)先水平的高反光文物采集。

李敏表示，未來在3D打印技術(shù)逐漸趨于成熟的階段，“文物方舟”將會(huì)更關(guān)注如何利用VR、AR技術(shù)搭建虛擬文物空間。同時(shí)，要在創(chuàng)新復(fù)制技術(shù)上發(fā)力，為實(shí)現(xiàn)完全還原文物的質(zhì)感而投入更多力量。

傳承社會(huì)記憶

談及做這項(xiàng)工作的意義，李敏說，團(tuán)隊(duì)不僅在國(guó)內(nèi)進(jìn)行中小學(xué)推廣教育，同時(shí)還與國(guó)外頂尖大學(xué)合作開設(shè)課程與項(xiàng)目，從而“讓大眾關(guān)注文物保護(hù)工作，增加對(duì)歷史的敬畏，提高文物保護(hù)意識(shí)，并傳承、發(fā)揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化”。

文物方舟團(tuán)隊(duì)與哈佛大學(xué)合作開設(shè)了埃及金字塔VR課程；與倫敦大學(xué)學(xué)院合作開展了“山西省瀕危寺觀壁畫數(shù)字化保護(hù)與傳播”項(xiàng)目；與尼泊爾國(guó)家文物局合作并主持援助尼泊爾九層神廟的數(shù)字化調(diào)查工作，協(xié)助培訓(xùn)當(dāng)?shù)乜脊湃瞬拧?/p>

“國(guó)外的文物數(shù)字化探索比我們要早很多，但大多集中在可移動(dòng)文物領(lǐng)域，對(duì)不可移動(dòng)文物的嘗試較少，這很大程度上是因?yàn)椋谖奈锉Ｗo(hù)領(lǐng)域走在前列的很多國(guó)家并沒有像中國(guó)如此大體量的不可移動(dòng)遺跡?！钡蟪Ｓ钫f，中國(guó)不論是石窟寺、木構(gòu)建筑，還是寺廟、壁畫等，都有大量的遺產(chǎn)保存至今，“這是一筆在全世界范圍內(nèi)都極為珍貴的文化瑰寶”。

“我們有時(shí)候覺得文物很陽(yáng)春白雪，就是因?yàn)樗佟⑻∮?、太難以接近，因此它們好像很嚴(yán)肅、很神秘。普通人可能覺得自己和歷史文物沒有關(guān)系，但其實(shí)這些都是我們祖先智慧的結(jié)晶，跟每個(gè)人息息相關(guān)?！崩蠲粽f，團(tuán)隊(duì)借助數(shù)字技術(shù)手段，全面、系統(tǒng)、科學(xué)地記錄文物信息，搶救性地為中國(guó)文物建立礦藏級(jí)別的數(shù)字檔案，保護(hù)文物本體，也是保護(hù)它們所承載的社會(huì)記憶。