計算機輔助文物修復(fù)中的若干問題研究

吳鑫宇

摘 要：文物是寶貴的人類財富，理應(yīng)得到更好的保護。文物在被發(fā)現(xiàn)之前以及被發(fā)現(xiàn)的過程，會不可避免地受到損傷。為此，文物修復(fù)工作顯得尤為重要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助文物修復(fù)已被更多的應(yīng)用到文物保護、文物修復(fù)工作中，并逐漸發(fā)揮出更大的效能。文章主要以此為背景，研究了計算機輔助文物修復(fù)的背景、優(yōu)勢，并對其中可能出現(xiàn)的問題進行了探討。

關(guān)鍵詞：文物修復(fù);計算機輔助;殘片提取;問題探討;技術(shù)應(yīng)用

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

文物的損傷是千差萬別的①，不同的材質(zhì)、不同的顏料、不同的破損程度等，都為文物修復(fù)工作增加了難度，讓這項工作成了技術(shù)難度高、準備工作復(fù)雜、人員精準度要求高的工作，也成為文物保護工作中不可或缺的一個環(huán)節(jié)，價值巨大。當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)日新月異，計算機成了人類研究科研的好幫手，在文物修復(fù)、復(fù)原領(lǐng)域，計算機也越來越多地參與到輔助工作的開展進程中，利用其自身的優(yōu)勢，越來越多地幫助科研人員和手工匠人減輕了工作負擔(dān)，也從一定程度上降低了文物修復(fù)工作的難度。

1 文物修復(fù)與計算機輔助

在研究本文的核心內(nèi)容時，首先應(yīng)當(dāng)明確何為文物修復(fù)。文物修復(fù)，從字面上理解就是對文物丟失、損毀、被破壞、自然消弭等問題進行修復(fù)的過程。而在此過程中，修復(fù)者需要兼具傳統(tǒng)技藝與科學(xué)技術(shù)手段，運用這些直接對文物進行物理的和化學(xué)的修復(fù)措施，通過這樣的修復(fù)措施以延續(xù)文物生命，更便于保存文物、認識文物完整的藝術(shù)與歷史樣貌。通過文物修復(fù)，文物本身也可以減輕或者緩解本身已有的病害，確保未來長期存續(xù)，安全保存。因此，文物修復(fù)是文物保護工作的重要環(huán)節(jié)與不可或缺的組成部分。

計算機輔助顧名思義就是利用計算機先進的技術(shù)和強大的功能進行輔助。計算機有著圖形描繪、圖像勾勒、虛擬輔助等優(yōu)勢，通過計算機輔助文物修復(fù)、復(fù)原，在計算方面也能節(jié)省更多的人力，速度快并且效率高。通過計算機輔助文物修復(fù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進步的一大成果，也為文物修復(fù)工作減輕了部分負擔(dān)。

2 計算機輔助文物修復(fù)的背景與優(yōu)勢

文物修復(fù)是直接在文物本體上展開的，在很大程度上會改變文物。雖然現(xiàn)代匠人都有著極高的天賦與高超的技藝，但是也難免會出現(xiàn)修復(fù)過程中對文物的損傷和對原有樣貌的影響，稍有不慎，就容易造成文物的不可逆?zhèn)Α＞烤谷绾未蚱莆奈镄迯?fù)的這種困局呢？在計算機輔助文物修復(fù)后，這樣的問題就得到了明顯的改善。計算機輔助技術(shù)包括對被修復(fù)文物缺失部分、損傷部分以及病害的數(shù)據(jù)分析，也包括對虛擬成像技術(shù)的應(yīng)用，能通過文物的虛擬復(fù)原來避免直接在文物本體上進行操作對文物本身可能造成的影響。同時，計算機輔助文物修復(fù)，能夠代替人力做大量的前期工作和數(shù)據(jù)整理歸類，讓人力解放出來，將更多的精力投入到文物修復(fù)的具體實施工作當(dāng)中。

在這樣的背景下，計算機輔助文物修復(fù)被更多的應(yīng)用到了文物修復(fù)工作中。具體來看，計算機輔助文物修復(fù)的優(yōu)勢包括以下幾方面：

一是，更符合文物修復(fù)的最少干預(yù)原則。在文物修復(fù)的幾大原則中，最基礎(chǔ)的一條原則就是對文物進行最少的干預(yù)，盡可能讓文物保持出土?xí)r的原貌。計算機輔助文物修復(fù)可以通過對文物數(shù)據(jù)的采集與可能的修復(fù)方案比對，先行形成文物修復(fù)的虛擬圖像，通過3D打印技術(shù)和虛擬成像技術(shù)等，脫離開文物本身，形成一個與文物本身等比例縮放或同樣大小的被修復(fù)文物樣本，這樣既能夠修復(fù)文物，又不會過多的干預(yù)文物本身，遵循了最少干預(yù)原則。②

二是，避免對文物造成不可逆損傷。在文物人工修復(fù)的過程中，各種不可控的因素與千差萬別的文物病害、損傷造成的修復(fù)難度，都有可能造成文物修復(fù)的不可逆?zhèn)Γ@將造成巨大的文物價值縮減，并令許多人扼腕嘆息。如果合理運用計算機輔助文物修復(fù)，就可以將文物可能在修復(fù)過程中出現(xiàn)的各種問題進行提前預(yù)判與演練，制定合理的解決方案，就能極大程度避免文物修復(fù)帶給文物的不可逆?zhèn)Γ裱丝赡嫘栽瓌t。同時，通過計算機輔助文物修復(fù)，能夠優(yōu)先利用計算機的虛擬技術(shù)完成多個方案的修復(fù)成像，進行科學(xué)對比，為今后的再修復(fù)、可逆化修復(fù)工作進行更充足的儲備。

三是，綜合對比修復(fù)所用的各類原材料，尋找到最佳匹配。對于一些文物修復(fù)中顏料褪色、剝落、病害問題導(dǎo)致的文物損傷修復(fù)，就需要想到一切可能，尋找到更匹配原文物的原材料，才有可能達到與文物協(xié)調(diào)統(tǒng)一的美感與藝術(shù)性。但是材料、色彩的搭配組合有許多可能性，如果通過人力一一尋找并逐個比對嘗試，將會耗損巨大的原材料，工作人員需要付出的艱辛與工作量也是不可估量的。運用計算機輔助文物修復(fù)，就可以提取各類原材料的樣本參數(shù)，通過虛擬匹配調(diào)整可能的配比和方案，顏色的敏感度更高，配比也更為嚴謹，多次的試錯也能避免原材料的浪費，大大縮減了人力損耗的同時，更能快速篩選出最佳方案。通過最終的方案虛擬比對，能更好地評估所選材料和配比是否符合原文物的基礎(chǔ)樣貌，更能夠幫助文物復(fù)原更好地與文物本體融為一體，保持原有的美感與藝術(shù)性，不顯得突兀，更不刻意為之。

四是，保持文物的可識別性和保存的耐久性。文物本身的價值包括可識別性、紋路、尺寸、光澤配色、印章刻字等，在修復(fù)的過程中必須遵循保持其可識別性的原則。而這些可識別性往往有著極高的敏感度，稍有不慎就會造成識別性降低、破壞的問題。計算機輔助文物修復(fù)能夠用更加科學(xué)、嚴謹?shù)倪\算和模型比對來形成可識別性的最佳保留，比人眼有著更強的敏感度。而對于修復(fù)過程中選料、操作都十分嚴謹?shù)奈奈锾幹茫€應(yīng)當(dāng)有后續(xù)持久性的測試。鑒于文物本身的脆弱、易損傷，更應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)運用計算機輔助文物修復(fù)，對后續(xù)的可耐久度和持續(xù)性進行測試，避免日后對文物已修復(fù)部分的反復(fù)修改與重復(fù)勞動。

五是，更便于開展不可移動文物的就地保護與修復(fù)。文物中，有些可移動，有些則不可移動，按照不可移動文物的保護原則，應(yīng)當(dāng)遵循原址保護的原則。那么，這些無法移動的文物在修復(fù)的過程中就產(chǎn)生了更多的空間障礙，操作環(huán)境也較復(fù)雜，戶外研究無法等同于室內(nèi)研究，各項工作都有可能受阻。如果運用計算機輔助文物修復(fù)工作，就可以利用計算機與戶外高精度攝影、攝像設(shè)備的結(jié)合，更好地遠程采集文物數(shù)據(jù)，讓科學(xué)家打破時間、空間的阻礙，遠程操作文物修復(fù)影像。既避免了移動原文物，減少了傷害，又為科研創(chuàng)造了更加便捷的環(huán)境。同時可以利用遠程監(jiān)視系統(tǒng)，實時監(jiān)測文物周邊的環(huán)境和氣候等條件因素，為科研準備充足的數(shù)據(jù)參考，讓文物修復(fù)工作少走彎路，效率更高。

3 計算機輔助文物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用過程應(yīng)注意的問題

計算機輔助文物修復(fù)技術(shù)在現(xiàn)階段已經(jīng)廣泛應(yīng)用到文物修復(fù)、復(fù)原工作中。在其間，計算機輔助文物修復(fù)的優(yōu)勢已經(jīng)顯而易見，但是相對比脆弱敏感的文物，以及千年傳承的人工文物修復(fù)技術(shù)而言，計算機輔助文物修復(fù)技術(shù)仍然“年輕”，在應(yīng)用的過程中必然會存在一些問題需要解決。通過總結(jié)，本文將計算機輔助文物修復(fù)當(dāng)中常見的問題歸納如下。

①計算機輔助文物修復(fù)數(shù)據(jù)的采集與保存。計算機輔助文物修復(fù)最基礎(chǔ)的優(yōu)勢就是其快速的數(shù)據(jù)提取與保存，尤其是超高速的運算加工能力，更是令人自嘆不如。然而計算機輔助文物修復(fù)的數(shù)據(jù)采集工作前期仍然以人力為主導(dǎo)，需要先確定采集的內(nèi)容、采集的區(qū)域、采集的角度等，計算機歸根結(jié)底是依靠人來操作完成的，無論是數(shù)據(jù)運算也好，或者是信息分類也好，都需要人給予計算機詳細的算法規(guī)則與分類思路，并制定好日后更便于開展文物修復(fù)后續(xù)工作的開展思路，才能更高效地利用好計算機的優(yōu)勢，來輔助文物修復(fù)工作的展開。因此在計算機輔助文物修復(fù)的數(shù)據(jù)采集與保存過程中，科研人員與修復(fù)團隊一定要全程參與其中，合理規(guī)劃好計算機參與其中的運行軌跡，避免因為缺乏規(guī)劃和統(tǒng)籌安排造成數(shù)據(jù)采集的缺失。后期的數(shù)據(jù)補采又需要對計算機本身進行新的程序編寫，錄入的過程也有可能出現(xiàn)錯漏，這些都是嚴重影響計算機輔助文物修復(fù)前期工作進度的問題。在數(shù)據(jù)采集后，工作人員還必須按照文物修復(fù)所需的邏輯思維來進行數(shù)據(jù)整理和保存，便于日后調(diào)閱信息，以作為佐證與參考。同時，計算機輔助文物修復(fù)的資料采集與保存還應(yīng)當(dāng)考慮到與博物館、鑒定所、展覽館、圖書館等相關(guān)資料存儲、展出、鑒定等社會部門的聯(lián)動，形成長期可優(yōu)化維護的數(shù)據(jù)庫，避免數(shù)據(jù)因年代久遠而遺失、損壞等等。必要的存檔備份，也是必不可少的。

②計算機輔助文物修復(fù)的科研基礎(chǔ)與科研人員。對于計算機輔助文物修復(fù)的應(yīng)用而言，計算機的使用操作固然重要，但是再強大的操作都應(yīng)當(dāng)以科學(xué)研究的成果與學(xué)術(shù)討論的成績?yōu)榛A(chǔ)。在我國，文物資源豐富，亟待發(fā)掘和已發(fā)掘需要修復(fù)的文物都不在少數(shù)。因此致力于文物保護研究的科研人員與參與相關(guān)學(xué)術(shù)討論的學(xué)者也頗多，他們?yōu)槲奈镄迯?fù)工作提供了可靠的科研依據(jù)和學(xué)術(shù)成果。然而，將計算機輔助文物修復(fù)這一學(xué)術(shù)話題在我國學(xué)術(shù)界仍然屬于資源量較少、起步比較晚的課題，許多學(xué)者并不了解計算機技術(shù)，而了解計算機技術(shù)的人員又缺乏文物保護的相關(guān)背景知識，這使計算機輔助文物修復(fù)的科研基礎(chǔ)稍顯薄弱，相關(guān)的科研人員與計算機操作人員難以完全滿足計算機輔助文物修復(fù)工作的開展需要。這就是當(dāng)前我國許多研究領(lǐng)域都存在的人才、學(xué)術(shù)研究、實際應(yīng)用三者之間的常見矛盾。要解決這一問題，應(yīng)當(dāng)定向培養(yǎng)一批專業(yè)從事計算機輔助文物修復(fù)的人才，讓他們兼具文物修復(fù)的基礎(chǔ)知識背景和計算機建模、運算、操作、模擬成像等計算機技術(shù)。當(dāng)然，這是一個比較漫長的過程，如果想要緩解、解決目前的問題，也可以定期組織文物修復(fù)的科研人員進行計算機專業(yè)技術(shù)的定向培訓(xùn)，讓一批意識超前、關(guān)心文物保護的計算機從業(yè)人員多多涉獵文物修復(fù)方面的知識，促進兩種不同方向的人才融合交匯，形成行業(yè)之間的互助，打破人才瓶頸。

③計算機輔助文物修復(fù)數(shù)據(jù)庫的不斷擴容。在計算機輔助文物修復(fù)的過程中，除了先期采集的數(shù)據(jù)之外，還會不斷地增加新的數(shù)據(jù)，這讓計算機的數(shù)據(jù)庫不斷地被擴容，現(xiàn)行的計算數(shù)據(jù)庫容量雖然較2000年之前有了極大的改觀和容量的提升，但是如果計算機數(shù)據(jù)庫不斷地疊加，那么運算的速率自然會被影響，研究的效率也會被限制。因此計算機的數(shù)據(jù)庫不能僅僅依靠擴容來解決數(shù)據(jù)的不斷存續(xù)問題，而是應(yīng)當(dāng)做好更充分的分類保存工作，可以建立多個不同內(nèi)容的計算機數(shù)據(jù)庫，分類保存各個不同內(nèi)容的文物修復(fù)數(shù)據(jù)。如按照顏色分類儲存、按照年代分類儲存、按照文物類別分類儲存等，這些都是可以參考的儲存方式。但是長遠來看，還是應(yīng)當(dāng)建立綜合立體化的搜索方式與數(shù)據(jù)庫的多重數(shù)據(jù)提取算法，讓計算機的數(shù)據(jù)庫不僅僅是擴容，而是有計劃、有方向地擴容，能夠更好地服務(wù)于計算機輔助文物修復(fù)工作的展開。此外，還應(yīng)當(dāng)設(shè)置專門的管理崗位，用以梳理長期存續(xù)的數(shù)據(jù)資料，讓工作開展得更為科學(xué)、順暢。

④計算機輔助文物修復(fù)與其他先進技術(shù)的輔助推進。計算機輔助文物修復(fù)從來都不只是依靠計算機本身就能完成的工作，它只是一個代名詞，其中必然要借助其他相關(guān)設(shè)施設(shè)備、先進技術(shù)的輔助與合作才能完成。就當(dāng)前來看，計算機輔助文物修復(fù)前期數(shù)據(jù)的采集與提取，就要依靠物聯(lián)網(wǎng)、高精度測量儀器、高清晰度攝影攝像機、遠程遙控的監(jiān)視設(shè)備以及自然環(huán)境監(jiān)測儀器等眾多高科技設(shè)備。如果說計算機是一個負責(zé)運算處理的盒子，那么這些采集設(shè)備的作用就在于將更為精細化、準確科學(xué)化的數(shù)據(jù)拿到手，最終交付給計算機，它們功不可沒。在文物修復(fù)的過程中，計算機還需要與成像技術(shù)、3D建模技術(shù)、CAD出圖、平面設(shè)計、動畫等相關(guān)技術(shù)相互配合，才能繪制出文物修復(fù)、復(fù)原之后的影像，為文物修復(fù)工作提供可參考的依據(jù)。文物修復(fù)后期，計算機通過與線下流行的3D打印技術(shù)、人工穿戴設(shè)備、實景模擬器、立體全息投影等相互配合，就能夠更接近于真實的模擬已修復(fù)的文物，將其更加活靈活現(xiàn)地呈現(xiàn)在人們面前，讓文物煥發(fā)出新的生機與活力。因此，計算機輔助文物修復(fù)工作絕不僅僅是計算機參與而已，而是它與更多先進設(shè)備、先進科技相互作用的結(jié)果。

⑤計算機輔助文物修復(fù)的價值最大化。在許多人眼中，文物修復(fù)只是強行用人為的技術(shù)恢復(fù)了文物的外形，文物本身的價值和精髓并沒有得到質(zhì)的提升，一些修復(fù)之后的文物反而沒有了出土?xí)r的原始魅力，所以他們認為文物修復(fù)是一項有違自然規(guī)律的工作。的確，昔日的文物修復(fù)必須要在文物本身上進行，必然會對文物本身的樣貌發(fā)生一些改造，但這也是為了人們能夠更加全面地了解文物原始的完整形態(tài)，其功能不必深究。單就人們提出的質(zhì)疑而言，計算機輔助文物修復(fù)就可以解決這一質(zhì)疑。通過計算機輔助文物復(fù)原圖像的呈現(xiàn)，人們可以在不改變文物出土原貌的基礎(chǔ)上，利用虛擬技術(shù)勾勒出復(fù)原后的文物圖像，再加以現(xiàn)代技術(shù)的輔助，這些被復(fù)原的文物可以代替原有文物本體進行展出。并可以依靠立體成像和人工智能、體感等途徑，讓人們近距離與文物接觸，既打破了文物修復(fù)的自然悖逆論，又能夠進一步發(fā)揮文物育人、文物親人的新的生機，讓越來越多已然不能被參觀、展出的文物重新走入人們的視野。現(xiàn)在還有許多人致力于文物的微縮展示以及虛擬游戲的開發(fā)，還在此基礎(chǔ)上推出了一些文物的周邊產(chǎn)品，包括三星堆雪糕、編鐘手辦、兵馬俑擺臺等。這些再創(chuàng)造其實都與計算機輔助文物修復(fù)的推進有著不可分割的關(guān)聯(lián)性。

無論是千古壁畫、千年編鐘，還是陶瓷藝術(shù)、黃楊木雕，中華民族的文物都承載了廣大勞動人民的智慧與改造世界的力量，是祖國的驕傲，更是未來傳承和保護的重要對象。以計算機技術(shù)的發(fā)展和各項科研技術(shù)的進展為基礎(chǔ)，相信在未來的文物保護工作當(dāng)中，文物能夠借助日新月異的科學(xué)技術(shù)煥發(fā)出往日的光輝，并注入新的生命力。也希望有越來越多的文物復(fù)原能夠呈現(xiàn)在廣大游客面前，讓神秘古老的文物更加貼近尋常百姓生活，利用計算機輔助文物修復(fù)，讓文物重現(xiàn)完整樣貌。

注釋

①李偉民.面向破損文物虛擬修復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西北大學(xué)，2020.

②魏明強，陳紅華，孫楊杏，等.破損文物數(shù)字化修復(fù)：以中國出土青銅器為例[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，2021（5）：789-797.