打造數(shù)字“文物方舟”

文| 本刊記者 盧茹彩 圖| 受訪者提供

成立10 年來，文物方舟團隊利用3D 打印技術進行文物復制和展示，讓不可移動的文物“走”近大眾。

“‘文物方舟’，顧名思義，就是我們希望能和時間賽跑，將更多的文物信息保留在‘方舟’上。”浙江大學文物方舟團隊指導老師刁常宇說，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，團隊利用3D打印技術進行文物復制和展示，讓不可移動的文物“走”近大眾。

龍門石窟古陽洞N228龕（楊大 眼 龕）賦色細部收尾工作現(xiàn)場

從敦煌開始的探索

說起文物方舟團隊在文物數(shù)字化領域的探索，團隊負責人李敏說，故事還要從20世紀90年代講起。

1997年 7 月，浙江大學潘云鶴校長首次訪問敦煌莫高窟，與時任敦煌研究院院長樊錦詩共同啟動了敦煌壁畫數(shù)字化采集與修復的研究工作，組建了一支跨學科的聯(lián)合研究團隊，高保真采集敦煌壁畫。

浙江大學文物方舟團隊

“樊錦詩院長曾說，莫高窟老化消失的趨勢只能延緩，無法逆轉。”李敏介紹，2010-2014年，浙大科技考古團隊歷時4年，高保真還原了敦煌莫高窟開鑿于初唐時期的220號窟。該窟所存佛像等較好地保留了初唐時的風貌，是研究初唐時期塑像的標準作品。“這次復制窟采用 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隊依托浙江大學文化遺產(chǎn)研究院成立，繼續(xù)開展長達十年的文物數(shù)字化保護探索。

截至目前，團隊共完成133個數(shù)字化項目，走遍了全國24個省，跋涉15萬公里，每年有超過150天的時間在做采集工作。“除石窟外，壁畫、墓葬、寺廟等也都是我們團隊采集和復制的對象。”李敏說，讓團隊引以為豪的項目有很多，云岡石窟第3窟、第12窟，龍門石窟，托林寺壁畫，青州博物館，大足石刻復制窟等不一而足。其中，云岡石窟第12窟是團隊與云岡石窟研究院合作制作的世界上首個可移動的3D打印石窟。

云岡石窟第12窟俗稱“音樂窟”，生動反映了北魏（386年-534年）宮廷樂隊演出時的風貌，是研究中國古代音樂史的珍貴資料。李敏說，復原石窟高8.5米、寬12.2米、入深14.5米。“這次復制歷時3年多完成，不僅是世界上首次使用3D打印技術實現(xiàn)大體量文物復制工程，也首次實現(xiàn)了超大型文物的可移動展示。其三維重建誤差小于2毫米，觸及領域‘天花板’，并且采用110塊積木式組裝，拉運自如可行遍天下，是邁出云岡石窟走向世界的第一步。”

克服技術難題

李敏是浙江大學計算機學院的博士。最初，這個項目由計算機學院的科研團隊負責，其研究方向為利用數(shù)字化技術采集和保存文物信息。自浙江大學藝術與考古學院在2019年成立后，越來越多來自考古、文博等其他專業(yè)的新生力量加入團隊，為團隊的工作帶來全新視角—利用3D打印技術將不可移動的文物進行跨地域展覽。這也是學院強調(diào)的“藝術+科技保護模式”。

目前，除李敏外，團隊還包括裘霖山、葛云飛、萬伊寧、白宇璇等14名成員，組成了考古組、創(chuàng)意組、計算機組等不同的任務鏈條，共同完成項目建設。采集數(shù)據(jù)信息、建立三維模型、完成3D打印并進行安裝展示，這些環(huán)節(jié)構成了團隊數(shù)字化保護和展示的核心。李敏說，“最難的是采集和建模環(huán)節(jié)”。

“采集時由于石窟形狀復雜，我們就在攝影測量的基礎上結合使用三維激光掃描技術。但為了避免對彩繪造成傷害，采集時光線不能太強，但這樣又會造成色差。”李敏說，為此，團隊研發(fā)開創(chuàng)了顏色校準技術，成功實現(xiàn)了在各種照明條件下對石窟表面的色彩精準還原。此外，他們還首次引入深度學習技術，對損毀的石窟表面進行色彩修復還原。

以云岡石窟第12窟為例，李敏說，歷時3個月，拍攝時用到了GIS測量、無人機航測、考古圖版拍攝等技術，共采集照片5萬多張。在接下來的建模環(huán)節(jié)，需要同時完成3100G圖像信息的計算，“這個數(shù)據(jù)量已經(jīng)突破所有三維重建軟件的計算極限”。最終，他們采用自主研發(fā)的大數(shù)據(jù)平臺并行計算，完成了這個超大規(guī)模的三維重建。

這些年來，文物方舟團隊在技術上不斷取得突破，其自主研發(fā)的浙江大學第五代壁畫書畫高保真采集設備躋身國內(nèi)領先、國際一流行列，光度立體三維掃描儀可實現(xiàn)國際領先水平的高反光文物采集。

“文物方舟團隊借助數(shù)字技術手段，全面、系統(tǒng)、科學地記錄文物的信息，搶救性地為中國文物建立礦藏級別的數(shù)字檔案，保護文物本體，也是保護它們所承載的社會記憶。”

云岡石窟數(shù)字化成果

未來，李敏說，在3D打印技術逐漸趨于成熟的階段，“文物方舟”將會更關注如何利用VR、AR技術搭建虛擬文物空間。同時，要在創(chuàng)新復制技術上發(fā)力，為實現(xiàn)完全還原文物質(zhì)感而投入更多力量。

傳承社會記憶

談及做這項工作的意義，李敏說，團隊不僅在國內(nèi)進行中小學推廣教育，同時與國外頂尖大學合作開設課程與項目，從而“讓大眾關注文物保護工作，增加對歷史的敬畏，提高文物保護意識，并傳承、發(fā)揚中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化”。

文物方舟團隊與哈佛大學合作開設了埃及金字塔VR課程；與倫敦大學學院合作開展了“山西省瀕危寺觀壁畫數(shù)字化保護與傳播”項目；與尼泊爾國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，并協(xié)助培訓當?shù)乜脊湃瞬拧?/p>

“國外的文物數(shù)字化探索比我們要早很多，但大多集中在可移動文物領域，對不可移動文物的嘗試較少，這很大程度上是因為，在文物保護領域走在前列的很多國家并沒有像中國有如此大體量的不可移動遺跡。”刁常宇說，中國不論是石窟寺、木構建筑還是寺廟、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”。

“我們有時候覺得文物很陽春白雪，就是因為它太少、太稀有、太難以接近，因此它們好像很嚴肅、很神秘。普通人可能覺得自己和歷史文物沒有關系，但其實這些都是我們祖先智慧的結晶，跟每個人息息相關。”李敏說，團隊借助數(shù)字技術手段，全面、系統(tǒng)、科學地記錄文物的信息，搶救性地為中國文物建立礦藏級別的數(shù)字檔案，保護文物本體，也是保護它們所承載的社會記憶。