給兵馬俑“做體檢”

易偉同 祝磊

兵馬俑是我國古代陶制文物的杰出代表，更是“世界八大奇跡”之一，其年代久遠、制作工藝精湛，記載著重要的歷史文化信息。那么，目前有哪些“黑科技”讓兵馬俑的保護更加科學化、精細化呢？讓我們一起去看看如何用AI給兵馬俑做“體檢”吧。

三維激光掃描現場

三維激光掃描模型處理

兵馬俑保護，

為何需要“黑科技”？

兵馬俑作為歷史悠久的陶制文物，距今已有2200多年的歷史。自1974年兵馬俑被發現以來，秦始皇兵馬俑博物館一號坑原址已修復并展示陶俑1500余件。

兵馬俑的重量和體積較大、形狀復雜，傳統的觀察、拍照等方法很難精確地刻畫出俑體的細節特征；而且陶俑質地脆，容易產生殘斷、酥粉、裂紋、結晶鹽等多種病害；加之其所處環境復雜多變、不可控制，在傳統的展示過程中，需要多次接觸、搬運，這使得兵馬俑的整體結構存在被二次傷害的風險。

隨著信息技術的飛速發展，三維激光掃描、有限元模擬、3D打印和人臉識別等技術使兵馬俑整體結構保護有了突破。

兵馬俑的有限元模擬

三維激光掃描：

給兵馬俑拍個“立體照”

三維激光掃描，是一種利用激光測距原理，通過獲取被測物體表面大量的點的三維坐標、反射率和紋理信息，對物體進行數字化復建的技術。高精度的三維掃描儀可實現0.1毫米分辨率級別，無須接觸，就能準確測量兵馬俑的每一個部位、每一處形狀輪廓以及紋理細節。掃描后的信息被實時傳輸至計算機，最終形成兵馬俑的“立體照”，從而有效反映出兵馬俑的破損部位和破損程度。

三維激光掃描完成后，形成的初始數據是一系列“點”的集合，稱為“點云”。初始的點云模型，點和點之間尚未形成聯結，因此不能直接用于后續研究。此時，需要對點云模型進行實體化操作，即從“點”到“線”，再從“線”到“面”和“實體”，該實體化模型即可用于后續研究了。

有限元模擬：

為兵馬俑開個“藥方”

有限元模擬，是一種利用數學方法對物體受力規律進行近似求解的方法，尤其適用于形狀復雜的物體。它將物體“切分”成若干個小塊，計算出每個小塊的受力后再合并，從而得到物體的整體受力情況。

兵馬俑就像一個個站立的將士，但它們也有容易出現“傷病”的薄弱部位。利用三維激光掃描及處理后的兵馬俑實體化模型，再通過有限元模擬軟件計算，便可準確發現這些薄弱部位，從而“對癥下藥”，重點對薄弱部位進行保護。

3D打印和人臉對比?

讓兵馬俑保護變得更有趣

3D打印是一種快速成型的技術，又稱為“增材制造”。它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料、光敏樹脂等可黏合的材料，通過逐層打印的方式來構造物體。

在兵馬俑保護方面，研究人員借助前期三維激光掃描的模型，打印出形態逼真的“小號”兵馬俑形象。將這些形象用于科普和展示，不僅減少了對兵馬俑實物的直接接觸，還能更好地推廣兵馬俑文化。

兵馬俑人臉對比則是一個極具趣味性的小程序，它結合了人工智能的科技感和傳統文化的藝術感。該程序應用人臉識別算法，通過提取人臉幾個關鍵特征（包括臉部的長度和寬度，眼睛、鼻子、嘴之間的相對位置關系），將這些關鍵特征和兵馬俑的臉部數據庫進行對比，找出和人臉“最像”的兵馬俑。看著這些和自己相近的兵馬俑，仿佛有一種穿越到古代的感覺。

給兵馬俑“做體檢”，就是給文物保護插上了科技的翅膀。在這個過程中，科技不再是一系列枯燥的模型和無味的公式，也可以變得如此有趣！

人臉對比

（責任編輯 / 高琳? 美術編輯 / 周游）