段新豪 唐駿龍 侯聰

2004年，一尊破損的泥塑頭像歷經(jīng)輾轉(zhuǎn)，回到甘肅省平?jīng)鍪星f浪縣博物館的藏品庫房。16年后，位于莊浪縣關(guān)山峽谷深處紅崖寺石窟2號窟中一尊缺失頭像的泥塑，引起了當(dāng)?shù)貙＜业年P(guān)注。經(jīng)考證，這尊缺失頭像的泥塑與博物館中的頭像本是一體，為明代真武大帝塑像。

紅崖寺石窟共有16座方形平頂窟，內(nèi)部塑像主要為明代和清代的泥塑，但由于歲月的侵蝕，許多塑像已經(jīng)毀壞，現(xiàn)僅存50多尊造像和20平方米的壁畫，還有2通殘碑。這些文物是我們的歷史和文化的見證，它們的損壞和消失無疑是我們文化遺產(chǎn)的巨大損失。

經(jīng)過縝密評估，南開大學(xué)文學(xué)院決定與莊浪縣博物館合作，運用數(shù)字技術(shù)讓2號窟泥塑“身首合一”。

將泥塑“搬”出深山

2023年7月，南開大學(xué)莊浪實踐團(tuán)來到莊浪縣紅崖寺。紅崖寺石窟坐落于關(guān)山峽谷之中，它巧妙地開鑿在山脈最高峰的天然崖壁上，地勢險峻，蔚為壯觀。

穿越深山老林，沿途辟道，我們終于來到了掩藏幽深的石窟腳下。借助云梯，我們攜帶著各式掃描設(shè)備，攀上了十幾米高的石窟，迅速而有序地架好了設(shè)備，準(zhǔn)備大干一場，將真武大帝“搬”出深山。

在現(xiàn)場，我們首先利用激光掃描儀對真武大帝所在石窟的三維場景模型進(jìn)行采集工作，采集內(nèi)容包括泥塑的形狀、紋理、顏色等。激光掃描儀以360°全方位發(fā)射激光測量距離，將測出的這些點在三維空間中形成密集的點云。由于激光的直線傳播特性，只待在一個角度是看不到全貌的，所以我們需要在石窟內(nèi)的至少四個不同點位進(jìn)行采集，保證各個角度的數(shù)據(jù)并集能夠組成石窟的全貌。經(jīng)過一天的努力，我們成功地將真武大帝的身體部分“搬”出了深山。緊接著，便是頭部的采集工作。

真武大帝的頭部泥塑像被珍藏在博物館的庫房里，實踐團(tuán)在張建軍館長的引領(lǐng)下來到了現(xiàn)場。泥塑頭像被安置在一個特制的框架中，它仰躺在一塊木板上，以一個平衡而穩(wěn)定的角度呈現(xiàn)，展現(xiàn)出莊重又威嚴(yán)的姿態(tài)。

為了精準(zhǔn)捕捉頭部的每一個細(xì)節(jié)，我們使用手持激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。激光掃描儀的工作原理是通過發(fā)射激光并接收反射回來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過精確計算，得到模型頂點的位置信息。在采集過程中，我們需要借助反光標(biāo)記點來確定模型的位置深度，從而獲取模型表面的精確位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。然而，由于頭像體積龐大、質(zhì)量沉重，同時外表面又十分脆弱，這給采集工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。

我們遇到的第一個困難是，頭像表面的紋理細(xì)節(jié)已經(jīng)相當(dāng)脆弱，因此反光標(biāo)記點只能被小心翼翼地貼在周圍的安全區(qū)域。但如此一來，手持掃描儀的有效距離就不足以覆蓋頭像表面到地面標(biāo)記點的全部范圍。我們開動腦筋，巧妙地采用了一張明式木桌，使其倒扣過來，將頭像平穩(wěn)地放置在桌內(nèi)，并在棖子（傳統(tǒng)家具中連接腿足的構(gòu)件）和桌腿貼上標(biāo)記點，這樣在一定程度上解決了掃描有效距離的問題，保證了手持掃描儀的定位準(zhǔn)確。

泥塑頭像被固定在一塊定制木底板上，使用掃描儀掃描激光垂直的表面數(shù)據(jù)是最準(zhǔn)確的，但底面的數(shù)據(jù)卻難以采集，這又讓我們犯了難。我們詢問張館長，是否能將頭像放倒。張館長無奈地表示，面部損壞后，至少還能根據(jù)五官大致的走向和對稱性來修復(fù)，這尊泥塑頭像的頭發(fā)細(xì)節(jié)刻畫得非常精美，一旦放倒，其細(xì)節(jié)可能會遭受不可逆的損害。鑒于此，我們放棄了這一方案，轉(zhuǎn)而采用單條激光（較遠(yuǎn)距離模式）來反復(fù)采集頭像底面的數(shù)據(jù)。雖然這一方法產(chǎn)生了一些帶有誤差的結(jié)果，但我們決心在后續(xù)處理中精心修正，以確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

身首合一

經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)采集工作，我們成功將真武大帝泥塑的身體和頭部“搬”出了深山，接下來便進(jìn)入了數(shù)字修復(fù)階段。返回學(xué)校后，我們首先在電腦三維軟件中把泥塑身體部分從整個石窟模型中分離出來，緊接著把胸口處內(nèi)部的木骨骼與頭部斬斷處的木骨骼一比一對齊，這樣就能較為精準(zhǔn)地還原頭部原本在身體上的位置。確定了二者的位置，就可以塑造脖子和胸口缺失的部分。由于沒有完整的文物影像資料可依據(jù)，我們只能根據(jù)泥塑上現(xiàn)存的凹凸結(jié)構(gòu)和服飾褶皺的走向，推斷出一個最合適的形態(tài)。在這個過程中，指導(dǎo)教師劉峻嶺還幫助我們找到了大量現(xiàn)存真武大帝石像的照片資料作為參考，以更好地還原這座泥塑像。

至此，我們距離完成數(shù)字修復(fù)僅一步之遙，即為泥塑模型添加色彩。無論是固定點掃描還是手持掃描，通過激光測距得到的模型雖具有精確的空間數(shù)據(jù)，但顏色和材質(zhì)感卻是缺失的。因此，我們需要利用照片建模技術(shù)為石像模型制作顏色貼圖（將照片、手繪紋理等二維圖像映射到三維模型表面的過程）。獲得準(zhǔn)確的模型貼圖，需要豐富的圖像數(shù)據(jù)作為支撐。

為了盡可能捕捉到每一個細(xì)節(jié)和色彩變化，我們此前在現(xiàn)場將每件文物放在標(biāo)準(zhǔn)的燈光環(huán)境下，使用專業(yè)攝像機(jī)從俯視到仰視圍繞塑像拍攝了三圈機(jī)位，對所有文物進(jìn)行了全角度拍照記錄，拍攝了上百張高質(zhì)量的圖片。

接下來，我們把這些照片導(dǎo)入電腦軟件進(jìn)行計算，生成帶有顏色和材質(zhì)屬性的三維模型。通過將計算得出的顏色貼圖與修復(fù)好的石像模型在渲染軟件上對齊并烘焙（計算機(jī)圖形學(xué)行業(yè)中經(jīng)常使用的術(shù)語，涉及到游戲開發(fā)和傳統(tǒng)的非實時渲染使用），顏色便能完美地展現(xiàn)在修復(fù)的模型上。當(dāng)然，這些拍攝的顏色信息是基于未經(jīng)修復(fù)的石像模型，我們還需要在軟件上手工繪制被修補部位的表面顏色和材質(zhì)。

修補泥塑的皮膚和衣服是一個需要仔細(xì)考慮的過程，其中涉及到專業(yè)的美術(shù)色彩原理和對日常生活細(xì)節(jié)的觀察。對于石像的皮膚，我們需要根據(jù)原有的皮膚紋理來修復(fù)缺失的部分。在頸部交接處，我們根據(jù)身體上其他部位的皮膚紋理，找出相同朝向的表面借鑒其顏色，找出相同風(fēng)化程度的區(qū)域借鑒其紋理。而頭部與身體皮膚銜接處的顏色，需要向周圍完好處的表面顏色借出一個均值。衣物的修復(fù)則需要更多理性的思考。我們選用同服飾材質(zhì)下的紋理與顏色，根據(jù)法線方向關(guān)系和環(huán)境光遮蔽關(guān)系綜合判斷其本身固有色和灰塵積聚處的顏色，并在確定好的形態(tài)表面運用繪制工具和圖層遮罩，復(fù)刻風(fēng)化陳舊感，最終呈現(xiàn)出修補后的材質(zhì)效果。

整個暑假，我們的團(tuán)隊都在緊張而有序地忙碌著。從科學(xué)技術(shù)與文化藝術(shù)層面出發(fā)，一筆一畫地勾勒泥塑的“肌膚”，一點一滴地為泥塑披上“衣服”。經(jīng)過數(shù)月的精心打磨，塑像終于在數(shù)字空間“身首合一”。

數(shù)字重生

完成數(shù)字修復(fù)模型后，我們又探索了3D打印技術(shù)，使用白色泡沫材質(zhì)等比例縮小打印了真武大帝泥塑模型。隨后，我們制作了一系列精彩的影像，演示了泥塑重生再塑的過程，并輔以白色、紫色等明亮色為主色調(diào)的點、線、面等元素，將其映射到3D打印的模型上。影像結(jié)合AR技術(shù)和手勢操縱，人們能在虛擬環(huán)境中與文物進(jìn)行親密互動。在制作手勢交互時，我們進(jìn)行了大量實驗測試，以確保每一個手勢動作都能帶來穩(wěn)定而流暢的交互體驗。當(dāng)觀眾在空中揮動雙手，推拉之間，絢爛多彩的畫面便在眼前流轉(zhuǎn)，殘破的真武大帝佛像逐漸變得清晰而生動。光影變幻間，我們實現(xiàn)了文物“重生”。

我們的作品主要通過線上數(shù)字平臺展示，讓跨越時空的珍貴文化遺產(chǎn)得以與更多人相遇。同時，我們也在莊浪縣博物館設(shè)立了實體交互展示區(qū)，為觀眾提供了親身感受文物魅力的機(jī)會。在這個項目的創(chuàng)作過程中，我們深刻感受到了數(shù)字技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的巨大潛力，我們也希望在未來能夠進(jìn)一步推動項目的發(fā)展，讓更多的文化遺產(chǎn)得以“重生”。

責(zé)任編輯：賈倩穎