在首都博物館館前廣場的東北角，矗立著一塊高6.7米的巨大石碑，它是目前北京最大的石刻文物、首都博物館的鎮(zhèn)館之寶——乾隆御制碑。碑上刻有少見的乾隆正楷手書《皇都篇》和《帝都篇》，由滿漢兩種文字寫成，它們是研究和展示北京歷史和文化的重要文獻(xiàn)。而北京東城區(qū)紅廟街一處民居院內(nèi)的那塊有200多年歷史的正陽橋疏渠記方碑，也是乾隆親書，它記載了當(dāng)年北京城南的一次“疏渠建橋”工程。

2022年夏天，我加入北京建筑大學(xué)建筑遺產(chǎn)數(shù)字化與虛擬修復(fù)課題組，參加“修復(fù)石刻文物，助力中軸線申遺”的暑期社會實踐項目。對《正陽橋疏渠記》碑及《帝都篇》《皇都篇》方碑（這兩塊碑被專家稱為“天橋雙碑”）的賦存環(huán)境進(jìn)行整體調(diào)研，圍繞對石碑石刻智能化病害提取機(jī)理研究、數(shù)字拓片自動生成、文字提取識別與虛擬修復(fù)等內(nèi)容，賦予古碑新的生命力。

項目之初，我們利用地理信息平臺對天橋雙碑及周邊護(hù)城河水系——金魚池、龍須溝，從乾隆年間到如今的歷史變遷脈絡(luò)進(jìn)行梳理與可視化分析，構(gòu)建了星空地一體化的空間考古觀測與認(rèn)知方法。繼而又對石碑制作工藝流程與天橋地區(qū)空氣污染物進(jìn)行統(tǒng)計，輔助判別材質(zhì)工藝與環(huán)境對石碑生存現(xiàn)狀產(chǎn)生的影響。此外，利用文化遺產(chǎn)時空知識圖譜構(gòu)建技術(shù)，梳理了天橋雙碑在時間、空間、事件的發(fā)展脈絡(luò)，厘清中軸線文化遺產(chǎn)時空演變特征與人文、歷史、自然環(huán)境關(guān)系。

從設(shè)備箱中取出XRF熒光光譜分析儀，準(zhǔn)備對石碑進(jìn)行相關(guān)觀測（和冠欣?攝）

北京建筑大學(xué)測繪與城市空間信息學(xué)院董友強(qiáng)老師正與我們討論采集到的石碑點云數(shù)據(jù)（和冠欣?攝）

有了對天橋雙碑歷史、宏觀的認(rèn)識后，我們才正式開啟對石碑的修復(fù)之旅。

將石碑搬到電腦上

正陽橋疏渠記方碑位于今北京市東城區(qū)紅廟街?78?號天橋路口東北，該碑建于清乾隆五十六年（1791?年），碑身方形，碑首為四角攢尖式，碑座為束腰須彌座式，上刻精美浮雕，覆仰蓮瓣及云、龍、菩提葉等紋飾。碑體通高?8?米，各面寬?1.45米。頂端是三層飛檐的寶蓋。

我們扛著三維激光掃描儀，高精度攝影測量相機(jī)以及手持檢測設(shè)備，還未走進(jìn)胡同時，高處的碑頂已映入眼簾。但隨之問題也接踵而至，石碑置于6米×6米的居民區(qū)空地內(nèi)，周圍的胡同窄巷，僅能供一人單向同行。數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場由于場地小，石碑高，數(shù)據(jù)采集難度極大，儀器與采集對象之間的距離，直接影響其掃描范圍與精度，我們無法根據(jù)以往經(jīng)驗架設(shè)測站。為了保證目標(biāo)點云數(shù)據(jù)的密度質(zhì)量，我們不得不圍繞石碑進(jìn)行儀器架設(shè)并進(jìn)行多角度多方位的傾斜攝影測量。將三維點云進(jìn)行拼接融合后生成不規(guī)則三角網(wǎng)模型，刪除碎片與浮點數(shù)據(jù)，裁剪邊緣數(shù)據(jù)，模型補(bǔ)洞等一系列操作后，碑體三維模型才搭建完成。通過計算機(jī)技術(shù)可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，等比例縮放來適應(yīng)不同需求的展示。

雖然高精度點云數(shù)據(jù)可以較好展示其整體結(jié)構(gòu)特征，但在其紋理與雕飾等細(xì)節(jié)特征處存在一定的局限性。利用高精度相機(jī)獲取到的正射影像可以通過紋理貼圖的方式還原其實景顏色信息，但由于搭載相機(jī)的導(dǎo)軌架無法進(jìn)入狹窄的入口，我們不得不用自己的身體當(dāng)拍攝“支架”，同時還需要面對長時間保持同一高度姿勢的挑戰(zhàn)。在簡單勘察設(shè)置好重疊度與拍攝路線后，我們就投入到正射影像的采集工作中了，利用腳下樹枝來固定每次移動的間隔，確保每一景影像之間的連貫性，我們終于實現(xiàn)了將石碑“搬”到電腦上。

為石碑體檢

來自北京市考古研究院、北京建筑大學(xué)、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、首都博物館的各位專家與老師不僅就天橋雙碑的歷史以及《北京中軸線文化遺產(chǎn)保護(hù)條例》給我們進(jìn)行了生動的授課，更拿出手持“體檢設(shè)備”，現(xiàn)場手把手演示教學(xué)。在學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)操作后，我們迫不及待開始對石碑進(jìn)行“全科體檢”。

通過將手持電子顯微鏡垂直貼于碑體放大觀察，我們發(fā)現(xiàn)肉眼難以探測到的石碑空洞、顆粒、裂痕等損傷。有些石碑病害如細(xì)小的劃痕與裂隙，用肉眼難以辨識，如果無法及時檢測發(fā)現(xiàn)，在自然風(fēng)化作用下會對碑體持續(xù)造成不可逆的損傷，后果不堪設(shè)想。

碑體微生物病害處模型渲染圖（國洲乾 攝）

通過點云拼接與紋理貼圖后生成的實景三維模型（國洲乾 攝）

碑頂三維建模展示圖（國洲乾 攝）

手持熱紅外掃描儀用于檢測碑體含水率，結(jié)合前期我們對天橋地區(qū)空氣污染物的調(diào)研，可以進(jìn)一步研究酸雨等硫化物對石碑造成病害機(jī)理研究。

老師還演示了我從來沒有見過的回彈儀，這是用于檢測石碑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的。結(jié)合自身對石質(zhì)類文物鹽分光譜檢測領(lǐng)域的課題經(jīng)歷，我使用XRF熒光光譜分析儀對石碑進(jìn)行了相關(guān)觀測與點位采集。利用X射線熒光原理，被測位置所含的不同元素會對發(fā)射光譜釋放不同的能量特性，通過捕捉轉(zhuǎn)化特定信息，在設(shè)備窗口的光譜曲線中對比其峰高，從而確定所含每一種元素的成分與含量占比。

經(jīng)過多種儀器輪番上陣的“體檢”，我們發(fā)現(xiàn)受自然與人為因素影響，天橋雙碑碑文出現(xiàn)不同程度的裂紋以及磨損，導(dǎo)致文字無法用肉眼辨識，需要利用數(shù)字化手段對碑文進(jìn)行提取與虛擬修復(fù)。

數(shù)字化修復(fù)

由于擔(dān)心傳統(tǒng)拓片方法會對石碑刻造成二次損壞，項目決定以數(shù)字拓片的方式來呈現(xiàn)修復(fù)結(jié)果。

首先，我們要對石碑中文字圖片進(jìn)行整理，建立樣本集。在對尚可識別的文字進(jìn)行掃描提取后，制作數(shù)據(jù)標(biāo)簽并進(jìn)行人工標(biāo)注。對那些難以用肉眼分辨的文字，通過計算機(jī)圖像處理技術(shù)，增強(qiáng)突出文字邊緣等建立基于能量函數(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓片自動化生成模型，最后再將影像進(jìn)行二值化，以灰度圖的形式來增強(qiáng)文字筆畫的清晰表達(dá)效果，使文字更完整醒目躍然紙上，實現(xiàn)虛擬修復(fù)。

電子顯微鏡屏幕上顯示出清晰的石碑結(jié)構(gòu)紋理輔助判別病害類型與受損情況（和冠欣 攝）

修復(fù)數(shù)字拓片前后對比（國洲乾 攝）

之后，我們項目組將制作VR、AR展示短片，將珍貴的文物石碑、石刻，全面、立體、生動而又可互動地展示給更多的人看。

作為一名大二學(xué)生，我之前對測繪專業(yè)的認(rèn)知還局限在測量與繪圖，要么就是扛著經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀去進(jìn)行閉合導(dǎo)線測量。這次的實踐，讓我意識到測繪科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用面很廣，除了在智慧城市、自然規(guī)劃、能源監(jiān)測等方面的應(yīng)用，在建筑遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)中也有較大的應(yīng)用前景。

隨著多元學(xué)科的交互發(fā)展，攝影測量與遙感同計算機(jī)視覺、圖像處理結(jié)合日益緊密，測繪在文物的實景建模、信息增強(qiáng)、病害提取、成分檢測、虛擬修復(fù)等領(lǐng)域均有用武之地。我很開心可以踏入文物數(shù)字化保護(hù)的大門，利用所學(xué)技能助力中軸線申遺。

責(zé)任編輯：刁雅琴