張 輝，王怡心，劉煜天

（西安理工大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，西安 710054）

在陜西省境內(nèi)，坐落著十八座規(guī)模不等的唐代帝王陵墓，它們是唐朝國力昌盛的縮影。而位于咸陽市禮泉縣九嵕山之上的唐昭陵是唐十八陵中規(guī)模最大，同時(shí)也是陪葬品最多的墓葬，其中最為著名的有“昭陵六駿”“十四藩臣像”等石刻雕塑。但由于歷史久遠(yuǎn)和缺乏保護(hù)等原因?qū)е绿普蚜晔痰袼艹霈F(xiàn)了不同程度的損毀，再加之近年來新冠肺炎疫情全球肆虐，使得唐昭陵雕塑陷入了前所未有的文化傳播困境。三維數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展以及廣泛應(yīng)用使得唐昭陵雕塑保護(hù)與傳播困境猶如枯木逢春，同時(shí)也為其提供了新的發(fā)展思路——數(shù)字化保護(hù)與傳播。

1 唐昭陵遺址雕塑保護(hù)現(xiàn)狀及已采用的三維數(shù)字化保護(hù)方法

從目前的狀況來看,唐昭陵文化遺產(chǎn)已經(jīng)出現(xiàn)了保護(hù)不當(dāng)甚至是損毀的現(xiàn)象。其根本原因是過度的、沒有科學(xué)的發(fā)展規(guī)劃、研究和旅游開發(fā)對唐昭陵遺址內(nèi)的文物石刻造成了嚴(yán)重的磨損損耗，對唐昭陵文化遺產(chǎn)的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展造成了極為嚴(yán)重的破壞。重視開發(fā)而忽視了保護(hù)，只關(guān)注文物資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使文化資源和自然資源遭到嚴(yán)重?fù)p害[1]。近些年受到氣候影響，九嵕山多發(fā)泥石流和滑坡等自然災(zāi)害，使游客參觀唐昭陵遺址時(shí)困難重重，對唐昭陵的文化傳播有很大影響，阻礙了唐文化的發(fā)展與交流。唐陵雕塑是我國古代文明的精華，在當(dāng)今科技背景下，應(yīng)該通過數(shù)字媒介、互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)信息終端等新方式、新技術(shù)，對唐陵雕塑遺址進(jìn)行保護(hù)[2]。針對上述情況，西安理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，對唐昭陵以及其他關(guān)中十七個(gè)陵做了大量三維數(shù)字化保護(hù)工作，采集了海量現(xiàn)場三維數(shù)據(jù)。因此對于研究唐昭陵有著豐富經(jīng)驗(yàn)和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，本文希望通過全方位的三維數(shù)字化技術(shù)對唐昭陵石刻雕塑進(jìn)行三維復(fù)原，建立唐昭陵石刻原貌。同時(shí)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行線上傳播的方式達(dá)到鑒物審美的效果，同時(shí)，了解祖國歷史，起到文化養(yǎng)心、修身養(yǎng)性的作用。以新穎的方式提供鑒賞與娛樂、求知與審美的多元文化體驗(yàn)。利用現(xiàn)代技術(shù)使文物呈現(xiàn)方式靈活生動(dòng)，讓更多人喜歡上唐文化[3]。

唐昭陵與現(xiàn)實(shí)中很大一部分景區(qū)以及文物遺址面臨相似的問題，比如交通不便、保存不善、文化宣傳匱乏。甚至唐十八陵中大多數(shù)未發(fā)展成為景區(qū)，即便是已經(jīng)成型的景區(qū)，環(huán)境衛(wèi)生、旅游秩序、道路交通、基礎(chǔ)設(shè)施、配套設(shè)施和科學(xué)管理等發(fā)展也相對滯后。同時(shí)近幾年由于疫情原因無法大規(guī)模聚集導(dǎo)致景區(qū)無法開放，景區(qū)完全露天，受天氣影響嚴(yán)重，存在文物損毀破壞丟失等現(xiàn)象。以唐昭陵為例，其部分文物現(xiàn)存于西安碑林博物館，與昭陵景區(qū)距離80 km，距離較遠(yuǎn)，不便參觀。唐昭陵原貌已在漫長歲月中消失，望通過現(xiàn)代科技對此進(jìn)行部分復(fù)原。且目前看來唐陵相關(guān)文化傳播途徑單一，只有官方簡易的二維網(wǎng)頁和實(shí)體旅游，不具備功能主義。因此提出通過三維數(shù)字化手段還原唐昭陵部分模型，并運(yùn)用三維數(shù)字化線上傳播方式來解決以上問題。

項(xiàng)目研究過程中利用圖像處理與三維技術(shù)結(jié)合的新手段，將3DF Zephyr與EinScan3D以及3D Studio Max三者結(jié)合，作為一種創(chuàng)新技術(shù)手段運(yùn)用在數(shù)字化文物修復(fù)的項(xiàng)目中，這是前所未有的。

首先，使用“先臨EinScan Pro 2X”三維數(shù)字掃描儀對唐昭陵“昭陵六駿”進(jìn)行三維掃描，該三維掃描儀可通過拓展紋理模塊快速獲取物體表面所有的色彩信息，真實(shí)還原物體的視覺外觀，同時(shí)該三維掃描儀在手持模式下掃描精度可高達(dá)0.045 mm，利用標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行拼接定位，體積精度可達(dá)0.01 mm+0.03 mm，輕松獲取實(shí)物的高質(zhì)量3D數(shù)據(jù)。

其次，項(xiàng)目中所利用的軟件3DF Zephyr是2019年11月發(fā)行的一款無人機(jī)圖像后期處理軟件，該軟件可以基于圖像以及視頻數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速分辨以及高精度三維模型的自動(dòng)生成。為用戶提供從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型生成、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)應(yīng)用和展示的一套完整的實(shí)景建模全生產(chǎn)周期解決方案。3DF Zephyr功能豐富強(qiáng)大，能夠處理各種無人機(jī)航拍畫面，非常適合用于“唐十四藩臣”雕塑的三維數(shù)字化還原工作。

最后一個(gè)重要的軟件是3ds Max，三維制作和動(dòng)畫渲染軟件。相比其他軟件，這個(gè)軟件的性價(jià)比高，它所能提供的功能和價(jià)值遠(yuǎn)超其自身價(jià)格，同時(shí)3ds Max使用的人群廣泛便于交流，網(wǎng)絡(luò)上很多教程隨處可見，而且3ds Max具有上手快速輕松等優(yōu)點(diǎn)，這樣可以大大降低作品的制作成本。關(guān)于硬件方面，3ds Max對硬件系統(tǒng)的要求很低，一臺(tái)普通配置的計(jì)算機(jī)設(shè)備就可以滿足學(xué)習(xí)這個(gè)軟件的需要，這大大降低了建模和后期實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的門檻。

項(xiàng)目中利用全方位多角度的三維數(shù)字技術(shù)與HTML5互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的文物修復(fù)與虛擬展示方式，這同樣是目前較為先進(jìn)的文化保護(hù)以及傳播途徑，將唐昭陵雕塑整合并制作成為一款三維可交互式瀏覽的數(shù)字化平臺(tái)。這種實(shí)現(xiàn)方式相比現(xiàn)實(shí)中對文物雕塑復(fù)原來看，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)成本低，耗時(shí)短，效率高。加之近幾年全球疫情泛濫，施工進(jìn)程難以保證。且實(shí)體雕塑無法做到線上傳播，給文化傳播又帶來了新的難題。而新型沉浸式體驗(yàn)文物修復(fù)新技術(shù)在解決了上述問題的同時(shí)還能帶來全新的視覺體驗(yàn)，可隨時(shí)隨地參觀唐昭陵傳播文化知識(shí)。

2 以EinScan Pro為技術(shù)路線的“昭陵六駿”石刻數(shù)字化掃描復(fù)原

相傳李世民于貞觀十年（公元636年）葬文德皇后于昭陵之后，便命令閻立本、閻立德兄弟繪制其開國征戰(zhàn)時(shí)騎過的六匹戰(zhàn)馬，即拳毛騧、什伐赤、白蹄烏、特勒驃、颯露紫、青騅?！傲E”利用浮雕技術(shù)雕刻在寬2.04 m、高1.71 m、厚0.3 m的石板上[4]。但由于歷史戰(zhàn)亂等原因，其中兩匹戰(zhàn)馬浮雕，拳毛騧和颯露紫被打破并運(yùn)往美國，現(xiàn)存于美國賓夕法尼亞大學(xué)博物館，而其余四匹戰(zhàn)馬浮雕也受到不同程度的損毀，現(xiàn)狀同樣令人堪憂，現(xiàn)存于西安碑林博物館。

2020年3月16日西安理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院副院長張輝教授，帶領(lǐng)研究生團(tuán)隊(duì)前往西安碑林博物館對“昭陵六駿”石刻進(jìn)行三維數(shù)字化掃描。并使用先臨EinScan Pro 2X 2020掃描儀，且掃描速度出色達(dá)到了30幀/s；150萬點(diǎn)/s，與此同時(shí)該掃描儀還支持輸出OBJ、Stl、ASC及PLY等多種三維格式且還可以直接連接3D打印機(jī)進(jìn)行模型打印。通過手持掃描“昭陵六駿”石刻即可在EinScan Pro軟件中直接查看到被掃描模型。由于在掃描時(shí)模型反光以及一些模型細(xì)節(jié)掃描難度大，進(jìn)而導(dǎo)致被掃描模型出現(xiàn)漏洞、破損等情況。進(jìn)一步地需要對被掃描模型進(jìn)行修補(bǔ)處理，在EinScan Pro軟件中可以對輕微漏洞及破損進(jìn)行計(jì)算修復(fù)，但出現(xiàn)大面積破損的情況EinScan Pro軟件就無法應(yīng)對了，此時(shí)需要將該模型導(dǎo)入專業(yè)三維軟件3ds Max中進(jìn)行手工修補(bǔ)，如圖1所示，圖1（a）為“昭陵六駿”中“青騅”石刻三維掃描文件，圖1（b）為三維數(shù)字修復(fù)后文件。

圖1 “青騅”石刻三維數(shù)字修復(fù)前后對比圖

3 以3DF Zephyr為技術(shù)路線的唐昭陵“十四國蕃臣長石像”復(fù)原

公元629年，李世民一戰(zhàn)滅東突厥汗國。公元630年，周邊10多個(gè)國家的君主來到長安，共同向李世民獻(xiàn)上尊號(hào)“天可汗”。唐朝的外交局面迅速打開，而“昭陵十四國蕃臣像”，就是李世民時(shí)期和唐朝有較多往來的國家領(lǐng)導(dǎo)人的雕刻像，展示唐朝“天可汗”時(shí)代海納百川的胸襟和崇高的國際地位。而這十四位蕃臣分別為來自東突厥的頡利可汗；來自東突厥的突利可汗；來自東突厥的乙彌泥熟俟利苾可汗，右武衛(wèi)大將軍阿史那思摩；來自東突厥的答布可汗阿史那社爾；薛延陀真珠毗伽可汗；吐蕃首領(lǐng)松贊干布；新羅女王金真德；吐谷渾烏地也拔勒豆可汗；古印度婆羅門國王阿羅那順；越南境內(nèi)的國王范頭利；高昌國王鞠智勇；焉耆國王龍突騎支；龜茲國王訶黎布失畢；于闐王尉遲伏阇信。

唐昭陵“十四國蕃君長石像”，是以唐代少數(shù)民族首領(lǐng)為題材而創(chuàng)作的寫實(shí)性雕刻作品。然而千余年來，由于自然和人為的破壞，這群雕像或身首異處，或深埋地下，個(gè)別像座也被用做了明清時(shí)所立祭陵碑的碑座，例如，1982年右側(cè)掛魚符袋石人下半身出土于“焉耆國王龍突騎支”石像座西南29 cm處，殘高93 cm，相距14 cm。青灰色石灰?guī)r，石質(zhì)較好，制作規(guī)整修長，表面光滑，微有水銹。腰系革帶，帶扣、帶跨、魚符袋交待清楚，裙側(cè)開氣用雙鉤線，腰帶以上殘，腳腕以下殘[5]。唐代時(shí)腰間束帶材質(zhì)主要為2種，即革帶和布帶，石刻呈現(xiàn)的也是如此。各唐陵番酋像中腰束革帶的占多數(shù)，且多為北方各少數(shù)民族，這一點(diǎn)可以清晰地從昭陵出土的石刻實(shí)物上得到印證[6]。

由于唐昭陵“十四國蕃君長石像”均受到不同程度的損毀，歷史真跡已無法確切考證，但在唐昭陵遺址中有考古學(xué)家以及雕塑家共同考證分析出的最為貼近歷史的石刻雕像，筆者同樣采用三維掃描的方式對唐十四國蕃君長石像進(jìn)行了三維數(shù)字化復(fù)原工作?？紤]到十四藩臣雕塑的復(fù)雜程度，用三維手工建模的方式已不再適用本次復(fù)原工作。故此，筆者采用無人機(jī)高空拍攝以及照相機(jī)細(xì)節(jié)補(bǔ)拍的方式對“十四國藩臣長石像”進(jìn)行基于圖像生成處理方式的三維模型建立。

首先，筆者驅(qū)車前往距離西安市區(qū)90 km處的唐昭陵遺址，進(jìn)一步利用無人機(jī)對唐十四藩臣像進(jìn)行360°環(huán)繞視頻拍攝，其目的在于通過3DF Zhper軟件的系統(tǒng)算法可基于圖像或視頻文件自動(dòng)生成點(diǎn)陣模型，值得注意的是，筆者在此均采用視頻拍攝模型進(jìn)行操作，其優(yōu)勢在于，與拍攝圖像相比視頻拍攝能夠完美地避免圖像拼接所帶來的模型接縫，其次在工作量及復(fù)雜程度上，視頻拍攝法也具有明顯優(yōu)勢。

但是，使用無人機(jī)拍攝工作也存在弊端，那就是在遺址內(nèi)所種植的樹木，由于枝繁葉茂遮擋住了藩臣雕塑，無人機(jī)無法拍攝。故此，筆者將使用相機(jī)對無人機(jī)無法工作區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步補(bǔ)拍，為了使接下來的三維模型貼圖顏色明暗均勻一致且無明顯接縫，筆者將照相機(jī)的光圈及焦距均設(shè)置與無人機(jī)相同，保證所拍攝的相片明暗光影與之前一致。

接下來筆者將拍攝完成的素材文件導(dǎo)入至3DF Zhper軟件，并點(diǎn)擊生成點(diǎn)陣模型，系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)視頻以及圖像進(jìn)行三維模型的生成，如圖2所示。隨后將軟件自動(dòng)生成的三維模型以“OBJ”格式導(dǎo)入至3ds Max軟件中，將不需要的模型部分進(jìn)行刪除，隨后將軟件自動(dòng)生成的三維模型以“OBJ”格式導(dǎo)入至3ds Max軟件中。

圖2 基于3DF Zephyr技術(shù)下的唐昭陵“十四藩臣”長石像航拍建模

4 基于Verge 3D技術(shù)下的唐昭陵藝術(shù)石刻三維數(shù)字化線上多媒體展陳

Verge 3D是一套基于三維數(shù)字化軟件下的Web GL應(yīng)用開發(fā)工具，其高度的適應(yīng)性可支持市面上主流的三維軟件，例如3ds Max、Maya、Blender等，并且完成制作后即可直接導(dǎo)出至網(wǎng)頁，創(chuàng)建出基于web的沉浸式三維交互式體驗(yàn)程序，而且Verge 3D使設(shè)計(jì)工作可實(shí)時(shí)觀看到進(jìn)度效果，值得一提的是Verge 3D使用“零代碼”設(shè)計(jì)，使準(zhǔn)入門檻進(jìn)一步降低。

基于上述Verge 3D的一系列優(yōu)勢，將“昭陵六駿”以及“唐十四藩臣長石像”三維數(shù)字模型導(dǎo)入帶有Verge 3D插件的3ds Max軟件中通過對場景添加攝像機(jī)以及對三維模型的一系列數(shù)字化處理，然后將三維模型發(fā)布至指定服務(wù)器，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)即可高速快捷地欣賞到距今1 400多年的石刻雕塑藝術(shù)。并且用戶可以使用鼠標(biāo)進(jìn)行360°視圖操作，自由縮放，完全可控，任意交互。圖3為“昭陵六駿”中“颯露紫”的三維交互式展陳。

圖3 基于Verge 3D技術(shù)下的“颯露紫”三維交互式展陳

5 結(jié)束語

文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)與傳播是一項(xiàng)十分艱苦的工作，筆者研究生學(xué)習(xí)生涯中多次前往唐昭陵進(jìn)行實(shí)地考察，而取得的研究成果也不過滄海一粟，每次接近唐昭陵遺址都能感受到其藝術(shù)之精美、氣勢之恢弘。但虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的唐昭陵體驗(yàn)設(shè)計(jì)還存在些許不足，但面對這些問題，筆者始終堅(jiān)信后來的研究者一定會(huì)給出更好的答案。