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(kù)房。16年后，位于莊浪縣關(guān)山峽谷深處紅崖寺石窟2號(hào)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(wú)疑是我們文化遺產(chǎn)的巨大損失。

經(jīng)過(guò)縝密評(píng)估，南開大學(xué)文學(xué)院決定與莊浪縣博物館合作，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)讓2號(hào)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(shí)踐團(tuán)來(lái)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(shì)險(xiǎn)峻，蔚為壯觀。

穿越深山老林，沿途辟道，我們終于來(lái)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(chǎng)，將真武大帝“搬”出深山。

在現(xiàn)場(chǎng)，我們首先利用激光掃描儀對(duì)真武大帝所在石窟的三維場(chǎng)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(cè)量距離，將測(cè)出的這些點(diǎn)在三維空間中形成密集的點(diǎn)云。由于激光的直線傳播特性，只待在一個(gè)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(gè)不同點(diǎn)位進(jìn)行采集，保證各個(gè)角度的數(shù)據(jù)并集能夠組成石窟的全貌。經(jīng)過(guò)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(kù)房里，實(shí)踐團(tuán)在張建軍館長(zhǎng)的引領(lǐng)下來(lái)到了現(xiàn)場(chǎng)。泥塑頭像被安置在一個(gè)特制的框架中，它仰躺在一塊木板上，以一個(gè)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(gè)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(guò)發(fā)射激光并接收反射回來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，得到模型頂點(diǎn)的位置信息。在采集過(guò)程中，我們需要借助反光標(biāo)記點(diǎn)來(lái)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(shí)外表面又十分脆弱，這給采集工作帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

我們遇到的第一個(gè)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(diǎn)只能被小心翼翼地貼在周圍的安全區(qū)域。但如此一來(lái)，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(diǎn)的全部范圍。我們開動(dòng)腦筋，巧妙地采用了一張明式木桌，使其倒扣過(guò)來(lái)，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(diǎn)，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?cè)儐枏堭^長(zhǎng)，是否能將頭像放倒。張館長(zhǎng)無(wú)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(duì)稱性來(lái)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(huì)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(lái)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(guò)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(lái)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(gè)石窟模型中分離出來(lái)，緊接著把胸口處內(nèi)部的木骨骼與頭部斬?cái)嗵幍哪竟趋酪槐纫粚?duì)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(gè)最合適的形態(tài)。在這個(gè)過(guò)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(wú)論是固定點(diǎn)掃描還是手持掃描，通過(guò)激光測(cè)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(guò)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(gè)細(xì)節(jié)和色彩變化，我們此前在現(xiàn)場(chǎng)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(duì)所有文物進(jìn)行了全角度拍照記錄，拍攝了上百?gòu)埜哔|(zhì)量的圖片。

接下來(lái)，我們把這些照片導(dǎo)入電腦軟件進(jìn)行計(jì)算，生成帶有顏色和材質(zhì)屬性的三維模型。通過(guò)將計(jì)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(duì)齊并烘焙（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)行業(yè)中經(jīng)常使用的術(shù)語(yǔ)，涉及到游戲開發(fā)和傳統(tǒng)的非實(shí)時(shí)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(bǔ)部位的表面顏色和材質(zhì)。

修補(bǔ)泥塑的皮膚和衣服是一個(gè)需要仔細(xì)考慮的過(guò)程，其中涉及到專業(yè)的美術(shù)色彩原理和對(duì)日常生活細(xì)節(jié)的觀察。對(duì)于石像的皮膚，我們需要根據(jù)原有的皮膚紋理來(lái)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(gè)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(yùn)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(bǔ)后的材質(zhì)效果。

整個(gè)暑假，我們的團(tuán)隊(duì)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(diǎn)一滴地為泥塑披上“衣服”。經(jīng)過(guò)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(guò)程，并輔以白色、紫色等明亮色為主色調(diào)的點(diǎn)、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(shì)操縱，人們能在虛擬環(huán)境中與文物進(jìn)行親密互動(dòng)。在制作手勢(shì)交互時(shí)，我們進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以確保每一個(gè)手勢(shì)動(dòng)作都能帶來(lái)穩(wěn)定而流暢的交互體驗(yàn)。當(dāng)觀眾在空中揮動(dòng)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(dòng)。光影變幻間，我們實(shí)現(xiàn)了文物“重生”。

我們的作品主要通過(guò)線上數(shù)字平臺(tái)展示，讓跨越時(shí)空的珍貴文化遺產(chǎn)得以與更多人相遇。同時(shí)，我們也在莊浪縣博物館設(shè)立了實(shí)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(huì)。在這個(gè)項(xiàng)目的創(chuàng)作過(guò)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(lái)能夠進(jìn)一步推動(dòng)項(xiàng)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