學生們在瞿曇寺進行壁畫數(shù)據(jù)采集工作。

一群中學生，在游學時無意間撿到一只“手”，以為是從千手觀音上掉下來的，不知如何是好。正巧，他們遇到了北京建筑大學的建筑遺產(chǎn)保護與發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究團隊，便跟著研究生和老師們進入到文物遺產(chǎn)保護的世界。這一過程中，孩子們了解到數(shù)字化修復、永續(xù)留存等工作背后的意義，也完成了自身從隨性頑劣到責任擔當?shù)霓D(zhuǎn)變……

還有一個月，這部由北京建筑大學與北京科學中心等單位合作創(chuàng)作的科普劇《千年石刻 萬年傳情》就將與公眾見面。其中的研究人員原型以及主要呈現(xiàn)的技術(shù)內(nèi)容，正是取材于建筑遺產(chǎn)保護與發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究團隊。在這里，有一群科研工作者，他們“按圖索驥”，卻讓文物修復工作更加精準高效。

修復

歷時十年 專注千手觀音的每一只手

“想借著這部劇，讓更多的人尤其是青少年，對文保工作產(chǎn)生興趣，知道數(shù)字化修復、永續(xù)留存大概是什么意思?！闭劶翱破談〉幕I備，團隊負責人李愛群教授笑言，為了將這些專業(yè)內(nèi)容通俗地進行傳達，大伙兒下的功夫可不比日常研究少。

對公眾而言，這些內(nèi)容乍聽上去確實略顯“高深”。李愛群介紹，在北京，團隊參加的項目有盧溝橋數(shù)字化修復保護。由于風化磨損或人為破壞，橋上的雕紋局部、獅子等會有圖案不清晰，甚至殘缺掉落的狀況，團隊的任務就是要恢復其原本形態(tài)樣貌。

這種“修復”很好理解，那么“數(shù)字化”是怎么回事呢？團隊骨干侯妙樂教授解釋，通常而言，文物建筑各部位間會有一些規(guī)律可循，而整座盧溝橋也有保存相對完好的部分。通過三維激光掃描完好部分，結(jié)合橋體特征的對稱分布等，就能將缺損部位用軟件自動化重建出來?！昂喍灾?，用完好部位的信息，‘倒推’或者說‘猜測’缺損部位狀態(tài)，是一種數(shù)理統(tǒng)計、回歸分析的方法?！?/p>

在團隊耗時最久、投入心血最多的重慶大足石刻千手觀音搶救性保護項目中，數(shù)字化修復得到更為淋漓盡致的表達。

據(jù)悉，這尊南宋年間的千手觀音造像原本有1024只手，修復前可見約830只手，保存相對完好的有400只左右。團隊就是以這400只保存完整的手為基準，觀察待修復手處在整龕觀音的什么位置，尋找它的對稱相似手去類比空間特征。再通過完好手的五個手指之間的回歸關(guān)系，算出待修復手的長度、手指彎曲度等等……

從預研究、立項到2016年結(jié)題驗收，這一項目團隊整整做了十年，為每一只手留存下修復前、中、后三個時間維度的數(shù)據(jù)。在侯妙樂看來這十年很值得，“不僅做了科研，更是整個測繪學、地理信息科學、土木結(jié)構(gòu)、建筑學和文物保護專業(yè)的高度融合，還培養(yǎng)了一批測繪和文物保護人才?！?/p>

留存

結(jié)構(gòu)捋清 珍稀文化遺產(chǎn)進數(shù)據(jù)“保險箱”

承擔文物數(shù)字化修復任務的同時，團隊的另一個重點工作方向是將文物數(shù)據(jù)進行“永續(xù)留存”。概括而言，就是趁文化遺產(chǎn)狀態(tài)尚好時，多層級留取其信息，以備將來有修復需求時應用。

今年4月，巴黎圣母院的一場大火，讓“永續(xù)留存”進入公眾視野。濃煙滾滾中，跨越760年光陰的尖塔墜落，多少法國人民掩面哭泣……但某種程度上巴黎圣母院又是幸運的，早在2015年，藝術(shù)歷史學家安德魯·塔隆曾借助三維激光掃描技術(shù)詳盡地記錄下這一偉大教堂的全貌。這場大火后，巴黎圣母院的三維模型存檔將成為重建的關(guān)鍵。

在國內(nèi)，除了邊修復邊進行數(shù)據(jù)留存的大足石刻千手觀音項目，最近團隊還與中國文化遺產(chǎn)研究院和北京帝測科技股份有限公司合作，專門完成了西藏布達拉宮的“永續(xù)留存”。

通過數(shù)月的無人機拍攝與三維激光掃描，布達拉宮整個結(jié)構(gòu)第一次被“捋”得清清楚楚。理論上講，在建筑技巧能達到的前提下，利用這些留存的數(shù)據(jù)，它可以被一比一精準復制。這意味著布達拉宮從此進了數(shù)據(jù)“保險箱”，若它今后需要修復，就能得到最大限度地復原。

與修復相比，永續(xù)留存更著眼于未來。“現(xiàn)在還沒有一個標準，什么樣的文物應該優(yōu)先去做永續(xù)留存?！币幌氲讲簧傥幕z產(chǎn)可能在尚未進行數(shù)據(jù)留存的過程中慢慢降到“無法可修”的地步，或遭遇意外，李愛群總是有種緊迫感，“也希望更多的人能加入進來?！?/p>

還原

無需取樣 可知文物表面顏料配比

侯妙樂致力于文物“幾何形態(tài)”的留存和數(shù)字化修復，與她同屬一個實驗室的呂書強，則專注于文物表面的色彩還原。

“打個比方，觀音手指的形態(tài)、長短等確定后，至于手指表面涂了什么，就是我們的活兒了！”呂書強解釋，大部分古代文物的表面都是用礦物顏料繪制，不同物質(zhì)的光譜反射也不同。基于這個原理，團隊使用遙感手段“高光譜”成像技術(shù)，來獲取文物表面的反射光譜。通過光譜來研究或者說猜測，古人到底用的什么顏料，配比如何，從而對書畫、壁畫以及表面有色彩的彩塑等進行修復。

與以往技術(shù)相比，高光譜成像技術(shù)依據(jù)的也是文物表面殘余的色彩。但傳統(tǒng)手段需要從文物表面再取樣“一點點”拿到實驗室分析，高光譜成像技術(shù)則如同拍照，不需實際取樣，對文物沒有損害，且分析效率更高。

2015年，高光譜成像技術(shù)走進首都博物館，為40多幅古字畫進行了數(shù)字化留存、顏料分析。更神奇的是，高光譜儀器獲取了館藏書畫400至1000微米光譜范圍的數(shù)據(jù)，共發(fā)現(xiàn)300多處人類肉眼無法甄別的隱含信息。

去年起，團隊數(shù)次遠赴青海省海東市樂都縣的瞿曇寺，為已有600余年歷史的寺內(nèi)壁畫采集高光譜數(shù)據(jù)，目前項目仍在緊張進行中。呂書強表示，實際上高光譜研究到現(xiàn)在也只有七八年，但從應用評價及項目申報情況而言，已顯現(xiàn)出了巨大潛力。

認同

復制裝配 近20米高云岡石窟“動起來”

實驗室通過數(shù)理分析方法進行文物遺產(chǎn)保護的道路，這些年來越走越寬。“剛開始感受還不是這樣，那會兒確實是‘冷門’?！焙蠲顦坊貞?，自己2005年博士畢業(yè)前后，球面的表達方式還是經(jīng)緯度格網(wǎng)，但她想用一種更精確的方式去推算，就使用了球面四元三角網(wǎng)?！按蟾乓馑季褪怯萌切螌⑶蛎驿仢M，全部都是計算、數(shù)學?！彼寡裕橄蟮挠嬎愀鷮嶋H很難產(chǎn)生聯(lián)系，不禁讓人懷疑，自己做的這些到底有什么用？

而當她去現(xiàn)場第一次做數(shù)字化修復，這些疑問消失了。那是一尊17米、近6層樓高度的潼南大佛。放在以往，只能拍些平面照片，用皮尺測量數(shù)據(jù)?！拔覀冇萌S激光掃描、近景攝影，高精度且無縫地將大佛顯示出來?！?/p>

有了海量數(shù)據(jù)，還需挖掘提取出針對特殊需求的有用數(shù)據(jù)?！澳亲鸫蠓鸬陌l(fā)髻都差不多掉了，我們通過數(shù)據(jù)第一次搞清了發(fā)髻的走向，將缺損部位計算了出來。”侯妙樂回憶，那一次“初出茅廬”的團隊，從現(xiàn)代技術(shù)中推斷出的結(jié)論，跟現(xiàn)場憑一輩子直覺經(jīng)驗來判斷的老專家們的預估，只差了幾毫米，這令大家都很興奮?！袄蠈＜覀兿喈斢跒樽约旱呐袛嗾业搅藬?shù)據(jù)支撐，我們更高興了，原來我們做的這個東西，真的能對修復工作有幫助！”

近年來，伴隨各地對文保工作的重視，實驗室的技術(shù)得到更加廣泛的應用。就在去年，團隊負責人李愛群帶領(lǐng)實驗室通過高精度三維信息留取術(shù)、藝術(shù)價值表皮分區(qū)劃分、多維數(shù)字化快速成型與制造等技術(shù)，完成了世界首例可裝配3D打印超大型文物等比例復制工程——山西大同云岡石窟第十八窟原比例、高精度復制。

作為云岡石窟中規(guī)模最大、最復雜、藝術(shù)價值極高的一窟，云岡第十八窟整體高度近20米。而實驗室相當于用“3D打印”復制了一座，這意味著云岡石窟的展示不再受限于地理位置，更多的人將能領(lǐng)略到云岡石窟的震撼魅力。