數(shù)字技術(shù)讓秦始皇陵銅車馬“活”了

2000多年前與秦始皇一同葬入地下的銅車馬，在今天最先進(jìn)的三維數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，活靈活現(xiàn)地“穿越”到人們面前。這是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)給沉睡千年的文物帶來(lái)的重生。

日前，天津大學(xué)文化遺產(chǎn)保護(hù)與傳承信息技術(shù)研究中心完成了為秦始皇帝陵二號(hào)銅車馬精準(zhǔn)“量體”的工作。通過(guò)51G的點(diǎn)云(點(diǎn)云即海量點(diǎn)數(shù)據(jù)的集合——記者注)數(shù)據(jù)量的搜集，電腦屏幕上，這個(gè)被稱為“青銅之冠”的國(guó)寶級(jí)銅車馬向現(xiàn)代人展示出秦代的精美工藝、絕妙設(shè)計(jì)，甚至馬匹身上皮膚反射的色彩也與實(shí)物分毫不差。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)軟件學(xué)院副教授韓冬說(shuō)，這不僅能讓普通人有機(jī)會(huì)看到“活”的文物，也為后續(xù)的考古研究、高精度復(fù)原與復(fù)制、數(shù)字內(nèi)容開(kāi)發(fā)、展覽展示等提供所需的數(shù)據(jù)支撐。

秦始皇陵承載著豐富的歷史信息和文化基因，具有豐厚的科學(xué)與文化底蘊(yùn)，是歷史留給中華民族的一筆寶貴文化財(cái)富。1978年在秦始皇陵西出土了兩乘大型彩繪銅馬車，按出土?xí)r的先后順序編為一號(hào)車和二號(hào)車。銅車馬結(jié)構(gòu)完整、工藝精湛，逼真地再現(xiàn)了秦始皇御用馬車的原貌，其中包含的信息資料和物化證據(jù)，對(duì)中國(guó)古代車馬及相關(guān)文化的研究具有劃時(shí)代的意義，被學(xué)界譽(yù)為“世界馬車史上的里程碑”。

考古學(xué)家認(rèn)為，二號(hào)車的尺寸是秦始皇御用車隊(duì)真車的二分之一。它通長(zhǎng)317厘米，通高106.2厘米，總重量1241公斤，其中金銀飾件重量超14公斤，零部件達(dá)3000余個(gè)，采用鑄造、鑲嵌、焊接、子母扣連接、活鉸連接等多種工藝組裝而成，是我國(guó)考古史上截至目前出土的體型最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、系駕關(guān)系最完整的古代車馬。

從外觀看，車蓋以及車輿內(nèi)外有精美的彩繪紋樣。4匹銅馬拉著車廂，御官俑雙手執(zhí)轡，跽坐于車前。車廂有可推拉車窗板和橢圓篷蓋，有人認(rèn)為，這有調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣和降低氣溫的功能，因此推測(cè)其為“世界上最早的空調(diào)車”。

銅車馬的神秘之處，在于當(dāng)時(shí)如何擁有如此先進(jìn)的制造工藝，這至今仍是難解之謎。事實(shí)上，出土?xí)r銅車馬已部分被壓碎，專家在修復(fù)中發(fā)現(xiàn)，其頂棚為一次性鑄造而成，最薄的地方僅1毫米，最厚的地方也不過(guò)4毫米。這種一次性銅液澆筑技術(shù)在今天仍然是最先進(jìn)的技術(shù)，而要模仿出與秦人在2000多年前制作出來(lái)的大小、厚薄完全一樣的大型弧形青銅，卻根本不可能。“銅車馬身上有很多尚未破解之謎，我們通過(guò)技術(shù)更完整地將其還原出來(lái)，更便于日后研究。”天津大學(xué)文化遺產(chǎn)保護(hù)與傳承信息技術(shù)研究中心主任張加萬(wàn)說(shuō)。

2016年9月底，韓冬主持啟動(dòng)了與秦始皇帝陵博物院合作的《秦始皇帝陵出土二號(hào)青銅馬車三維數(shù)據(jù)的采集與加工項(xiàng)目》，經(jīng)過(guò)近1年的7輪現(xiàn)場(chǎng)采集工作，目前順利完成并通過(guò)專家驗(yàn)收。

“為了充分保護(hù)文物，我們堅(jiān)持最高精度、最小干預(yù)度、非接觸的原則，采取分部采集、軟件拼合的方法，保證數(shù)據(jù)的完整。”韓冬說(shuō)，對(duì)一匹青銅馬的數(shù)據(jù)采集，需花費(fèi)數(shù)天時(shí)間。馬的腹部、臀部、口腔、外鞅、引繩等處數(shù)據(jù)采集相當(dāng)困難，而為了保證數(shù)據(jù)的全面性和完整性，連馬蹄底部的數(shù)據(jù)也逐一做了采集。

團(tuán)隊(duì)采用三維激光掃描儀的當(dāng)前最高精度(0.02毫米)，測(cè)量二號(hào)銅車馬表面大量點(diǎn)的信息，然后輸出并存儲(chǔ)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合存儲(chǔ)在一起，便能完整還原出整個(gè)青銅馬車的原貌。

由于銅車馬各個(gè)部分形態(tài)差異懸殊、單體體積龐大、重量大、局部細(xì)節(jié)復(fù)雜、連接處脆弱、金銀處反光等特點(diǎn)，韓冬團(tuán)隊(duì)運(yùn)用點(diǎn)云數(shù)據(jù)與貼圖數(shù)據(jù)同步交錯(cuò)獲取、外業(yè)采集與內(nèi)業(yè)加工分階段相互交叉的方式，對(duì)銅車馬的部件逐一進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與加工工作。

然而在內(nèi)業(yè)加工時(shí)，大量的數(shù)據(jù)導(dǎo)致工作站讀取、存儲(chǔ)過(guò)程極為耗時(shí)，計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷大，難以真正應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試后，在保證模型品質(zhì)的前提下，將單個(gè)模型面數(shù)控制在百萬(wàn)級(jí)，順利推動(dòng)了模型配準(zhǔn)、模型修補(bǔ)、模型優(yōu)化、貼圖選取、貼圖校準(zhǔn)、模型展UV并完成貼圖。

不斷進(jìn)步的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，正在給考古這門(mén)古老的學(xué)科帶來(lái)新的生命，幫助人們更了解自己的歷史和來(lái)路。

標(biāo)簽： 秦始皇陵 銅車馬 數(shù)字