數(shù)字技術讓秦始皇陵銅車馬“活”了

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

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

該項目負責人、天津大學軟件學院副教授韓冬說，這不僅能讓普通人有機會看到“活”的文物，也為后續(xù)的考古研究、高精度復原與復制、數(shù)字內(nèi)容開發(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，具有豐厚的科學與文化底蘊，是歷史留給中華民族的一筆寶貴文化財富。1978年在秦始皇陵西出土了兩乘大型彩繪銅馬車，按出土時的先后順序編為一號車和二號車。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)，對中國古代車馬及相關文化的研究具有劃時代的意義，被學界譽為“世界馬車史上的里程碑”。

考古學家認為，二號車的尺寸是秦始皇御用車隊真車的二分之一。它通長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3000余個，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，是我國考古史上截至目前出土的體型最大、結(jié)構(gòu)最復雜、系駕關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，有人認為，這有調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣和降低氣溫的功能，因此推測其為“世界上最早的空調(diào)車”。

銅車馬的神秘之處，在于當時如何擁有如此先進的制造工藝，這至今仍是難解之謎。事實上，出土時銅車馬已部分被壓碎，專家在修復中發(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4毫米。這種一次性銅液澆筑技術在今天仍然是最先進的技術，而要模仿出與秦人在2000多年前制作出來的大小、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，我們通過技術更完整地將其還原出來，更便于日后研究。”天津大學文化遺產(chǎn)保護與傳承信息技術研究中心主任張加萬說。

2016年9月底，韓冬主持啟動了與秦始皇帝陵博物院合作的《秦始皇帝陵出土二號青銅馬車三維數(shù)據(jù)的采集與加工項目》，經(jīng)過近1年的7輪現(xiàn)場采集工作，目前順利完成并通過專家驗收。

“為了充分保護文物，我們堅持最高精度、最小干預度、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，對一匹青銅馬的數(shù)據(jù)采集，需花費數(shù)天時間。馬的腹部、臀部、口腔、外鞅、引繩等處數(shù)據(jù)采集相當困難，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。

團隊采用三維激光掃描儀的當前最高精度(0.02毫米)，測量二號銅車馬表面大量點的信息，然后輸出并存儲為點云數(shù)據(jù)，將所有點云數(shù)據(jù)集合存儲在一起，便能完整還原出整個青銅馬車的原貌。

由于銅車馬各個部分形態(tài)差異懸殊、單體體積龐大、重量大、局部細節(jié)復雜、連接處脆弱、金銀處反光等特點，韓冬團隊運用點云數(shù)據(jù)與貼圖數(shù)據(jù)同步交錯獲取、外業(yè)采集與內(nèi)業(yè)加工分階段相互交叉的方式，對銅車馬的部件逐一進行數(shù)據(jù)采集與加工工作。

然而在內(nèi)業(yè)加工時，大量的數(shù)據(jù)導致工作站讀取、存儲過程極為耗時，計算運轉(zhuǎn)負荷大，難以真正應用。團隊經(jīng)過反復測試后，在保證模型品質(zhì)的前提下，將單個模型面數(shù)控制在百萬級，順利推動了模型配準、模型修補、模型優(yōu)化、貼圖選取、貼圖校準、模型展UV并完成貼圖。

不斷進步的現(xiàn)代科學技術，正在給考古這門古老的學科帶來新的生命，幫助人們更了解自己的歷史和來路。

標簽： 秦始皇陵 銅車馬 數(shù)字