《数字技术传承历史——修复历史的容颜——访北京师范大学信息科学与技术学院院长周明全教授》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字技术传承历史——修复历史的容颜——访北京师范大学信息科学与技术学院院长周明全教授（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 特别策划 S p e c i a l S c h e me 文 本刊记者郭剑峰 修复历史的容颜 2 0 0 7 每个时代都有自己的特征，基于这个时代的科技就是这个时代的最好特征，也 是传承文化的最好载体。青铜时代 ，用青铜作为艺术的载体 ；石器时代是石 器，铁器时代亦如此；如今到了信息时代，数字技术就是文化传承的载体。 不论是可移动还是不可移动的文物 ，都可以用数字化的形式来展现 ，这样一 来，我们就可以足不出户并充满无限遐想地畅游于古代遗迹遗存中 纵然在若 干年后、由于种种不可抗力因素，古文化遗存消失殆尽 ，但虚拟场景漫游技术 的存在，依旧可以带我们走进那些曾经纵横交错、鳞次栉比的北京胡同
2、；依旧 可以带我们领略曾经人头攒动、熙熙攘攘的繁华古都。 年 6月，来 自多国 的专 家 首 次 通过 数字虚拟技术，完 整模拟出公元 3 2 0年罗马古城的原貌， 这是对罗马这座历史名城最大最完整 的一次数字模拟，再现了古罗马帝国 鼎盛 时期 的繁 荣景象 ； 2 0 1 0年 4月， 因为有效地辅助了文物的修复过程， “ 文物虚拟修复和数字化保护技术的研 究与应用”项 目，荣获了 2 0 0 9年度国 家科技进步二等奖 随着信息科学技术的发展，计算 1n P ,t ： C k湖T k 1 1 ： f ： p k 1 机技术与其他学科相结合发展起来的 新技术数字技术越来越多地运用 到人类的考
3、古研究工作中，为文物保 护、考 古 、古 人 类学 的研 究 开辟 了新 的途径，对考古学的发展和文物保护 产生了深远的影响。那么 ，数字考古 技术究竟能在人类考古的研究活动中， 起到哪些重要作用?我国的数字考古 技术又取得了哪些重要成果呢? 日前， 本刊记者就相关 问题，专访 了北京师 范大学信息科学与技术学院院长周明 全 教授 。 数字考古 ： 数字技术与考古学的完美结合 数字技术是一项与电子计算机相 伴相生的科学技术，它是指借助一定 的设备将各 种信息，包括 ：图、文、 声、像等，转化为 电子计算机能识别 的二进制数字 “ 0 ”和 “ 1 ”后进行运算、 加工、存储、传送、传播、还原的
4、技术。 随着现代计算机技术的发展 ，数字技 术已广泛地应用到生产、管理、教学、 科研及社会生活的方方面面，现 已成 为科学研究不可或缺的工具。数字技 术 已渗 透 到科 学研 究 的各 个领 域 ，成 为一种常用 的技术手段 。 据周明全教授介绍，考古学 的学 科 目的，归根到底是通过对古代遗迹、 遗物的发掘 ，来获取各类蕴含的历史 信息，以最终复原古代社会，探究古 代社会发展规律。从这个意义上说 ， 考古学的学科 目的也可视作是对古代 历史信息的辨识、认知，并通过对这 些信息的分析、整合来复原古代社会。 考古学科的这一特性和需求，也正是 数字技术所具有的优势之一。数字技 术与考古学 的紧密结
5、合，将会为考古 信 息 的认知 和 进一 步 的整 合、分 析 提 供强有力的工具，带给考古学以先进 的研究方法、手段，也将会对考古学 的未来发展产生深远 的影响。 周 明全教授表示 ，数字技术应用 于考古学和文物保护领域的研究始于 2 0世纪 5 0年 代，美 国学者 首次把计 算机技术应用于民族部落研究。此后， 数字技术开始在考古学和文物保护领 域逐步得到应用。 目前，国际上一些 周明全 教授、博士生导师，计算机图形 学知名学者、国际文物虚拟修复和数字化 保护应用的领军人 ，2 0 0 9 年度国家科技进 步二等奖得主。现任北京师范大学信息科 学与技术学院院长 ，中国图像 图形学学会 副理
6、事长 ，教 育部虚拟现实应用工程研究 中心主任 ，文化遗产数字化保护与虚拟现 实北京市重点实验室主任。长期从事计算 机可视化技术、虚拟现 实、中文信息处理 等重要领域 的基础理论及其应用工程的创 新性研究工作。 近年来，带领科研团队主要从事文化遗产的 数字化保护技术研究工作，即用计算机新技 术解决文化遗产 的数字化保存、修复、展示 中的问题，将计算机信息科学的前沿研究成 果创新性地应用于文物保护的主要过程，建 立了一套数字化文化遗产保护方法，开拓了 计算机应用新领域，为文化遗产的保存、保 护和展现提供了新的技术手段。 发达 国家，如英国、法国、德 国、奥 地 利 等 国家 的数 字考 古研 究
7、工 作 都达 到 了世界 领 先水 平。他 们从 田野 工作 开始，一直到对获得的考古资料进行 整理和研究均已使用了数字技术。同 时，在文物的研究、保存、修复等方 面也充分利用了相关数字技术。 “ 每个时代都有 自己的特征，基于 这个时代的科技就是这个时代的最好 特征，也是传承文化的最好载体。青 铜时代，用青铜作为艺术的载体，石 器时代是石器，铁器时代亦如此 ； 如 特别策划 S p e c i a l S c he me 今到了信息时代，数字技术就是文化 传承的载体 。 ”周明全教 授如 是说 。 2 0世纪 7 0年代后期，我国学者开 始将计算机技术应用于考古学和文物保 护领域的研究。虽然
8、数字考古技术研 究在我国起步较晚，但随着研究的不断 深入，经过近 3 0年的努力，在考古资 料与文物的信息管理、考古学研究、文 物保护修复、遗址和馆藏文物的数字化 处理及互联网应用等方面做了大量的工 1 2 科技潮 Th e Ti d e o f ,c l e n e e T e c h n n 1 n V 作，并取得了一定的成绩。据了解，目 前我国的数字考古研究已经跻身世界先 进行列，许多数字考古工作 ： 如数字圆 明园、龙门石窟数字化以及数字敦煌等 项 目均取得了重要成果。 开辟文物保护新途径 周明全告诉记者，中华 民族几千 年来博大精深的灿烂文化给我们留下 了数量众多、内涵丰富的文化遗存
9、， 因此，我国应用数字技术进行考古研 究的内涵十分广泛，既可 以应用数字 化技术进行考古发掘和文物修复，又 可以将考古发现进行数字化管理、将 考古遗址进行空间数字化等，以及运 用虚拟现实技术进行虚拟场景漫游等。 破解古文物修复难题 在来到北京师范大学之前，周明 全教授长期在西北大学工作 ，由于工 作关系，他成 了秦始皇兵马俑博物馆 的常客。久而久之发现了一个 问题。 那就是，每次看到的兵马俑数量都没 有多大变化。带着心中的疑 问，周明 全教授请教了博物馆的工作人员，了 解到兵马俑的修复工作不但复杂，而 且周期漫长。以复原一个破损程度中 等 的兵 马 俑为 例 ，至少 需 要 5个 人花 上半个
10、月的时间。 基于兵马俑复原中的诸多困惑，从 上世纪 7 0年代就开始从事计算机领域 研究的周明全教授，敏锐地捕捉到文物 修复亟需提高效率和精度的需要，萌生 了采用信息技术进行文物复原，解决文 物保护与修复实践中的重大技术瓶颈的 想法。通过这些支离破碎的历史碎片， 周 明全 教 授希 望运 用先 进 的计 算机 技 术，恢复遗址、遗迹、文物的本真面貌， 最大限度地逼近历史的真相，将一个个 生动的历史原貌再现给世人。 兵马俑修复之所以艰难缓慢，一 个很大问题在于碎片之间的匹配。针 对破碎文物保护的特殊性 ，周明全教 授 开发了破碎文物计算机修复 技术。 在实验室里，工作人员现场为记者再 现了兵马俑
11、的修复过程 ： 首先，利用 激光扫描仪扫描碎片的外形曲线和断 裂面的凹凸起伏特征 ； 然后用计算机 提取每一个碎片断裂面的特征点 ； 再 把各个特征点连成曲线，分别把每两 条特征曲线上的数据进行匹配。如果 断裂面数据完全吻合 ，就表示成功对 接。一般计算机会 以一块较大的碎片 为基础，对采集到的其他碎片样品逐 一 分析，直到找到吻合最完美的一块 碎片。这样不断 比较下去，当陶俑各 个部位的所有碎片都被找齐后，一个 完整的陶俑排列图也就产生了。 计算机每秒能完成数千块碎片的 对 比， 因此一 个破 裂 成百 余 块碎 片 的 陶俑完成拼接，也不过一个小时左右。 按照计算机提供 的结果，现场的修复
12、 人员进行碎片粘贴，在不到一天的时 间 里 ，就 可 以将 兵 马 俑 的 头 部 复 原 ， 这在以前是无法想象的。 通过文物复原技术 ，周明全教授还 针对青铜器以及古代字画进行了复原。 青铜器埋藏于地下数千载，经受着 自然界的 “ 无情”腐蚀，由于年代久远 或者墓室坍塌等原因，出土时往往是锈 迹斑驳、面目全非。据考古学专业人士 介绍，整形是青铜器修复各个环节中最 艰难、技术含量最高的一种技术手段， 就是通过在青铜器的变形部位施加一种 相反的力，使变形部位朝相反的方向再 一 次变形 ，以达 到整形 的 目的。因此 ， 青铜器修复需要从业人员具有金属力学 的相关知识及丰富的实践经验，以应对 各
13、种复杂情况的变形青铜器。但如果在 青铜器形变的复原中能够借助先进的计 算机手段，将大大增加青铜器修复中的 安全性和可靠性。 这种设想在周明全教授及其团队 的共同努力下最终成为现实。他们通 过对青铜器整体形制及其形变部位局 部的计算，并综合考虑青铜器因年代 久远在金属延展性上发生的细微变化， 研究出针对青铜器三维曲面的形变复 原算法，通过计算机辅助手段实现青 铜器的三维整形。针对轻微形变，采 用光滑 区域曲率一致性修复，通过完 好区域 曲面信息修复形变 曲面的三维 信息。针对剧烈形变，首先获取待复 原 区域骨骼，然后通过交互式人工方 法恢复文物的三维形状。 古代字画的损坏，除了人为因素 外，还会
14、遭受 自然力的缓慢侵蚀 ( 例 如空气温湿度、灰尘、霉菌、虫害等) ， 这对于古代字画而言是一种连续不断 的 自然损 害。换而言之，古代字画由 于不可抗拒的 自然朽坏，终有一天会 完全消失。 对此，北京师范大学的数字化虚拟 实验室研究出一种污损书画图像修复算 法 ，利用轮廓信息实现图像修复。该方 法在等照度线理论和偏微分方程理论基 础上，改进非线性扩散方程，建立了新 的曲率驱动与边缘停止相结合的非线性 扩散模型，改善书画修复效果。 这个技术的成功案例就是针对故 宫博物院的一 幅文革时被泼墨迹、污 损尤为严重 的古代绘画进行了复原。 由于画纸本身的碳纤维和墨迹 中碳素 相互融合，凭借传统的字画修
15、复方法 已不可能将其分离，字 画的本来面目 便无法呈现在世人面前。而计算机污 损书画修复技术成功地弥补了这一缺 憾，通过一系列计算机修复算法将 隐 藏在墨迹之下的画面提取出来，最终 将这幅绘画作品以数字化的形式展现 出来供人研究鉴赏。 一 边是信息时代先进的计算机技 术，一边是时间长河里磨损破碎的历史 文物。经过多年的尝试，二者在科研人 员的手 中实现了巧妙的结合。2 0 1 0年， 凭借 “ 文物虚拟修复和数字化保护技术 的研究与应用”项目，周明全教授荣获 了2 0 0 9 年度国家科技进步奖二等奖。 数字博物馆 ： 博物馆发展的新趋势 日本 已故著名博物馆学家鹤 田总 一 郎曾指出，博物馆如果仅仅只完成 文物资料的收集保管等工作 ，并不能 称之为真正意义上的博物馆，博物馆 只有实现其社会教育职能，才能称得 上是名副其实的博物馆。此外，博物 馆内部藏品对于馆内温湿度均有较高 要求，温湿度的失衡会给藏品带来致 西北大学考古数字博物馆 特别 策划 S p e c i a l S c he m e 虚拟漫游技术畅游北京胡同 命的损伤 ； 而且作为三维物体的馆藏 文物，能呈现给观众的仅是个别角度， 诸如器物的内部铭文和背面、底部
