数字技术让秦始皇陵铜车马“活”了

数字技术让秦始皇陵铜车马“活”了

2000多年前与秦始皇一同葬入地下的铜车马，在今天最先进的三维数据技术支持下，活灵活现地“穿越”到人们面前。这是现代科学技术给沉睡千年的文物带来的重生。

日前，天津大学文化遗产保护与传承信息技术研究中心完成了为秦始皇帝陵二号铜车马精准“量体”的工作。通过51G的点云（点云即海量点数据的集合——记者注）数据量的搜集，电脑屏幕上，这个被称为“青铜之冠”的国宝级铜车马向现代人展示出秦代的精美工艺、绝妙设计，甚至马匹身上皮肤反射的色彩也与实物分毫不差。

该项目负责人、天津大学软件学院副教授韩冬说，这不仅能让普通人有机会看到“活”的文物，也为后续的考古研究、高精度复原与复制、数字内容开发、展览展示等提供所需的数据支撑。

秦始皇陵承载着丰富的历史信息和文化基因，具有丰厚的科学与文化底蕴，是历史留给中华民族的一笔宝贵文化财富。1978年在秦始皇陵西出土了两乘大型彩绘铜马车，按出土时的先后顺序编为一号车和二号车。铜车马结构完整、工艺精湛，逼真地再现了秦始皇御用马车的原貌，其中包含的信息资料和物化证据，对中国古代车马及相关文化的研究具有划时代的意义，被学界誉为“世界马车史上的里程碑”。

考古学家认为，二号车的尺寸是秦始皇御用车队真车的二分之一。它通长317厘米，通高106.2厘米，总重量1241公斤，其中金银饰件重量超14公斤，零部件达3000余个，采用铸造、镶嵌、焊接、子母扣连接、活铰连接等多种工艺组装而成，是我国考古史上截至目前出土的体型最大、结构最复杂、系驾关系最完整的古代车马。

从外观看，车盖以及车舆内外有精美的彩绘纹样。4匹铜马拉着车厢，御官俑双手执辔，跽坐于车前。车厢有可推拉车窗板和椭圆篷盖，有人认为，这有调节车内空气和降低气温的功能，因此推测其为“世界上最早的空调车”。

铜车马的神秘之处，在于当时如何拥有如此先进的制造工艺，这至今仍是难解之谜。事实上，出土时铜车马已部分被压碎，专家在修复中发现，其顶棚为一次性铸造而成，最薄的地方仅1毫米，最厚的地方也不过4毫米。这种一次性铜液浇筑技术在今天仍然是最先进的技术，而要模仿出与秦人在2000多年前制作出来的大小、厚薄完全一样的大型弧形青铜，却根本不可能。“铜车马身上有很多尚未破解之谜，我们通过技术更完整地将其还原出来，更便于日后研究。”天津大学文化遗产保护与传承信息技术研究中心主任张加万说。

2016年9月底，韩冬主持启动了与秦始皇帝陵博物院合作的《秦始皇帝陵出土二号青铜马车三维数据的采集与加工项目》，经过近1年的7轮现场采集工作，目前顺利完成并通过专家验收。

“为了充分保护文物，我们坚持最高精度、最小干预度、非接触的原则，采取分部采集、软件拼合的方法，保证数据的完整。”韩冬说，对一匹青铜马的数据采集，需花费数天时间。马的腹部、臀部、口腔、外鞅、引绳等处数据采集相当困难，而为了保证数据的全面性和完整性，连马蹄底部的数据也逐一做了采集。

团队采用三维激光扫描仪的当前最高精度（0.02毫米），测量二号铜车马表面大量点的信息，然后输出并存储为点云数据，将所有点云数据集合存储在一起，便能完整还原出整个青铜马车的原貌。

由于铜车马各个部分形态差异悬殊、单体体积庞大、重量大、局部细节复杂、连接处脆弱、金银处反光等特点，韩冬团队运用点云数据与贴图数据同步交错获取、外业采集与内业加工分阶段相互交叉的方式，对铜车马的部件逐一进行数据采集与加工工作。

然而在内业加工时，大量的数据导致工作站读取、存储过程极为耗时，计算运转负荷大，难以真正应用。团队经过反复测试后，在保证模型品质的前提下，将单个模型面数控制在百万级，顺利推动了模型配准、模型修补、模型优化、贴图选取、贴图校准、模型展UV并完成贴图。

不断进步的现代科学技术，正在给考古这门古老的学科带来新的生命，帮助人们更了解自己的历史和来路。