學生們在瞿曇寺進行壁畫數據采集工作。

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保護與發展關鍵技術研究團隊，便跟著研究生和老師們進入到文物遺產保護的世界。這一過程中，孩子們了解到數字化修復、永續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的轉變……

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的技術內容，正是取材于建筑遺產保護與發展關鍵技術研究團隊。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，對文保工作產生興趣，知道數字化修復、永續留存大概是什么意思。”談及科普劇的籌備，團隊負責人李愛群教授笑言，為了將這些專業內容通俗地進行傳達，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樣貌。

這種“修復”很好理解，那么“數字化”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。“簡而言之，用完好部位的信息，‘倒推’或者說‘猜測’缺損部位狀態，是一種數理統計、回歸分析的方法。”

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，數字化修復得到更為淋漓盡致的表達。

據悉，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據。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、土木結構、建筑學和文物保護專業的高度融合，還培養了一批測繪和文物保護人才。”

留存

結構捋清 珍稀文化遺產進數據“保險箱”

承擔文物數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據進行“永續留存”。概括而言，就是趁文化遺產狀態尚好時，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，藝術歷史學家安德魯·塔隆曾借助三維激光掃描技術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鍵。

在國內，除了邊修復邊進行數據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“永續留存”。

通過數月的無人機拍攝與三維激光掃描，布達拉宮整個結構第一次被“捋”得清清楚楚。理論上講，在建筑技巧能達到的前提下，利用這些留存的數據，它可以被一比一精準復制。這意味著布達拉宮從此進了數據“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，永續留存更著眼于未來。“現在還沒有一個標準，什么樣的文物應該優先去做永續留存。”一想到不少文化遺產可能在尚未進行數據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。”

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”的留存和數字化修復，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、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，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。

與以往技術相比，高光譜成像技術依據的也是文物表面殘余的色彩。但傳統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，高光譜成像技術走進首都博物館，為40多幅古字畫進行了數字化留存、顏料分析。更神奇的是，高光譜儀器獲取了館藏書畫400至1000微米光譜范圍的數據，共發現300多處人類肉眼無法甄別的隱含信息。

去年起，團隊數次遠赴青海省海東市樂都縣的瞿曇寺，為已有600余年歷史的寺內壁畫采集高光譜數據，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”

實驗室通過數理分析方法進行文物遺產保護的道路，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’。”侯妙樂回憶，自己2005年博士畢業前后，球面的表達方式還是經緯度格網，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。“大概意思就是用三角形將球面鋪滿，全部都是計算、數學。”她坦言，抽象的計算跟實際很難產生聯系，不禁讓人懷疑，自己做的這些到底有什么用？

而當她去現場第一次做數字化修復，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，用皮尺測量數據。“我們用三維激光掃描、近景攝影，高精度且無縫地將大佛顯示出來。”

有了海量數據，還需挖掘提取出針對特殊需求的有用數據。“那尊大佛的發髻都差不多掉了，我們通過數據第一次搞清了發髻的走向，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，從現代技術中推斷出的結論，跟現場憑一輩子直覺經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。“老專家們相當于為自己的判斷找到了數據支撐，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，實驗室的技術得到更加廣泛的應用。就在去年，團隊負責人李愛群帶領實驗室通過高精度三維信息留取術、藝術價值表皮分區劃分、多維數字化快速成型與制造等技術，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。

作為云岡石窟中規模最大、最復雜、藝術價值極高的一窟，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，更多的人將能領略到云岡石窟的震撼魅力。