打造数字“文物方舟”

“‘文物方舟’，顾名思义，就是我们希望能和时间赛跑，将更多的文物信息保留在‘方舟’上。”浙江大学文物方舟团队指导老师刁常宇老师说，他们希望做一群“摆渡人”，“将这些历经岁月沧桑后的文物背后的故事摆渡到千年后的今天，也摆渡到大洋彼岸，载着中华文明的种子，走向全世界”。

成立10年来，团队利用3D打印技术进行文物复制和展示，让不可移动的文物“走”近大众。

从敦煌开始的探索

说起文物方舟团队在文物数字化领域的探索，团队负责人李敏说，故事还要从上世纪90年代讲起。

1997年 7 月，浙江大学潘云鹤校长首次访问敦煌莫高窟，与时任敦煌研究院院长樊锦诗共同启动了敦煌壁画数字化采集与修复的研究工作，组建了一支跨学科的联合研究团队，高保真采集敦煌壁画。

文物方舟团队成员在现场采集古建筑图像资料

“樊锦诗院长曾说，莫高窟老化消失的趋势只能延缓，无法逆转。”李敏介绍说，2010年至2014年，浙大科技考古团队历时4年，高保真还原了敦煌莫高窟开凿于初唐时期的220号窟，该窟所存佛像等较好地保留了初唐时的风貌，是研究初唐时期塑像的标准作品。“这次复制窟采用 1∶1 比例尺寸，石窟形制按三维数据精确重建。壁画采用专用宣纸喷绘，附于泥底地仗层上，最大程度地还原了原窟的色彩与质感。”

2012年，李敏所在的“文物方舟”团队依托浙江大学文化遗产研究院成立，继续开展长达十年的文物数字化保护探索。

截至目前，团队共完成133个数字化项目，走遍了全国24个省，跋涉15万公里，每年有超过150天的时间在做采集工作。“除石窟外，壁画、墓葬、寺庙等也都是我们团队采集和复制的对象。”李敏说，让团队引以为豪的项目有很多，云冈石窟第3窟、第12窟，龙门石窟，托林寺壁画，青州博物馆、大足石刻复制窟等不一而足。其中，云冈石窟第12窟是团队与云冈石窟研究院合作制作的世界上首个可移动的3D打印石窟。

云冈石窟第12窟俗称“音乐窟”，洞窟前室北壁上方的天宫乐伎天手持各种民族乐器，生动反映了北魏（386年-534年）宫廷乐队演出时的风貌，是研究中国古代音乐史的珍贵资料。李敏说，复原石窟高8.5米、宽12.2米、入深14.5米。“这次复制历时3年多完成，不仅是世界上首次使用3D打印技术实现大体量文物复制工程，也首次实现了超大型文物的可移动展示。其三维重建误差小于2毫米，触及领域‘天花板’，并且采用110块积木式组装，拉运自如可行遍天下，迈出云冈石窟走向世界的第一步。”

克服技术难题

李敏是浙江大学计算机学院的博士。最初，这个项目由计算机学院的科研团队负责，其研究方向为利用数字化技术采集和保存文物信息。自浙江大学艺术与考古学院在2019年成立后，越来越多来自考古、文博等其他专业的新生力量加入团队，为团队的工作带来全新视角——利用3D打印技术将不可移动的文物进行跨地域展览。这也是学院强调的“艺术+科技保护模式”。

目前，除李敏外，团队还包括裘霖山、葛云飞、万伊宁、白宇璇等14名成员，组成了考古组、创意组、计算机组等不同的任务链条，共同完成项目建设。采集数据信息、建立三维模型、完成3D打印并进行安装展示，这些环节构成了团队数字化保护和展示的核心。李敏说，“最难的是采集和建模环节”。

团队成员在敦煌莫高窟100窟工作现场

“采集时由于石窟形状复杂，我们就在摄影测量的基础上结合使用三维激光扫描技术。但为了避免对彩绘造成伤害，采集时光线不能太强，但这样又会造成色差。”李敏说，为此，团队研发开创了颜色校准技术，成功实现了在各种照明条件下对石窟表面的色彩精准还原。此外，他们还首次引入深度学习技术，对损毁的石窟表面进行色彩修复还原。

以云冈石窟第12窟为例，李敏说，历时3个月，拍摄时用到了GIS测量、无人机航测、考古图版拍摄等技术，共采集照片5万多张。在接下来的建模环节，需要同时完成3100G图像信息的计算，“这个数据量已经突破所有三维重建软件的计算极限”。最终，他们采用自主研发的大数据平台并行计算，完成了这个超大规模的三维重建。

这些年来，文物方舟团队在技术上不断取得突破，其自主研发的浙江大学第五代壁画书画高保真采集设备跻身国内领先国际一流行列，光度立体三维扫描仪可实现国际领先水平的高反光文物采集。

未来，李敏说，在3D打印技术逐渐趋于成熟的阶段，“文物方舟”将会更关注如何利用VR、AR技术搭建虚拟文物空间。同时，要在创新复制技术上发力，为实现完全还原文物的质感而投入更多力量。

传承社会记忆

谈及做这项工作的意义，李敏说，团队不仅在国内进行中小学推广教育，同时与国外顶尖大学合作开设课程与项目，从而“让大众关注文物保护工作，增加对历史的敬畏，提高文物保护意识，并传承、发扬中国优秀传统文化”。

文物方舟团队与哈佛大学合作开设了埃及金字塔VR课程；与伦敦大学学院合作开展了“山西省濒危寺观壁画数字化保护与传播”项目；与尼泊尔国家文物局合作并主持援助尼泊尔九层神庙的数字化调查工作，并协助培训当地考古人才。

云冈3窟数字化成果

“国外的文物数字化探索比我们要早很多，但大多集中在可移动文物领域，对不可移动文物的尝试较少，这很大程度上是因为，在文物保护领域走在前列的很多国家并没有像中国如此大体量的不可移动遗迹。”刁常宇老师说，中国不论是石窟寺、木构建筑还是寺庙、壁画等，都有大量的遗产保存至今，“这是一笔在全世界范围内都极为珍贵的文化瑰宝”。

“我们有时候觉得文物很阳春白雪，就是因为它太少、太稀有、太难以接近，因此它们好像很严肃、很神秘。普通人可能觉得自己和历史文物没有关系，但其实这些都是我们祖先智慧的结晶，跟每个人息息相关。”李敏说，团队借助数字技术手段，全面、系统、科学地记录文物的信息，抢救性地为中国文物建立矿藏级别的数字档案，保护文物本体，也是保护它们所承载的社会记忆。