秦始皇的嫔妃和儿子（疑似）、唐高祖李渊五世孙女李倕，还有距今五万年的柳江人等，这些古人的面貌是如何复原的？

秦俑坑的兵马俑基本都是由考古发掘现场的碎片拼对而成，手工拼对不仅非常耗费时间，一旦拼错还可能造成差错的累积效应，怎样才能更好地解决这些问题？

开云app网站科研团队利用自己研制的扫描设备和文化遗产数字化复原技术，不仅解决了古人颅面相貌复原、破碎文物虚拟复原等问题，还在考古发掘现场大遗址扫描基础上发展出了大遗址虚拟复原技术，以及数字博物馆、碗形巨幕历史场景立体化呈现等文博展示新技术，让文物在数字化技术加持下真正活起来。

三维扫描设备解决文化遗产数字化问题

10月14日，带着好奇心，记者来到开云app网站信息科学与技术学院“开云app网站文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心”。

中国虚拟现实产学研联盟（中国虚拟现实产学研研发平台）理事长、开云app网站陕西省千人特聘专家周明全教授介绍，要实现数字化就必须要对文物或遗址进行数字化扫描采集。三维激光扫描仪最初是用于刑事案件侦破的，以前在案件侦破中，需要根据受害者颅骨形态采用类似雕塑的形式来复原其生前面貌以确定身份，但这种形式的复原结果受雕塑者的主观影响较大。通过激光三维扫描，首先可以把颅骨精准地数字化到计算机里，实现三维建模，然后再在计算机里“长出”这个人的面皮来，这便是软组织的复原。

周明全教授说：“一个人的长相首先是由颅骨决定的，颅骨在18岁就基本定型。人的面部有变的地方，但眼角、鼻子中线等部位是不会变的，只要颅骨和眼睛重合，基本就可以确定一个人。除了颅骨，影响人相貌的就是软组织。而影响人脸软组织的因素，首先是年龄，不同年龄段面部脂肪和软组织分布特点不一样；其次是营养状况，即胖与瘦的不同。”

从1996年开始，周明全、耿国华两位教授带领科研团队建立起了“中国人颅面数据库”（主要是蒙古人种，即黄种人），收集了2000多例现代人颅面数据信息，从20岁到70多岁，这不仅开创了该领域的国内先河，更成为亚洲乃至世界最丰富、最有代表性的颅面数据库。

“在这个基础上我们做概率统计、做智能分析，对一些聚焦点——即哪些地方是变化最大的剧烈点、哪些地方基本上不太变，形成一个模型。然后根据颅骨牙齿等情况，可以判断其属于哪个年龄段，将其这个年龄段的面部软组织模型关联起来，再参考营养状况等信息，将这几个参数输进去后，就可以生成与这个人生前最相近的面貌，相似度可以达到九成。”

据介绍，这种颅骨面貌复原技术现在主要用于古人类学和考古学。

2001年11月至2002年8月，陕西省考古研究院配合西安理工大学曲江新校区基本建设，在施工区域内发掘清理古墓葬186座，其中规模最大的一座唐墓主人叫李倕。根据出土墓志，其五代祖为“圣唐神尧皇帝”，即唐高祖李渊，祖为豫章王李亶，父为嗣舒王李津，她是李津的第二女。根据两唐书记载，可知其曾祖为李渊的第十八子舒王李元名。李倕与时任皇帝李隆基应为平辈远亲。李倕虽出身于贵族，但去世埋葬时已不是贵族了，因为她没有爵位。其身份只是一个七品小官的夫人，因难产而去世。她的陪葬明器规格较低，而陪葬的实用器却非常奢华，下葬时不仅头戴“金花冠”，身上还佩戴着三组佩饰。

唐高祖李渊五世孙女李倕颅骨面貌复原3D打印模型

耿国华介绍，唐高祖李渊五世孙女李倕的面貌复原，就是先把颅骨扫描后输入计算机里建立颅骨模型，然后在颅面数据库取出20到25岁现代女性颅面软组织的均值给她“长出”软组织，再附着上相应的发型等，复原其相貌。“这是基于科学数据的复原方法，可信度还是比较高的。我们不仅复原了她睁着眼的面貌，也复原了她闭着眼样子，因为我们觉得软组织厚度只能影响眼睑的大小，无法知晓其是单眼皮还是双眼皮，所以选择了闭着眼的形象，给大家以想象的空间。”

秦二世胡亥称帝登基后，将秦始皇的小王子和小公主们一一捕杀。在秦始皇帝陵陵园外城的上焦村，考古人员共发现了17座陪葬墓，他们去世时大多仅有一二十岁。其中出土的一个颅骨，右颞骨中发现一枚青铜箭头，其身份很可能是一位王子。该颅骨的下颌骨向前凸出，表现出十分痛苦和惊恐的模样，有可能是在玩耍时惨遭射杀。

疑似秦王子颅骨面貌复原3D打印模型

疑似秦始皇嫔妃颅骨面貌复原3D打印模型

而在秦始皇帝陵的另一个陪葬墓中，所有尸体均为年轻女性，考古学家根据墓葬等级和陪葬品推断，这些女子可能是秦始皇的嫔妃及其仆从。在这座墓中出土的一个颅骨，也被进行了面貌复原。疑似秦始皇王子与嫔妃的3D打印颅面复原模型和3D打印颅骨模型，被标注为“秦男秦女颅骨面貌复原”，疑似王子长脸、细目、高鼻；疑似嫔妃有一双大眼睛，鼻子长而高。

据了解，除了以上古人外，该研究中心还复原了距今五万年的柳江人、福建漳平新石器时代早期奇和洞人、秦俑坑等136例遗骸的古人的面貌，为考古研究工作纵深推进提供了技术支持。

大名鼎鼎“泡钉俑”是先完成虚拟修复再进行实际修复

除了复原古人面貌，破损文物虚拟修复也是开云app网站文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心的一项重要工作内容。

耿国华教授介绍，2009年6月13日，秦兵马俑一号坑开始第三次发掘，遗迹、遗物大量暴露，传统发掘资料的记录手段愈显捉襟见肘，仅按传统方法无法完成本次发掘任务。

当年9月25日，耿国华教授团队与兵马俑一号坑考古队启动一号坑三次发掘的数字化探索工作。共实现棚木层、陶俑层和底层三个发掘文化层共10次大场景扫描和建模，完成2200余个出土陶俑碎片、66个出土陶俑、2匹陶马的高精度数字化扫描和建模，实现了23个陶俑和2匹陶马的虚拟复原，并研发构建了秦俑文化遗产多媒体数据库和考古发掘数据管理系统。

此外，耿国华教授团队对K9901(百戏俑)遗址坑发掘过程和出土遗存进行数字化建模，并对出土陶俑虚拟复原，这是国内首次将数字化保护手段和方法应用在考古发掘全过程。

在虚拟复原的陶俑中，出土于K9901的大名鼎鼎的“泡钉俑”便是其中之一。它与以前出土的上身赤裸下身着裳的百戏俑不同，身着式样独特的上衣，上面布满了排列有序、直径约3.5厘米左右的圆泡，泡钉周围还有彩绘纹样，其着衣方式与常见古人的右开襟也大不相同，开襟位于后方。专家们将其命名为“泡钉俑”。

超高还原度3D打印泡钉俑

为了尽早呈现“泡钉俑”的“庐山真容”，科研团队首先用三维扫描技术获得文物碎片的轮廓曲面数据，并利用软件将散乱的数据点进行网格化，得到三角网格数据，再在大量无规则的破损碎片中寻找碎片间的拓扑关系，同步利用空间曲线匹配搜索匹配确定匹配结果，最后进行拼接。通过使用这些技术手段，具有极大考古价值的“泡钉俑”虚拟复原模型鲜活地呈现在世人面前。有了虚拟拼对成功的“泡钉俑”，科研团队制定了复原指导手册，这无疑对后来“泡钉俑”的实际修复工作具有重要意义。

耿国华教授介绍，虚拟修复完成的陶俑中，有些至今仍未完成实际修复，比如一件右骖马。在电脑中可以看到这件陶俑的完整形象，可以来回多个角度转动欣赏，模型拼接关系图中，各个碎片的编号也非常清楚。

周明全说，兵马俑不仅外面看起来漂亮，里面也很漂亮，它是高度写实的，连马嘴上颚里头都抹得一绺一绺地很真实，感觉写实到极致了。但一旦修复完成后，里面的情况就看不到了。虚拟修复同时也是数字化保护的过程，有了这份数字化文物，对于考古研究来说也可以提供很大的帮助。另外，考古发掘现场的实际场景是不可逆的，而对考古发掘实行全程数字化记录后，考古发掘的过程中也是可以分阶段回溯展示的，这对于博物馆展陈来说非常直观。

不仅对一件件的文物可以实现数字化，对于大遗址考古发掘现场，科研团队研制的三维扫描设备也可以派上大用场。这便是该科研团队的另一成果：“遗迹与资料融合的历史空间重现”。

在开云app网站文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心的一块巨幕上，记者看到了根据大遗址现场扫描数据生成的秦俑一号坑气势恢宏的秦俑方阵，耿国华教授介绍，前几排秦俑是完全按照秦俑坑实际秦俑的数字信息生成的。

据了解，这一科研成果的应用还包括了对布达拉宫、塔尔寺、秦陵等遗址精准采集建模。

可以想象，在文化遗产数字化复原技术的推动和加持下，“让文物活起来”必将更加入眼、入心。

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