計算機輔助文物修復中的若干問題研究

吳鑫宇

摘 要：文物是寶貴的人類財富，理應得到更好的保護。文物在被發現之前以及被發現的過程，會不可避免地受到損傷。為此，文物修復工作顯得尤為重要。隨著科學技術的發展，計算機輔助文物修復已被更多的應用到文物保護、文物修復工作中，并逐漸發揮出更大的效能。文章主要以此為背景，研究了計算機輔助文物修復的背景、優勢，并對其中可能出現的問題進行了探討。

關鍵詞：文物修復;計算機輔助;殘片提取;問題探討;技術應用

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.06.050

文物的損傷是千差萬別的①，不同的材質、不同的顏料、不同的破損程度等，都為文物修復工作增加了難度，讓這項工作成了技術難度高、準備工作復雜、人員精準度要求高的工作，也成為文物保護工作中不可或缺的一個環節，價值巨大。當今社會科學技術日新月異，計算機成了人類研究科研的好幫手，在文物修復、復原領域，計算機也越來越多地參與到輔助工作的開展進程中，利用其自身的優勢，越來越多地幫助科研人員和手工匠人減輕了工作負擔，也從一定程度上降低了文物修復工作的難度。

1 文物修復與計算機輔助

在研究本文的核心內容時，首先應當明確何為文物修復。文物修復，從字面上理解就是對文物丟失、損毀、被破壞、自然消弭等問題進行修復的過程。而在此過程中，修復者需要兼具傳統技藝與科學技術手段，運用這些直接對文物進行物理的和化學的修復措施，通過這樣的修復措施以延續文物生命，更便于保存文物、認識文物完整的藝術與歷史樣貌。通過文物修復，文物本身也可以減輕或者緩解本身已有的病害，確保未來長期存續，安全保存。因此，文物修復是文物保護工作的重要環節與不可或缺的組成部分。

計算機輔助顧名思義就是利用計算機先進的技術和強大的功能進行輔助。計算機有著圖形描繪、圖像勾勒、虛擬輔助等優勢，通過計算機輔助文物修復、復原，在計算方面也能節省更多的人力，速度快并且效率高。通過計算機輔助文物修復是現代科學技術進步的一大成果，也為文物修復工作減輕了部分負擔。

2 計算機輔助文物修復的背景與優勢

文物修復是直接在文物本體上展開的，在很大程度上會改變文物。雖然現代匠人都有著極高的天賦與高超的技藝，但是也難免會出現修復過程中對文物的損傷和對原有樣貌的影響，稍有不慎，就容易造成文物的不可逆傷害。究竟如何打破文物修復的這種困局呢？在計算機輔助文物修復后，這樣的問題就得到了明顯的改善。計算機輔助技術包括對被修復文物缺失部分、損傷部分以及病害的數據分析，也包括對虛擬成像技術的應用，能通過文物的虛擬復原來避免直接在文物本體上進行操作對文物本身可能造成的影響。同時，計算機輔助文物修復，能夠代替人力做大量的前期工作和數據整理歸類，讓人力解放出來，將更多的精力投入到文物修復的具體實施工作當中。

在這樣的背景下，計算機輔助文物修復被更多的應用到了文物修復工作中。具體來看，計算機輔助文物修復的優勢包括以下幾方面：

一是，更符合文物修復的最少干預原則。在文物修復的幾大原則中，最基礎的一條原則就是對文物進行最少的干預，盡可能讓文物保持出土時的原貌。計算機輔助文物修復可以通過對文物數據的采集與可能的修復方案比對，先行形成文物修復的虛擬圖像，通過3D打印技術和虛擬成像技術等，脫離開文物本身，形成一個與文物本身等比例縮放或同樣大小的被修復文物樣本，這樣既能夠修復文物，又不會過多的干預文物本身，遵循了最少干預原則。②

二是，避免對文物造成不可逆損傷。在文物人工修復的過程中，各種不可控的因素與千差萬別的文物病害、損傷造成的修復難度，都有可能造成文物修復的不可逆傷害，這將造成巨大的文物價值縮減，并令許多人扼腕嘆息。如果合理運用計算機輔助文物修復，就可以將文物可能在修復過程中出現的各種問題進行提前預判與演練，制定合理的解決方案，就能極大程度避免文物修復帶給文物的不可逆傷害，遵循了可逆性原則。同時，通過計算機輔助文物修復，能夠優先利用計算機的虛擬技術完成多個方案的修復成像，進行科學對比，為今后的再修復、可逆化修復工作進行更充足的儲備。

三是，綜合對比修復所用的各類原材料，尋找到最佳匹配。對于一些文物修復中顏料褪色、剝落、病害問題導致的文物損傷修復，就需要想到一切可能，尋找到更匹配原文物的原材料，才有可能達到與文物協調統一的美感與藝術性。但是材料、色彩的搭配組合有許多可能性，如果通過人力一一尋找并逐個比對嘗試，將會耗損巨大的原材料，工作人員需要付出的艱辛與工作量也是不可估量的。運用計算機輔助文物修復，就可以提取各類原材料的樣本參數，通過虛擬匹配調整可能的配比和方案，顏色的敏感度更高，配比也更為嚴謹，多次的試錯也能避免原材料的浪費，大大縮減了人力損耗的同時，更能快速篩選出最佳方案。通過最終的方案虛擬比對，能更好地評估所選材料和配比是否符合原文物的基礎樣貌，更能夠幫助文物復原更好地與文物本體融為一體，保持原有的美感與藝術性，不顯得突兀，更不刻意為之。

四是，保持文物的可識別性和保存的耐久性。文物本身的價值包括可識別性、紋路、尺寸、光澤配色、印章刻字等，在修復的過程中必須遵循保持其可識別性的原則。而這些可識別性往往有著極高的敏感度，稍有不慎就會造成識別性降低、破壞的問題。計算機輔助文物修復能夠用更加科學、嚴謹的運算和模型比對來形成可識別性的最佳保留，比人眼有著更強的敏感度。而對于修復過程中選料、操作都十分嚴謹的文物處置，還應當有后續持久性的測試。鑒于文物本身的脆弱、易損傷，更應當恰當運用計算機輔助文物修復，對后續的可耐久度和持續性進行測試，避免日后對文物已修復部分的反復修改與重復勞動。

五是，更便于開展不可移動文物的就地保護與修復。文物中，有些可移動，有些則不可移動，按照不可移動文物的保護原則，應當遵循原址保護的原則。那么，這些無法移動的文物在修復的過程中就產生了更多的空間障礙，操作環境也較復雜，戶外研究無法等同于室內研究，各項工作都有可能受阻。如果運用計算機輔助文物修復工作，就可以利用計算機與戶外高精度攝影、攝像設備的結合，更好地遠程采集文物數據，讓科學家打破時間、空間的阻礙，遠程操作文物修復影像。既避免了移動原文物，減少了傷害，又為科研創造了更加便捷的環境。同時可以利用遠程監視系統，實時監測文物周邊的環境和氣候等條件因素，為科研準備充足的數據參考，讓文物修復工作少走彎路，效率更高。

3 計算機輔助文物修復技術應用過程應注意的問題

計算機輔助文物修復技術在現階段已經廣泛應用到文物修復、復原工作中。在其間，計算機輔助文物修復的優勢已經顯而易見，但是相對比脆弱敏感的文物，以及千年傳承的人工文物修復技術而言，計算機輔助文物修復技術仍然“年輕”，在應用的過程中必然會存在一些問題需要解決。通過總結，本文將計算機輔助文物修復當中常見的問題歸納如下。

①計算機輔助文物修復數據的采集與保存。計算機輔助文物修復最基礎的優勢就是其快速的數據提取與保存，尤其是超高速的運算加工能力，更是令人自嘆不如。然而計算機輔助文物修復的數據采集工作前期仍然以人力為主導，需要先確定采集的內容、采集的區域、采集的角度等，計算機歸根結底是依靠人來操作完成的，無論是數據運算也好，或者是信息分類也好，都需要人給予計算機詳細的算法規則與分類思路，并制定好日后更便于開展文物修復后續工作的開展思路，才能更高效地利用好計算機的優勢，來輔助文物修復工作的展開。因此在計算機輔助文物修復的數據采集與保存過程中，科研人員與修復團隊一定要全程參與其中，合理規劃好計算機參與其中的運行軌跡，避免因為缺乏規劃和統籌安排造成數據采集的缺失。后期的數據補采又需要對計算機本身進行新的程序編寫，錄入的過程也有可能出現錯漏，這些都是嚴重影響計算機輔助文物修復前期工作進度的問題。在數據采集后，工作人員還必須按照文物修復所需的邏輯思維來進行數據整理和保存，便于日后調閱信息，以作為佐證與參考。同時，計算機輔助文物修復的資料采集與保存還應當考慮到與博物館、鑒定所、展覽館、圖書館等相關資料存儲、展出、鑒定等社會部門的聯動，形成長期可優化維護的數據庫，避免數據因年代久遠而遺失、損壞等等。必要的存檔備份，也是必不可少的。

②計算機輔助文物修復的科研基礎與科研人員。對于計算機輔助文物修復的應用而言，計算機的使用操作固然重要，但是再強大的操作都應當以科學研究的成果與學術討論的成績為基礎。在我國，文物資源豐富，亟待發掘和已發掘需要修復的文物都不在少數。因此致力于文物保護研究的科研人員與參與相關學術討論的學者也頗多，他們為文物修復工作提供了可靠的科研依據和學術成果。然而，將計算機輔助文物修復這一學術話題在我國學術界仍然屬于資源量較少、起步比較晚的課題，許多學者并不了解計算機技術，而了解計算機技術的人員又缺乏文物保護的相關背景知識，這使計算機輔助文物修復的科研基礎稍顯薄弱，相關的科研人員與計算機操作人員難以完全滿足計算機輔助文物修復工作的開展需要。這就是當前我國許多研究領域都存在的人才、學術研究、實際應用三者之間的常見矛盾。要解決這一問題，應當定向培養一批專業從事計算機輔助文物修復的人才，讓他們兼具文物修復的基礎知識背景和計算機建模、運算、操作、模擬成像等計算機技術。當然，這是一個比較漫長的過程，如果想要緩解、解決目前的問題，也可以定期組織文物修復的科研人員進行計算機專業技術的定向培訓，讓一批意識超前、關心文物保護的計算機從業人員多多涉獵文物修復方面的知識，促進兩種不同方向的人才融合交匯，形成行業之間的互助，打破人才瓶頸。

③計算機輔助文物修復數據庫的不斷擴容。在計算機輔助文物修復的過程中，除了先期采集的數據之外，還會不斷地增加新的數據，這讓計算機的數據庫不斷地被擴容，現行的計算數據庫容量雖然較2000年之前有了極大的改觀和容量的提升，但是如果計算機數據庫不斷地疊加，那么運算的速率自然會被影響，研究的效率也會被限制。因此計算機的數據庫不能僅僅依靠擴容來解決數據的不斷存續問題，而是應當做好更充分的分類保存工作，可以建立多個不同內容的計算機數據庫，分類保存各個不同內容的文物修復數據。如按照顏色分類儲存、按照年代分類儲存、按照文物類別分類儲存等，這些都是可以參考的儲存方式。但是長遠來看，還是應當建立綜合立體化的搜索方式與數據庫的多重數據提取算法，讓計算機的數據庫不僅僅是擴容，而是有計劃、有方向地擴容，能夠更好地服務于計算機輔助文物修復工作的展開。此外，還應當設置專門的管理崗位，用以梳理長期存續的數據資料，讓工作開展得更為科學、順暢。

④計算機輔助文物修復與其他先進技術的輔助推進。計算機輔助文物修復從來都不只是依靠計算機本身就能完成的工作，它只是一個代名詞，其中必然要借助其他相關設施設備、先進技術的輔助與合作才能完成。就當前來看，計算機輔助文物修復前期數據的采集與提取，就要依靠物聯網、高精度測量儀器、高清晰度攝影攝像機、遠程遙控的監視設備以及自然環境監測儀器等眾多高科技設備。如果說計算機是一個負責運算處理的盒子，那么這些采集設備的作用就在于將更為精細化、準確科學化的數據拿到手，最終交付給計算機，它們功不可沒。在文物修復的過程中，計算機還需要與成像技術、3D建模技術、CAD出圖、平面設計、動畫等相關技術相互配合，才能繪制出文物修復、復原之后的影像，為文物修復工作提供可參考的依據。文物修復后期，計算機通過與線下流行的3D打印技術、人工穿戴設備、實景模擬器、立體全息投影等相互配合，就能夠更接近于真實的模擬已修復的文物，將其更加活靈活現地呈現在人們面前，讓文物煥發出新的生機與活力。因此，計算機輔助文物修復工作絕不僅僅是計算機參與而已，而是它與更多先進設備、先進科技相互作用的結果。

⑤計算機輔助文物修復的價值最大化。在許多人眼中，文物修復只是強行用人為的技術恢復了文物的外形，文物本身的價值和精髓并沒有得到質的提升，一些修復之后的文物反而沒有了出土時的原始魅力，所以他們認為文物修復是一項有違自然規律的工作。的確，昔日的文物修復必須要在文物本身上進行，必然會對文物本身的樣貌發生一些改造，但這也是為了人們能夠更加全面地了解文物原始的完整形態，其功能不必深究。單就人們提出的質疑而言，計算機輔助文物修復就可以解決這一質疑。通過計算機輔助文物復原圖像的呈現，人們可以在不改變文物出土原貌的基礎上，利用虛擬技術勾勒出復原后的文物圖像，再加以現代技術的輔助，這些被復原的文物可以代替原有文物本體進行展出。并可以依靠立體成像和人工智能、體感等途徑，讓人們近距離與文物接觸，既打破了文物修復的自然悖逆論，又能夠進一步發揮文物育人、文物親人的新的生機，讓越來越多已然不能被參觀、展出的文物重新走入人們的視野。現在還有許多人致力于文物的微縮展示以及虛擬游戲的開發，還在此基礎上推出了一些文物的周邊產品，包括三星堆雪糕、編鐘手辦、兵馬俑擺臺等。這些再創造其實都與計算機輔助文物修復的推進有著不可分割的關聯性。

無論是千古壁畫、千年編鐘，還是陶瓷藝術、黃楊木雕，中華民族的文物都承載了廣大勞動人民的智慧與改造世界的力量，是祖國的驕傲，更是未來傳承和保護的重要對象。以計算機技術的發展和各項科研技術的進展為基礎，相信在未來的文物保護工作當中，文物能夠借助日新月異的科學技術煥發出往日的光輝，并注入新的生命力。也希望有越來越多的文物復原能夠呈現在廣大游客面前，讓神秘古老的文物更加貼近尋常百姓生活，利用計算機輔助文物修復，讓文物重現完整樣貌。

注釋

①李偉民.面向破損文物虛擬修復系統的設計與實現[D].西安：西北大學，2020.

②魏明強，陳紅華，孫楊杏，等.破損文物數字化修復：以中國出土青銅器為例[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2021（5）：789-797.