給兵馬俑“做體檢”

易偉同 祝磊

兵馬俑是我國古代陶制文物的杰出代表，更是“世界八大奇跡”之一，其年代久遠(yuǎn)、制作工藝精湛，記載著重要的歷史文化信息。那么，目前有哪些“黑科技”讓兵馬俑的保護(hù)更加科學(xué)化、精細(xì)化呢？讓我們一起去看看如何用AI給兵馬俑做“體檢”吧。

三維激光掃描現(xiàn)場

三維激光掃描模型處理

兵馬俑保護(hù)，

為何需要“黑科技”？

兵馬俑作為歷史悠久的陶制文物，距今已有2200多年的歷史。自1974年兵馬俑被發(fā)現(xiàn)以來，秦始皇兵馬俑博物館一號坑原址已修復(fù)并展示陶俑1500余件。

兵馬俑的重量和體積較大、形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)的觀察、拍照等方法很難精確地刻畫出俑體的細(xì)節(jié)特征；而且陶俑質(zhì)地脆，容易產(chǎn)生殘斷、酥粉、裂紋、結(jié)晶鹽等多種病害；加之其所處環(huán)境復(fù)雜多變、不可控制，在傳統(tǒng)的展示過程中，需要多次接觸、搬運(yùn)，這使得兵馬俑的整體結(jié)構(gòu)存在被二次傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，三維激光掃描、有限元模擬、3D打印和人臉識別等技術(shù)使兵馬俑整體結(jié)構(gòu)保護(hù)有了突破。

兵馬俑的有限元模擬

三維激光掃描：

給兵馬俑拍個(gè)“立體照”

三維激光掃描，是一種利用激光測距原理，通過獲取被測物體表面大量的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理信息，對物體進(jìn)行數(shù)字化復(fù)建的技術(shù)。高精度的三維掃描儀可實(shí)現(xiàn)0.1毫米分辨率級別，無須接觸，就能準(zhǔn)確測量兵馬俑的每一個(gè)部位、每一處形狀輪廓以及紋理細(xì)節(jié)。掃描后的信息被實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)，最終形成兵馬俑的“立體照”，從而有效反映出兵馬俑的破損部位和破損程度。

三維激光掃描完成后，形成的初始數(shù)據(jù)是一系列“點(diǎn)”的集合，稱為“點(diǎn)云”。初始的點(diǎn)云模型，點(diǎn)和點(diǎn)之間尚未形成聯(lián)結(jié)，因此不能直接用于后續(xù)研究。此時(shí)，需要對點(diǎn)云模型進(jìn)行實(shí)體化操作，即從“點(diǎn)”到“線”，再從“線”到“面”和“實(shí)體”，該實(shí)體化模型即可用于后續(xù)研究了。

有限元模擬：

為兵馬俑開個(gè)“藥方”

有限元模擬，是一種利用數(shù)學(xué)方法對物體受力規(guī)律進(jìn)行近似求解的方法，尤其適用于形狀復(fù)雜的物體。它將物體“切分”成若干個(gè)小塊，計(jì)算出每個(gè)小塊的受力后再合并，從而得到物體的整體受力情況。

兵馬俑就像一個(gè)個(gè)站立的將士，但它們也有容易出現(xiàn)“傷病”的薄弱部位。利用三維激光掃描及處理后的兵馬俑實(shí)體化模型，再通過有限元模擬軟件計(jì)算，便可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)這些薄弱部位，從而“對癥下藥”，重點(diǎn)對薄弱部位進(jìn)行保護(hù)。

3D打印和人臉對比?

讓兵馬俑保護(hù)變得更有趣

3D打印是一種快速成型的技術(shù)，又稱為“增材制造”。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料、光敏樹脂等可黏合的材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。

在兵馬俑保護(hù)方面，研究人員借助前期三維激光掃描的模型，打印出形態(tài)逼真的“小號”兵馬俑形象。將這些形象用于科普和展示，不僅減少了對兵馬俑實(shí)物的直接接觸，還能更好地推廣兵馬俑文化。

兵馬俑人臉對比則是一個(gè)極具趣味性的小程序，它結(jié)合了人工智能的科技感和傳統(tǒng)文化的藝術(shù)感。該程序應(yīng)用人臉識別算法，通過提取人臉幾個(gè)關(guān)鍵特征（包括臉部的長度和寬度，眼睛、鼻子、嘴之間的相對位置關(guān)系），將這些關(guān)鍵特征和兵馬俑的臉部數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，找出和人臉“最像”的兵馬俑。看著這些和自己相近的兵馬俑，仿佛有一種穿越到古代的感覺。

給兵馬俑“做體檢”，就是給文物保護(hù)插上了科技的翅膀。在這個(gè)過程中，科技不再是一系列枯燥的模型和無味的公式，也可以變得如此有趣！

人臉對比

（責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 周游）