站在教學一線，“戰”在科技前沿

“下一步，我和團隊老師們要繼續研發推進文化遺產數字化保護的建模、管理、修復、復原、智媒五大創新技術應用，并用這些成果‘反哺’教學，為國家培養一批計算機領域的復合型高質量人才。”69歲的西北大學教授耿國華依舊活躍在科研教學一線，從上世紀70年代至今，她在計算機領域和文化遺產數字化領域成果斐然。站在教學一線，“戰”在科技前沿，是她始終保持好狀態的“獨家秘訣”。

45年如一日站好講臺

1959年，4歲的耿國華隨父母支援大西北，從北京來到陜西。1975年，耿國華考入西北大學數學系，成為數學系第一批計算機專業的畢業生。伴隨著“向科學進軍”的號召，耿國華留校任教。

源自做“好老師”的初心，耿國華始終在教學一線，主講《數據結構》《算法設計》《前沿技術》等本碩博課程。1983年起，耿國華就在西北大學講授《數據結構》計算機專業核心課，近年來，她還運用MOOC、SPOC等模式延展講臺。對于年近古稀的耿國華來說，把課堂內容轉化成持續吸引人收看的知識點，是一個耗費精力心力的挑戰，但她深知人才的培養和延續是國家計算機信息技術自主創新的基礎和根本。因此，課程資源建設雖累，她也樂此不疲。

多年來，耿國華帶領教學團隊獲4項國家教學成果獎，在她主持6門次國家級課程中含有4類國家首批課程（精品課、精品資源共享課、優質在線開放課、混合式一流課），主講的《文科計算機基礎》獲選2003年首批國家精品課程。她還積極推動西北地區10余所高校計算機專業系統能力培養試點工作。2021年，她帶領的“計算機類專業核心基礎與文化遺產數字化保護教師團隊”獲得了教育部全國高校黃大年式教師團隊。主編教材26部，其中7部數據結構教材印數34.5萬冊，規劃教材5部，4部教材獲陜西省優秀教材一等獎，教改成果進課堂，百余校在教學中應用，受益面大。

“一個好的學科，必須要做好傳幫帶。”耿國華十分注重助力青年教師成長，積極扶持年輕人掛帥領銜重要任務，常常幫助年輕教師改申報材料。目前，已連續3年扶持團隊年輕人爭取文化遺產數字化保護的國家級重大項目。團隊骨干主持國家一流課程，獲得省級課程思政教學能手，所在支部獲全國優秀樣板黨支部等。“我追求的不是某個頭銜獎項，而是真正做幾件對社會有貢獻有意義的事情。”耿國華的“身教”，影響和帶動著更多的人。

一花獨放不是春，萬紫千紅春滿園，團隊成長的百花齊放成為校園里教學求實、科研創新的一道亮麗風景。

建立國人顱面數據庫

上世紀90年代，計算機圖形界面技術初步發展。耿國華敏銳地將信息技術與顱面復原相結合，率先進入這一“冷門”。1995年，耿國華和丈夫周明全教授與公安部合作，承擔了國家“九五”攻關項目，基于CT獲取現代人顱面軟組織數據，探索用計算機輔助顱骨面貌復原的技術。

“過去，顱面復原是用針扎在尸體樣本上，獲取顱面的軟組織厚度，再通過泥塑得到復原面貌，一般需要專家根據經驗制作完成。”耿國華介紹，“通過我們的技術，先利用CT等設備獲取現代人顱面數據，再基于數據庫來復原顱骨面貌，正是將小樣本下專家經驗變成為大樣本支持的自動復原系統，所以更加科學準確。”

“我們的研究與多領域應用結合形成了基于顱骨的面貌復原工程、身份認證工程、數字化頭顱修復工程，是當時計算機應用的新技術。”耿國華團隊成員李康介紹。顱面虛擬復原新技術的應用，實現了從手繪到建模、從無到有的跨越。

20余年來，該技術在公安部物證鑒定中心被長期使用，在公安部門68例無身源顱骨面貌復原中得以成功應用。顱面復原采集樣本涉及隱私，初期設備輻射大，樣本征集十分困難。“我們自己做志愿者，拉著家人朋友幫助，組織學生同事投入，先后征集到不同年齡、不同性別的志愿者進行顱面CT掃描，建立了3406人的國人顱面庫，數量多、精度高，截至目前，是世界上最大的顱面庫。” “那時的研究還不被認可，耿老師帶著我們經常熬到深夜，都記不清多少次因為錯過門禁而被鎖在科研樓里。”團隊成員劉曉寧、王小鳳回憶道。

“十五”期間，耿國華和團隊又拓展研究了照片和顱骨配準的顱像重合技術，“十一五”期間，依托國家自然科學基金重點構建顱面形態信息學研究體系，耿國華團隊參與制定公安部行業標準，相關成果改變了傳統顱面形態學研究模式，在公安、考古、醫學等領域應用。

從復原古人樣貌到修復破損文物

依托西北大學考古學科的資源，顱面身份認證研究成果逐步應用在古人面貌復原上。2005年，耿國華帶領團隊對實驗室百余件古人類頭骨及化石數據進行采集分析。他們使用手持式激光三維掃描儀對出土的人類顱骨進行掃描，從而獲取能夠準確反映顱骨表面幾何形態的三維點云數據，經后期封裝和虛擬拼接，就能完成顱骨三維建模，以此為基礎，還可以對該顱骨生前樣貌進行復原。

三維數字化技術幫助考古學家在計算機中保留了與真實文物完全一致的高精度三維虛擬實體，即使不接觸實體文物，也能做后期分析研究，三維打印技術還可以將研究數據成果直觀地呈現出來。團隊運用此項技術，已經完成了千余年前唐李倕公主、秦男秦女真容等古人面貌復原，同時還應用在萬余年前的古人類面貌復原上，并在醫學整容手術計劃系統得到實踐。

針對兵馬俑碎片量大匹配NP難問題，耿國華主持完成“文化遺產數字化生存中的表示與復原理論方法研究”973前期預研、“破損陶質文物數字幾何虛擬復原方法研究”國科金重點項目。“我們研究數字幾何的復原新技術，通過掃描兵馬俑坑內碎片，掌握碎片大小、形狀，形成數據庫，用智能模型的方法指導兵馬俑精準修復。”耿國華說。團隊創建了數字幾何匹配計算優化體系，提出的智能分類算法降低了候選集合，解決了窮舉式拼接盲目性；提出的虛擬匹配自底向上、自頂向下兩途徑算法，解決了不完整斷裂區多碎片拼接，實現了破損文物的虛擬修復。以數字幾何表示為基礎，研發的模型虛擬修復方法已在秦兵馬俑修復中應用，虛擬修復方案指導實體復原，虛擬復原可替代實體復原。利用這一技術，團隊完成了泡釘俑、右驂馬等一批兵馬俑坑破損文物的虛擬修復，支持了兵馬俑數字化保護與實體保護并軌實施，引領文物修復技術革命。

做文化遺產數字化保護的先行者

1997年，耿國華及團隊率先在國內開展了文物數字化和文物虛擬修復相關技術研究。為了更好解決瓷器等文物高反光問題，團隊在1996年研制第一代點狀激光掃描儀的基礎上，升級研制了第二代復曝光真彩掃描儀。為適應博物館文物原真建模的迫切需求，研發的第三代自動化智能掃描設備，將采集時間從數小時縮短至分鐘級，實現了智能掃描、協同工作、高精度和數據安全，該設備已在國家博物館展出應用，為文物快速建模提供了重要利器。設備的每一步突破性創新，都結合了特定的需求，解決了現實中技術難題。

針對遺址遺存大場景建模需求，團隊研究采用傾斜攝影和激光掃描雙模式對秦始皇帝陵博物院一號坑進行了大場景高精度三維建模，通過設備的優勢互補不斷提升數據應用范圍，為獲取高精度圖像建立了數字化資源，通過勘測遺址空間完成秦陵保護區56平方公里三維建模，再現了秦陵地面歷史場景。實現兵馬俑一號坑第三次發掘數字化建模、兵馬俑K9901坑考古發掘數字化建模。

博物館數字化研究實踐為文化遺產的永久保存提供了新的方式，對民族文化傳承具有重要意義。2002年，耿國華團隊研發了中國大學數字博物館的考古數字博物館；2018年，團隊研發了“一帶一路”文物虛擬博物館；2019年，耿國華主持國家重點研發計劃——“智慧博物館”項目中的文物快速建模攻關，突破智慧博物館藏品原真采集建模關鍵技術。

針對非遺數字化與共享瓶頸，耿國華帶領團隊研發利用全息影像、碗幕技術，突破穿戴設備對體驗分享的限制，研發了“智媒融合全息舞臺”新技術，實現裸眼看3D，共享立體視覺體驗，適應了公眾文化沉浸式大眾展示的需求。團隊還通過移動劇場等形式在貧困山區進行文化推廣，建立了云平臺、5G云劇場、全息劇場、全視野展示、AR展示、手機終端等多種展示途徑，這些新成果引領了非遺傳播傳承的新途徑。

創新沒有學科的隔閡，進步往往來自技術的融匯。“文化遺產數字化的保護與應用研究要頂天立地，這既是我們的目標，也是我們工作的核心。”在耿國華的帶領下，西北大學文化遺產數字化國家地方工程中心取得了一系列國內外領先的創新成果。中心成功研發了三維建模、智能管理、虛擬復原、智媒展演等多項關鍵技術，將技術創新與文遺保護的實際需求緊密結合，已在采集、管理、修復、展示等方面發揮了重要作用。

從自掏腰包做項目，到得到文博單位積極支持，耿國華的研究方向逐漸被行業單位認可并被大眾接受，這促使她更加堅定地走在文化遺產數字化保護的道路上。

“人一生有三命，性命、生命、使命，分別代表了生存、生活、責任。為使命投入精力，就有源于內在的不竭動力。”耿國華如是說。

（魏夢鴿、李琛：西北大學黨委宣傳部）