浙大科技考古團(tuán)隊展示高保真三維數(shù)字化模型

　　這是一艘700多年前的宋代木船，它是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一艘完成了“海上絲綢之路”往返航行的古船，也是中國古代福船的“活化石”。自1974年在福建泉州灣后渚港出土以來，這條宋船一直保存在泉州海外交通史博物館位于開元寺的古船陳列館中。

　　1991年，聯(lián)合國教科文組織認(rèn)定泉州為“海上絲綢之路”的起點，泉州宋船就是重要物證。這條古船是當(dāng)之無愧的“海上絲路”見證者。

　　而在浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院，科技考古工作者團(tuán)隊重現(xiàn)了這條宋船的風(fēng)貌，高保真三維數(shù)字化模型第一次展現(xiàn)在人們眼前。記者看到，宋船模型尖如刀刃的船底、水密隔艙的形制、甚至每一塊船板的紋理都與這條著名福船本真的樣子殊無二致。本次三維數(shù)字化重建，得到了比此前現(xiàn)場普通測量更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對泉州宋船的研究有望深入開展。高保真三維數(shù)字模型的問世，還意味著泉州宋船終于可以“駛出”開元寺，展現(xiàn)其往日的風(fēng)采。

　　“海上絲綢之路”鐫刻著中華民族和全世界人民的深厚友誼，泉州宋船就是歷史的見證。這一文明互鑒、民心相通的永恒記憶，也將隨著泉州宋船在數(shù)字世界中的永生而歷久彌新。

　　出水宋船距今700多年

　　700多年前，這艘排水量近400噸的宋代商船滿載華美的瓷器從泉州出發(fā)，到達(dá)遙遠(yuǎn)的異國，換來名貴的香料和藥材。在一次遠(yuǎn)洋商貿(mào)歸來后，它沉沒在福建泉州港中，從此被厚厚的年月覆蓋，直到40多年前才重見天日，驚艷世人。

　　近乎完整的船體和大量隨船出土的珍貴文物，使泉州宋船的發(fā)現(xiàn)被視為當(dāng)時全國最重要的考古發(fā)現(xiàn)之一，英國科學(xué)史專家李約瑟博士則稱之為“中國自然科學(xué)史最重要的發(fā)現(xiàn)之一”。至今，泉州宋船每天都迎來不少參觀者。

　　泉州宋船三維數(shù)字化項目負(fù)責(zé)人之一、浙大文化遺產(chǎn)研究院副教授刁常宇說，浙大科技考古團(tuán)隊第一次在開元寺古船陳列館親眼看到泉州宋船后，馬上明白了開展數(shù)字化保護(hù)的迫切性，以及這項工作巨大的挑戰(zhàn)所在。

　　這條復(fù)原后34米長、11米寬的木船，由大型鋼架支撐著，幾乎占據(jù)了展室的全部空間，顯得十分宏偉壯觀。走近細(xì)看，船體的裂隙、糟朽、斷裂、變形、殘缺、變色，生物損害等多種類型的病害都顯現(xiàn)出來。這些傷痛，訴說著泉州宋船出土40多年來曲折艱辛的保護(hù)史。

　　泉州宋船的復(fù)原、保護(hù)工作是一段值得銘記的歷史。泉州宋船在完成現(xiàn)場發(fā)掘與測繪工作后，拆解的船體構(gòu)件被運送到開元寺東側(cè)空地上的一個竹棚里。經(jīng)過簡單沖洗，由泉州造船廠工人按原來形狀復(fù)原安裝，并著手進(jìn)行船體防腐、脫水等保護(hù)措施。泉州海外交通史博物館文物保護(hù)部主任費利華介紹說，限于當(dāng)時國內(nèi)的技術(shù)條件和資金情況以及當(dāng)時的形勢要求，在未進(jìn)行脫鹽脫水處理的情況下，決定對宋船船體采取在“高濕環(huán)境中緩慢陰干脫水定形”的辦法進(jìn)行保護(hù)處理。

　　“由于船體大部分使用較耐腐蝕、材質(zhì)保存較好的杉木，這個方法基本成功地保存了船體。”費利華說，但材質(zhì)保存較差的松木與樟木構(gòu)件，出土后即開始出現(xiàn)開裂、扭曲變形。另一個問題是，船體復(fù)原時使用了兩萬多顆鐵釘進(jìn)行加固，為后期的穩(wěn)定保存留下了極大的隱患。由于鐵釘在含鹽船木中的快速腐蝕，船木嚴(yán)重腐朽與變色，造成不可逆的破壞。1996年到2000年，博物館陸續(xù)將船板外表面的大部分鐵釘拔除。

　　古船陳列館建成至今數(shù)十年來，泉州宋船長期處于開放式不穩(wěn)定的保存環(huán)境中，空氣中的水分、灰塵顆粒、酸性氣體等都使船體病害變得難以避免。

　　如今的古船已經(jīng)十分脆弱，不能觸碰。博物館曾計劃將古船從開元寺移往博物館本館，那里有更好的保護(hù)和研究條件，也能供更多人參觀;最終因為移動船體風(fēng)險過大，未能實現(xiàn)。下一步，應(yīng)該如何更加科學(xué)地保護(hù)、修復(fù)、研究、展示泉州宋船，這個重大的問題擺在專家們的面前。

　　用數(shù)字化手段留住真容

　　針對泉州宋船保護(hù)研究的重大課題，日益成熟的數(shù)字信息技術(shù)為文保專家提供了新的可能性：搶救性地精確記錄現(xiàn)狀信息，建立高保真的三維數(shù)字化模型，讓最真實的泉州宋船在“0”和“1”的世界中永存。

　　浙大文化遺傳研究院的科技考古團(tuán)隊代表了國內(nèi)該領(lǐng)域的領(lǐng)先水平，從西域邊塞的石窟，到江南水鄉(xiāng)的古塔，他們已經(jīng)用數(shù)字化手段為大量珍貴文物永遠(yuǎn)留住了真容。

　　但是重建泉州宋船數(shù)字模型的難度之大，超過了人們的想象。泉州海外交通史博物館此前曾嘗試重建泉州宋船三維模型，發(fā)現(xiàn)困難重重：不僅船體形制總是與本體差別甚大，精細(xì)重現(xiàn)每一片木板的紋理，更是一項幾乎不可能完成的任務(wù)。

　　刁常宇說，浙大科技考古團(tuán)隊經(jīng)過細(xì)致調(diào)研，提出了自己獨特的數(shù)字化方案。

　　首先，利用成熟的三維激光掃描技術(shù)，建立泉州宋船精細(xì)的三維激光掃描模型。此時的模型是沒有任何紋理和色彩的。

　　隨后，利用浙大自主研發(fā)的高精度紋理自動映射軟件，對三維模型進(jìn)行高精度的紋理自動映射。

　　刁常宇說，紋理自動映射技術(shù)的原理，類似拍照的逆過程：計算機(jī)能夠在泉州宋船數(shù)百張高清照片、數(shù)以億計的像素中，選中最優(yōu)的一塊，映射回這些像素原本的位置上去。“采用這一技術(shù)路線，成功地解決了其他方法難以解決的問題，我們高興極了。”

　　比如，此前嘗試重建的三維模型，船板總是出現(xiàn)現(xiàn)實中不存在的凹凸起伏，這是由紋理扭曲造成的，而利用三維模型加紋理自動映射技術(shù)，就能夠精確重建文物的光滑表面。

　　這套用計算機(jī)智能解決文物紋理映射的辦法，浙大科技考古團(tuán)隊此前已在國內(nèi)多個考古項目中成功應(yīng)用?？脊艑W(xué)家曾經(jīng)嘗試重建一塊刻有百余字的古代石碑，如何真實地還原每一道刻痕的紋理成為難題?？咳斯?，一位熟練的專家嘗試了近兩個月，仍無法完美地實現(xiàn)。而采用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行自動化映射定位和上色，兩個小時就完成了準(zhǔn)確重建。山東青州龍興寺的佛像，石雕的紋理比木船船板要復(fù)雜多了，他們完美地完成了三維重建。

　　“在考古工作中引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來代替手工操作，不只是因為這樣速度快，更重要的是，計算機(jī)技術(shù)能達(dá)到人力難以企及的精確度。”刁常宇說，“作為考古人，我們總是在追求原真記錄文物本身。在‘求真’這一目標(biāo)上，給自己定的是最高標(biāo)準(zhǔn)。”

　　對浙大科技考古團(tuán)隊而言，更多的挑戰(zhàn)來自于現(xiàn)場測繪工作中的種種困難。

　　木船雖然很大，但能夠工作的空間很小。團(tuán)隊工程師們費盡心思，在木船四周所余不多的展室空間里、在二層一個供游客駐足參觀的走廊上，盡可能多地布置激光測量點，數(shù)據(jù)越精確，三維模型才越保真。

　　要完成紋理自動映射，需要大量多角度的宋船高清照片，“這個階段比激光掃描難度更大了”。刁常宇說，光是圓滿解決布光問題就讓大家絞盡腦汁。泉州宋船有著十余個密集排列的水密隔艙，里面曾經(jīng)都裝滿了貨物。這些隔艙的寬窄深淺都有細(xì)微的不同，各處木板的紋理也長相各異。不能上船、甚至不能接觸船體，考古團(tuán)隊只能搭起腳手架來拍攝這些角度刁鉆的照片。測繪期間，展室是照常開放的，為了減少游客干擾、保證數(shù)據(jù)有效，部分角度的照片只能在閉館后連夜拍攝。木船底部緊貼著支架，離地面不足半米，“我們就躺在地板上，舉著相機(jī)拍?！?/p>

　　浙大團(tuán)隊為制作宋船模型所采集的數(shù)據(jù)是如此精確、完整，達(dá)到了新的高度，被視為出土復(fù)原后40多年來，這條古船經(jīng)歷的最全面、最精確的再調(diào)查。“就像時隔多年給古船做體檢。我們的工作首先是向這40年間不懈搶救這條古船的人們致敬?！痹跀?shù)字世界，泉州宋船及其承載的豐富歷史，將成為更加準(zhǔn)確、更加致遠(yuǎn)的存在。

　　泉州宋船重新?lián)P帆起航

　　當(dāng)儲存于計算機(jī)中的泉州宋船三維模型，和泛黃紙頁上40年的考古報告放在一起，那些更加細(xì)致的數(shù)據(jù)、更加準(zhǔn)確的線條，讓人們看到了幾代考古人對中國傳統(tǒng)文化始終不渝的敬畏之心。泉州海外交通史博物館的一位專家言簡意賅地評價這個數(shù)字模型：“這條船漂亮！”

　　“漂亮”，是因為數(shù)字模型完美地再現(xiàn)了宋代精湛的造船技術(shù)——“上平如衡，下側(cè)如刃，頭尾尖高，當(dāng)中平闊，沖波逆浪，都無畏懼……”古代中國能工巧匠的智慧，就蘊藏在泉州宋船那優(yōu)美的流線和精巧的結(jié)構(gòu)之中。有賴精確的三維掃描，數(shù)字模型和文物本身相比，形制幾乎分毫不差。

　　“漂亮”，還因為數(shù)字模型忠實地記錄了文物厚重的歷史質(zhì)感。泉州宋船的船體由松木、樟木、杉木等不同的木材制成，木材的選取視船體各部分不同的性能要求而定，加工方式也各有不同。船的龍骨是松木做成的，肋骨選用樟木，船殼板兼用松木和杉木，水密隔艙壁則雜用3種木材。不同的部位，糟朽、斷裂的程度也各不相同。每一塊船板、每一道紋理都留下了自己的故事，深藏著滄桑巨變。有賴于精密的紋理映射，700多年的歷史風(fēng)云，在宋船的數(shù)字模型中同樣歷歷可見。

　　泉州宋船出土40多年來，圍繞這條古船的文保考古工作長期以保護(hù)為主，研究很少。專家們認(rèn)為，本次三維數(shù)字化重建，得到了比此前現(xiàn)場普通測量更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，專業(yè)人員可以通過軟件測量得出船體局部每個區(qū)域的精確數(shù)據(jù)，同時也為考古線圖繪制提供了最原始、最重要的基礎(chǔ)數(shù)字測量底圖。在此基礎(chǔ)上，對泉州宋船的研究有望深入開展。

　　高保真三維數(shù)字模型的問世，還意味著泉州宋船終于可以“駛出”開元寺，向更多的人展現(xiàn)其豐富的魅力?！昂Ｉ辖z綢之路”鐫刻著中華民族和全世界人民的深厚友誼，泉州宋船就是歷史的見證。這一文明互鑒、民心相通的永恒記憶，也將隨著泉州宋船在數(shù)字世界中的永生而歷久彌新。