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摘 要：文物在出土和保存的过程中，不可避免的遭受一定程度的损坏。及时的对古代文物进行数字复制、保存和复原具有重要意义，然而对文物进行大规模的数字建模和修复是一个巨大的工程，需要较长时间，同时还涉及管理方面的问题，对于陶瓷等易损的古文物更是如此。本文以一个结构相对比较清晰的古代陶瓷器物—一件出土于广西的绳纹陶罐为例子，针对部分只保存有图片、或已经破损的古文物，探索介绍一种可行性较高，成本低廉的数字修复保存技术，当采样精度和修复绘制精度较高的时候，这种方法能逼近原始面貌，而且具有可以反复修改等优点。期待通过技术的推广将我国古代劳动人民的智慧结晶推广，传播中华民族的核心价值观，产生良好的社会效益。
关键词：文物；古代陶瓷器；虚拟建模；数字修复
中国是世界陶瓷发源地，陶瓷又是中国出土古文物的主要代表之一。世界各地出土的大量文物当中陶瓷制品占了相当的比例，可以说陶瓷是人类文化重要记录载体，但是陶瓷属于易碎品，将这些数量较大的历史遗产数字化，是一个巨大的工程。在三维扫描仪出现之前，数字化工作基本上都是以照片的形式进行保留，甚至有一部分还未来得及进行数字化就已经破损、毁坏、丢失了，这种缺失是无法挽回的。所以文物的数字化工作具有明显的时效性，而且意义重大。当今互联网已深入渗透到文化领域，文物的展示也拓展到了网上，数字虚拟博物馆正纷纷建立，需要将大批展品数字化以使更多人通过网络来享受到人类文明的成果。虚拟展品与传统展品相比，更有可以近距离端详，不受人数和他人限制等等优点。
虚拟建模与修复还原技术在虚拟博物馆的数字文物典藏中属于核心前沿技术。以往的数字修复建模技术受到体积、移位等等方面的限制，经济成本和时间成本较高，在处理一些破损件方面并没有表现出更大的优势，本文就是在探索总结一个成本相对低廉，尤其在针对部分已经破损的、损毁较严重，或只保存有图片等资料的文物，需要大量手工修复，不便于搬动移动的文物来说，这种方法具有更高的适应性和更大的推广价值。
一、当前文物数字化技术
使用三维扫描仪技术重构三维虚拟文物。这是文物数字化的重要技术之一，使用三维扫描仪对实物的表明形状和物理特征加以数字化来实现的。该技术大致分为接触式和非接触式两类。非接触式又分为激光扫描仪和照相式扫描仪。
二、一种针对性的低成本替代方案
本文所提出的替代方案与三维扫描技术中最先进的方式——照相式三维扫描技术有相似的地方，即也是通过前期高精度的摄影采集文物的表面结构和特征，包括明暗等三维特征，但部分建模需要由文物修复专家或工作人员通过计算机以手工的形式完成，因为是建模与修复的工作同步完成，所以从工序上较之三维扫描技术有一定的减省，还保留了手工修复工序人知识经验的主观因素，更容易让修复专家凭借专业领域的经验、通过想象力和高超的专业技艺功底发挥出来。
1.原始图像的采集
在整个工作开展之前，需要先取得实物各个视角的图像。我们选择数码单反和解析度高的镜头（50mm-80mm焦段范围之内的镜头）完成图像采集工作，采用环形布光方式进行采集，因不同的实体有不同反射和投影等影响因素，需要根据不同的实物進行灯位的调整。基本要求是光照均匀，次生光充足，做到无明显投影、反光、冲光。拍摄过程中摄距、焦距和光轴不能有任何移动，曝光参数保持一致，以防止各视图出现偏差。特殊破损部位应独立采集，如原始人头盖骨上的异常孔洞，往往提示了当时受到了攻击，暗示原始人当时生活环境和生态面貌，具有更大的史料价值，这样需要将破损部位正面全貌展示采集，焦距不变的采集一次，放大采集一次，以得到按比例的原貌和细节原貌。将所采集到的图像进行水平、色差、透视变形等修整，并打开图片处理软件的标尺，将各图像水平和垂直方位均调至视图正中。图片中罐体的开口部分受到严重破坏，白色部分是修复专家凭经验用石膏修复而成的。我们将通过计算机实施这一过程。
2.建模。计算机三维建模类软件较多，本文主要推荐Maya和3Dmax等。
2.1运行Maya软件。建立工程项目文件夹，命名上体现陶器的门类名称等识别信息。把处理好的视图放至工程文件的sourceimages文件夹中
2.2 Import Image从sourceimages文件夹中导入图片，首先以正面视图为基准。在LEFT， top视图中分别插入所采集的左视图和顶视图，并调整到居中位置。
2.3在右侧属性栏中修改参考图宽高度和位置
2.4用CV或者EP曲线工具→在前视图沿陶器的边缘描画轮廓。描画轮廓决定了修复建模的精度，是最关键的步骤，描画的时候在关键特征点（比如曲线转折明显的地方，凸起、凹陷等结构）放置锚点，供描画完成后调整。整个曲线的锚点应分布大致均匀。描画曲线为双线结构，根据原物的厚度来决定双线间的距离，顶部罐口部位封闭。底部曲线开放，并将始终两个锚点做中线吸附，确保坐标X为0，保证造型完成之后没有孔洞。描画完之后再仔细调整曲线与图像吻合。
2.5打开曲线菜单→选择旋转→按下快捷键5切换实体线框模式，便于观察物体外形生成的情况。这一步骤即实现了由计算机来完成的修复工作，接下来再对具体细节进行调整。
2.6修改→转换→转换为多边形，选择控制点细化
2.7选择物体→shift键+右击不放→在下拉菜单中选择平滑→在弹出窗口中设置分割级别（选择1-3）→平滑。 至此，已经得到一个可以编辑的粗坯。平滑的精度决定了修复的细节可调整的程度，专业修复人员可以反复在步骤2.6-2.7之间调整，设定好可编辑的程度之后，在得到的粗坯上就是专业修复人员体现专业经验和修复技艺的地方了，他们通过反复几乎无限制的翻看这个粗坯并调整结构点以接近和到达文物破损之前的原貌，这个过程是可以无限次反悔的。
2.8粗坯完成修复之后，可以再进行一次低级别的平滑处理，在修复细节已经足够多的时候可以不再平滑以免丢失细节。接下来需要做的是在主体上做其他结构。比如提梁、把手、撑脚、嘴等结构，这些部分可以两种方式进行，一种是另外建模再焊接到主体物上；另一种方式是直接在主体上挤出、并调整结构。本文介绍第二种方法，用面挤出的方式。参考底部视图，通过加线和减线的方式，在底部相应的结构区（这个例子是罐脚的基面），调整成附加结构的基本面。基本面调整完成之后，在面编辑状态下做整体挤出。在挤出的形状上加减线再做细节调整。线的密度决定了细节的逼真度。
到此，整体形态的建模部分已基本完成，更多的细节是通过细致的调整完成的。最后很细微的三维结构，比如纹理和刻写的文字图案、浮雕等等附属结构可以通过贴图的处理技术实现，即一种通道技术，将采集到的图片做成明暗影调为主的通道贴图，做置换贴图贴到粗坯上，再调整，即可完成这些表面的处理，修改通道贴图的明暗来完成细节修复。可以修复的比较好。
渲染之后的效果如图所示。
参考文献
[1]胡治宇、利莉，VR技术对古陶瓷修复和展示的研究和运用，信息通道，2014年第3期；
[2]唐根顺.浅谈新石器时代出土陶器的考古修复[J].东南文化，2002（11）；
[3]王敬.浅谈青铜器的修复与保护[J].科技风，2010（17）.
基金项目：广西教育厅课题桂教科研〔2013〕7号 2013LX184广西古陶瓷器虚拟仿真建模。
（作者单位：广西职业技术学院 广西南宁市 530226）
关键词：文物；古代陶瓷器；虚拟建模；数字修复
中国是世界陶瓷发源地，陶瓷又是中国出土古文物的主要代表之一。世界各地出土的大量文物当中陶瓷制品占了相当的比例，可以说陶瓷是人类文化重要记录载体，但是陶瓷属于易碎品，将这些数量较大的历史遗产数字化，是一个巨大的工程。在三维扫描仪出现之前，数字化工作基本上都是以照片的形式进行保留，甚至有一部分还未来得及进行数字化就已经破损、毁坏、丢失了，这种缺失是无法挽回的。所以文物的数字化工作具有明显的时效性，而且意义重大。当今互联网已深入渗透到文化领域，文物的展示也拓展到了网上，数字虚拟博物馆正纷纷建立，需要将大批展品数字化以使更多人通过网络来享受到人类文明的成果。虚拟展品与传统展品相比，更有可以近距离端详，不受人数和他人限制等等优点。
虚拟建模与修复还原技术在虚拟博物馆的数字文物典藏中属于核心前沿技术。以往的数字修复建模技术受到体积、移位等等方面的限制，经济成本和时间成本较高，在处理一些破损件方面并没有表现出更大的优势，本文就是在探索总结一个成本相对低廉，尤其在针对部分已经破损的、损毁较严重，或只保存有图片等资料的文物，需要大量手工修复，不便于搬动移动的文物来说，这种方法具有更高的适应性和更大的推广价值。
一、当前文物数字化技术
使用三维扫描仪技术重构三维虚拟文物。这是文物数字化的重要技术之一，使用三维扫描仪对实物的表明形状和物理特征加以数字化来实现的。该技术大致分为接触式和非接触式两类。非接触式又分为激光扫描仪和照相式扫描仪。
二、一种针对性的低成本替代方案
本文所提出的替代方案与三维扫描技术中最先进的方式——照相式三维扫描技术有相似的地方，即也是通过前期高精度的摄影采集文物的表面结构和特征，包括明暗等三维特征，但部分建模需要由文物修复专家或工作人员通过计算机以手工的形式完成，因为是建模与修复的工作同步完成，所以从工序上较之三维扫描技术有一定的减省，还保留了手工修复工序人知识经验的主观因素，更容易让修复专家凭借专业领域的经验、通过想象力和高超的专业技艺功底发挥出来。
1.原始图像的采集
在整个工作开展之前，需要先取得实物各个视角的图像。我们选择数码单反和解析度高的镜头（50mm-80mm焦段范围之内的镜头）完成图像采集工作，采用环形布光方式进行采集，因不同的实体有不同反射和投影等影响因素，需要根据不同的实物進行灯位的调整。基本要求是光照均匀，次生光充足，做到无明显投影、反光、冲光。拍摄过程中摄距、焦距和光轴不能有任何移动，曝光参数保持一致，以防止各视图出现偏差。特殊破损部位应独立采集，如原始人头盖骨上的异常孔洞，往往提示了当时受到了攻击，暗示原始人当时生活环境和生态面貌，具有更大的史料价值，这样需要将破损部位正面全貌展示采集，焦距不变的采集一次，放大采集一次，以得到按比例的原貌和细节原貌。将所采集到的图像进行水平、色差、透视变形等修整，并打开图片处理软件的标尺，将各图像水平和垂直方位均调至视图正中。图片中罐体的开口部分受到严重破坏，白色部分是修复专家凭经验用石膏修复而成的。我们将通过计算机实施这一过程。
2.建模。计算机三维建模类软件较多，本文主要推荐Maya和3Dmax等。
2.1运行Maya软件。建立工程项目文件夹，命名上体现陶器的门类名称等识别信息。把处理好的视图放至工程文件的sourceimages文件夹中
2.2 Import Image从sourceimages文件夹中导入图片，首先以正面视图为基准。在LEFT， top视图中分别插入所采集的左视图和顶视图，并调整到居中位置。
2.3在右侧属性栏中修改参考图宽高度和位置
2.4用CV或者EP曲线工具→在前视图沿陶器的边缘描画轮廓。描画轮廓决定了修复建模的精度，是最关键的步骤，描画的时候在关键特征点（比如曲线转折明显的地方，凸起、凹陷等结构）放置锚点，供描画完成后调整。整个曲线的锚点应分布大致均匀。描画曲线为双线结构，根据原物的厚度来决定双线间的距离，顶部罐口部位封闭。底部曲线开放，并将始终两个锚点做中线吸附，确保坐标X为0，保证造型完成之后没有孔洞。描画完之后再仔细调整曲线与图像吻合。
2.5打开曲线菜单→选择旋转→按下快捷键5切换实体线框模式，便于观察物体外形生成的情况。这一步骤即实现了由计算机来完成的修复工作，接下来再对具体细节进行调整。
2.6修改→转换→转换为多边形，选择控制点细化
2.7选择物体→shift键+右击不放→在下拉菜单中选择平滑→在弹出窗口中设置分割级别（选择1-3）→平滑。 至此，已经得到一个可以编辑的粗坯。平滑的精度决定了修复的细节可调整的程度，专业修复人员可以反复在步骤2.6-2.7之间调整，设定好可编辑的程度之后，在得到的粗坯上就是专业修复人员体现专业经验和修复技艺的地方了，他们通过反复几乎无限制的翻看这个粗坯并调整结构点以接近和到达文物破损之前的原貌，这个过程是可以无限次反悔的。
2.8粗坯完成修复之后，可以再进行一次低级别的平滑处理，在修复细节已经足够多的时候可以不再平滑以免丢失细节。接下来需要做的是在主体上做其他结构。比如提梁、把手、撑脚、嘴等结构，这些部分可以两种方式进行，一种是另外建模再焊接到主体物上；另一种方式是直接在主体上挤出、并调整结构。本文介绍第二种方法，用面挤出的方式。参考底部视图，通过加线和减线的方式，在底部相应的结构区（这个例子是罐脚的基面），调整成附加结构的基本面。基本面调整完成之后，在面编辑状态下做整体挤出。在挤出的形状上加减线再做细节调整。线的密度决定了细节的逼真度。
到此，整体形态的建模部分已基本完成，更多的细节是通过细致的调整完成的。最后很细微的三维结构，比如纹理和刻写的文字图案、浮雕等等附属结构可以通过贴图的处理技术实现，即一种通道技术，将采集到的图片做成明暗影调为主的通道贴图，做置换贴图贴到粗坯上，再调整，即可完成这些表面的处理，修改通道贴图的明暗来完成细节修复。可以修复的比较好。
渲染之后的效果如图所示。
参考文献
[1]胡治宇、利莉，VR技术对古陶瓷修复和展示的研究和运用，信息通道，2014年第3期；
[2]唐根顺.浅谈新石器时代出土陶器的考古修复[J].东南文化，2002（11）；
[3]王敬.浅谈青铜器的修复与保护[J].科技风，2010（17）.
基金项目：广西教育厅课题桂教科研〔2013〕7号 2013LX184广西古陶瓷器虚拟仿真建模。
（作者单位：广西职业技术学院 广西南宁市 530226）