想过把几千年前的青铜鼎原样复制一个吗?

　　想知道一块唐代石碑刚刚刻好时的样子吗?

　　三维扫描和建模技术的发展，已经让这些工作成为可能。

　　将一件文物，比如一具巨大的古代铜鼎或者一口铜钟放在某个台基上，用三维扫描仪扫描它的各个部分，我们可以得到若干“站”的三维信息。也就是说，我们把这件文物在虚拟世界里拆分成了若干个区块，每个区块里包含的几十万到几百万个点，其坐标共同描述了文物的几何形状。

　　此后，我们只需要将这些“站”之间的信息进行衔接，就可以构建出文物的三维模型。或者说，这件文物就在电脑硬盘里拥有了几乎完全相同的备份，让人们可以拖动鼠标，轻松地观察它的每个细节。

　　但如果这件被扫描的文物上铸有铭文，而且铭文的内容非常重要，或者字体恰好为书法名家的手书呢?在三维模型的基础上“更上一层楼”，做一套拓片细细研究或者临摹，方才是“主流”的研究思路。然而，由于钟鼎铭文是凸起于表面的阳文，因此传统的拓印方法很难得到足够清晰的效果，无法作为书法临摹的字帖使用。

　　今年秋天，北京市计算中心就解决了这个难题。通过巧妙设计的算法，技术人员可以利用三维扫描仪得到的三维数据，将位于曲面上的钟鼎铭文，转化为清晰的平面拓片，让人们仿佛能看到这些文字当年被刻上泥范时的样子。

　　巧思算法实现曲面“拓印”

　　利用三维技术制作钟鼎文拓片的成果，基于一个简单的事实：在虚拟空间中，人们可以对数据任意进行处理。通俗地说，我们不能为了得到一份钟鼎文拓片而将一具真正的古鼎压扁，却可以利用已有的三维模型，在电脑中模拟这个过程。而阳文和阴文的差别，也不过是三维的其中一维上“+”和“-”的差异。

　　“最开始进行这项研究的时候，我们尝试了直接抠图的方式，也就是从三维模型上逐字抠取铭文。但我们很快发现，这样的做法不仅效率极低，而且存在过多的人为干扰。” 北京市计算机中心研究员刘清珺说，“时光的流逝可能会让文物表面留下不少无效的‘噪音信息’，但每个人对这些信息的判定是不同的，这就带来了抠图效果的差异。所以，我们只能改变思路，能由电脑通过算法解决的问题，就一定不要有人的干预。”

　　▲三维扫描设备

　　铭文处理算法的最初思路，来自刘清珺本人的灵光一现。“某一天深夜，我收到了他的邮件，里面介绍了解决问题的思路。” 北京市计算中心虚拟现实事业部工程师沈涛回忆说，“这种算法的原理，就是将文物的每个局部近似地表达成平面，而后进行图像处理操作。”

　　在20世纪80年代的老式个人电脑上，由于屏幕分辨率不高，人们在使用LOGO语言画图的时候，可以用正36边形模拟圆形的视觉效果。这就意味着，任何一个曲面，都可以用有限多个平面来不断地逼近，达到不同的模拟精度。

　　刘清珺设计的算法，也正是遵循了这样的思路。当一口钟或一具铜鼎的体积足够大的时候，它的某一小块表面的曲率其实并不明显。所以，技术人员可以先在电脑中将一小块表面强行“拉平”，并以微调“敲平”由于上一步而“不平”的细节部位。而后，他就可以用算法“削去”底面，并把剩下的字模数据“拍扁”。经过大约两分钟的运算之后，便可以得到一块字迹清晰，足以用于书法研究和临摹的拓片。

　　拓印石碑亦可“大显身手”

　　在中国，石碑或许是最常见的文物之一。对于有志于书法的人来说，拓印由书法大家写就的石碑，并临摹拓片，是学习书法的重要环节。然而，传统的石碑拓印采用将墨汁涂到碑上的方式，历朝历代的反复拓印，会使文字边缘与石碑表面的拐角因为磨损成为圆角，一部分文字也可能会因为风沙剥蚀而有浅浅的凹痕。这两种现象，都会使临摹者无法看清碑体上真正的笔锋，影响学习书法的效果。可是尽管如此，今天的人们也不可能对已经成为文物的石碑进行“刮去表面”的打磨工程。

　　利用三维扫描钟碑文拓印技术不但可以得到钟碑文数字拓片，还为无损拓印古代石碑和复原碑上的字体提供了可能性，而且在这个领域里，三维扫描和对三维模型的处理，有更多的“用武之地”。

　　“在虚拟世界里，数据可以被任意地‘切削’。如果我们扫描一座古石碑，再将表层浅凹坑和磨损对应的那部分数据作为‘杂波’消除，那么根据相似三角形原理，我们就可以得到书法家真正的笔锋信息。以这种方式得到的拓片，显然会比实际拓印精度更高。” 刘清珺说。

　　“但这套方法也并不是万能的。”沈涛告诉记者，“我们都有这样的生活经验，如果在一张纸上写几个字，再在字上胡乱画几道线，旁人仍然有可能看出这些字是什么;但如果在已有的字上面写别的字，在旁人看来往往就会是一团糟。因此，如果石碑上的文字曾被蓄意凿除，或者刻上新的内容，我们就不能通过算法找回其原始的样貌了。”

　　▲原始的三维扫描数据（局部）

　　文物需要“数字档案”护身

　　而今，刘清珺和北京市计算中心的技术团队，已经将他们的算法，开发成了钟鼎铭文和碑刻书法拓印软件工具，并申报了相关专利和软件著作权。他们希望更多的人能运用这些信息时代的工具，以非接触的无损方式将钟鼎铭文和碑刻的书法信息拓印下来，用于文物保护和书法艺术等方面的研究利用。

　　而作为这些拓印软件依托的3D扫描和三维建模技术，其近几年的飞速发展，在北京市计算中心的技术人员们看来也意义巨大。这是因为，照片和文字描述等传统的形式，都不足以精确地表现文物的细节。直到最近两三年，电脑运算速度和三维扫描仪精度的迅速提升，方才使人们第一次拥有了保存文物相关细节的技术手段。随着时间的流逝，一些不得不暴露在室外的文物，会不可避免地因为风雨侵蚀而损坏;战乱和人为的失误或破坏，也可能导致一些文物被毁;历史上的外敌入侵，比如1860年英法联军对北京圆明园的打砸抢烧，也让很多珍贵文物流落海外。

　　但凭借精确的三维数据，这些文物的所有细节都会在虚拟世界里永存;流失海外的文物，也可以通过扫描，以数据的形式“回归祖国”。“甚至可以说，凭借既有的三维数据，我们可以用三维打印的方式，打印出被保护文物的一个个‘区块’，再拼接出一个原样大小的复制品来，让人们一睹为快。”刘清珺对记者如是说。