每日關(guān)注!一群大學(xué)師生和一座被數(shù)字修復(fù)的石碑

坐在爸爸的自行車前座，一路從天安門到故宮，再沿南長街、北長街一路向北，再到后?！诒本┙ㄖ髮W(xué)研二學(xué)生李淑陽的童年記憶里，中軸線是從爸爸臂彎里看到的世界，紅墻、綠瓦、琉璃頂，獨具韻味。

彼時的她不會想到，未來的某一天，自己會與北京中軸線上的一座石碑發(fā)生奇妙的關(guān)聯(lián)。 ? 作為土生土長的北京人，李淑陽從小就有很多接觸古建筑的機會。更是因為喜歡古建筑，加上對文化遺產(chǎn)保護的好奇，填報高考志愿時，李淑陽就選擇了北京建筑大學(xué)的遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。

2022年暑假，在北京建筑大學(xué)測繪學(xué)院教師侯妙樂、董友強等多位教師和北京市考古研究院的專家學(xué)者的指導(dǎo)下，李淑陽和十幾名北建大學(xué)子一起，研究碑文智能識別與虛擬修復(fù)技術(shù)，并在正陽橋疏渠記碑上應(yīng)用，重現(xiàn)碑文，揭開這座散落在北京中軸線上的石碑的神秘面紗，也為中軸線各遺址點石碑石刻保護提供技術(shù)借鑒與支持。

(資料圖片)

尋根溯源，找到一座石碑的前世今生 ?

天壇西北角的紅廟街78號平房群里，“藏”著一塊石碑。 ?

在蜿蜒曲折的胡同里，穿過一條最窄處僅容一人通過的小巷，看到一圈上了鎖的鐵柵欄，便能找到石碑所在。 ?

這座隱于市井的石碑名為正陽橋疏渠記碑。鮮為人知的是，它曾是天橋“雙碑”之一。另外一座石碑如今就在與它直線距離不過5公里的首都博物館。游客們?nèi)绻粜模瑫谑撞┑臇|北角找到乾隆御制碑《帝都篇》《皇都篇》方碑，從四周到石碑頂部都有特制的玻璃防護，被譽為“鎮(zhèn)館之寶”。 ?

受歷史因素和現(xiàn)實條件的影響，正陽橋疏渠記碑一直留在了紅廟街，在此度過百余年的時光，底座都已被埋了一米多深。 ?

2022年夏，北京建筑大學(xué)測繪學(xué)院教師董友強看到這塊碑時的第一反應(yīng)是，“有點兒破?！边@也是不少人看到石碑時的第一印象。而北建大團隊要做的，是讓正陽橋疏渠記碑在數(shù)字世界里煥發(fā)新生。 ?

董友強是此次數(shù)字修復(fù)石碑石刻的項目帶隊教師之一，主要從事攝影測量和遙感領(lǐng)域，此次數(shù)字修復(fù)石碑的關(guān)鍵技術(shù)三維重建技術(shù)即是他的研究方向之一。董友強曾和團隊老師專家一起帶領(lǐng)學(xué)生多次探訪正陽橋疏渠記碑。 ?

對于團隊里的很多學(xué)生而言，以前多是隔著博物館的玻璃觀察石碑石刻，這是他們第一次如此近距離地看到石碑本體。大三學(xué)生韋泓媛說，“在現(xiàn)場看到它，離它這么近，有一種歷史的滄桑感?！??

對正陽橋疏渠記碑的修復(fù)先從追溯歷史開始。 ?

“不論怎么修復(fù)，首先都要對石碑的背景知識進行調(diào)查，了解它的歷史沿革。”董友強表示，無論是對文物本身的修復(fù)，還是虛擬修復(fù)，最終都是要實現(xiàn)文物的保護與文物價值的傳播。 ?

正陽橋疏渠記碑有什么價值？碑文記載了哪些內(nèi)容？石碑石材是什么？來自哪里？從古至今其位置發(fā)生了哪些變化……一連串的問題堆疊，李淑陽和兩位本科生一起，開始查閱資料、向?qū)＜仪笞C，試圖在數(shù)字修復(fù)前厘清一切。 ?

正陽橋疏渠記碑原址位于天橋十字路口東北方，同治年間被遷移至北側(cè)弘濟院內(nèi)，記述內(nèi)容為乾隆五十六年治理天橋南河道工程。 ?

清朝初年，天橋附近的水往東經(jīng)金魚池、狀元橋、紅橋、窯坑（今龍?zhí)逗┖蟪龀牵鞓蚰弦粠б虻貏莸屯莸较奶煊昙窘?jīng)常積水，乾隆五十六年在天橋以南地區(qū)疏浚水道。因這次疏渠成效顯著，故乾隆皇帝親書為記。 ?

史料記載，正陽橋疏渠記碑建于清乾隆五十六年（1791年）。碑體為方柱形，南向，高約8米，各面寬均為1.45米，頂部有四角攢尖式的碑蓋，四脊各雕一龍，龍昂首曲身，似欲騰飛狀，輻輳于寶頂。碑下為束腰須彌座，浮雕出覆、仰蓮瓣及云、龍、菩提葉等紋飾。碑額和碑身四周有龍紋邊飾，碑四面分別為兩面漢文、兩面滿文的碑文，正面上首為漢字題名“正陽橋疏渠記”，為清乾隆帝親筆手書楷書，記述乾隆五十六年治理天橋南河道（龍須溝）的工程。?

可以穿越，或許能站在天橋上，在熙熙攘攘的人群中，看到在天橋兩側(cè)巍峨高大的兩座石碑，說不定還有人大聲讀著碑文，身邊一眾圍觀者小聲議論著以后總算沒有了夏季積水的煩惱。 ? 漫長的歷史長河中，曾風(fēng)光無兩的正陽橋疏渠記碑漸漸失去了往日神采。但研究依舊有意義。 ? 碑文記載的北京水道情況，對研究北京地理和歷史變遷有重要的價值，是研究清代治理北京河道的少有的第一手資料。同時為考察當(dāng)時的風(fēng)俗民情、政治禮制、河道治理工藝等角度研究其發(fā)展史提供了重要的文物資料。 ?

而且，石碑也是北京中軸線歷史變遷的實物見證?！罢麄€中軸線上，現(xiàn)在能看到的遺產(chǎn)點是14個，但實際上包括正陽橋疏渠記碑在內(nèi)的很多文物，都是歷史上中軸線的遺產(chǎn)點，只不過因為各種原因不在原來的位置，或者消失了?！北本┦形奈锞窒聦賳挝槐本┦锌脊叛芯吭嚎萍急Ｗo研究室主任張濤曾如是說道。 ?

細致“體檢”，將石碑“搬”到電腦上 ?

2022年夏，8月的北京，秋老虎威力不減，北建大的師生們和專家一起來到了紅廟，再一次進行數(shù)字化采集。 ?

這也是數(shù)字修復(fù)的重要前提，要用各類設(shè)備對石碑進行數(shù)據(jù)采集與作業(yè)，比如電子顯微鏡、熱紅外掃描儀、回彈儀等手持設(shè)備、XRF熒光光譜分析儀、高精度相機等等。數(shù)字化采集的過程也是對石碑進行一次“體檢”。 “咔噠咔噠咔噠”，回彈儀在石碑底座上被不停地摁下再彈起，發(fā)出清脆的響聲；變焦攝像機的鏡頭不斷變化，一張張高精度的照片記錄下了石碑每個面的狀況……韋泓媛和小伙伴們在老師們手把手的指導(dǎo)下，使用專業(yè)儀器測量、記錄正陽橋疏渠記碑的表面病害情況。 ?

體檢發(fā)現(xiàn)，正陽橋疏渠記碑文物本體現(xiàn)狀保存基本完整，但由于長期暴露于室外，存在明顯的風(fēng)化、剝蝕痕跡；局部出現(xiàn)嚴重裂痕、殘損缺失情況；碑座局部有水泥填補痕跡。碑體表面粉化，碑身局部被墨跡污染，碑身底座受植物病害。受周邊地坪抬升影響，須彌座幾乎全部被掩埋。 ?

“我們來之前對石碑有一個宏觀的了解，知道它有哪些病害，但并不知道病害到底位于什么位置，或者為什么會在這一面而不在那一面，為什么這個面會比其他面風(fēng)化嚴重?！表f泓媛在前期的資料搜集中，了解了正陽橋疏渠記碑的歷史和基本情況，實地探訪則給了她一次解答心中疑惑的機會。 ?

“現(xiàn)場看到石碑的風(fēng)化狀況，感覺比我想象得還要更嚴重一些?！表f泓媛仔細觀察著石碑的位置，試圖解答自己心中的疑惑：石碑不同側(cè)面的風(fēng)化情況與外在環(huán)境有關(guān)，而北京夏天多是東南風(fēng)、冬季多是西北風(fēng)，這些都有可能導(dǎo)致相應(yīng)側(cè)面風(fēng)化程度更重。

研二學(xué)生國洲乾則負責(zé)石碑三維數(shù)據(jù)及影像采集?！熬褪怯孟鄼C垂直于石碑面拍攝，后期會把所有影像進行拼接，結(jié)合石碑的三維模型方便后期的數(shù)字拓片分析。”國洲乾告訴記者，三維建模多是采集4個點位或者8個角，這樣可以環(huán)繞一圈快速采集信息生成一個長方體模型，其他的比如石碑上的紋飾、文字細節(jié)、有風(fēng)華或者有裂隙的地方，都需要用正攝像機進行補圖，最后融合起來進行數(shù)字化建模。 ?

通過三維激光掃描石碑表面，可以獲得大量密集的點云，海量點云的集合能構(gòu)建出物體的數(shù)據(jù)模型，將石碑“搬”到電腦上。掃描儀的攝像頭1秒能采集近100萬個點，圍繞碑體需要采集七八個點位，才能盡可能完全地還原石碑的表面原貌。用三維檢測儀進行一次完整的掃描至少耗時80分鐘。 ?

國洲乾日常更熟悉的是工程采集數(shù)據(jù)，“我們會使用腳架，移動相機跟隨鋪設(shè)航線去拍。但拍正陽橋疏渠記碑用這種方法就不行，地方太小了，大一些的機器都不好進入。”國洲乾只能手持相機拍攝，“拍的時候得扎著馬步，不能動，一動照片就模糊了。挺考驗?zāi)土Φ摹！??

“熱，被蚊子咬了很多包”“很辛苦，但不后悔”“都是我知識的盲區(qū)”……為石碑奔走、鉆研的那個夏天，那些收獲和難忘的瞬間深深印在學(xué)生的記憶里。國洲乾說，雖然困難重重，但沒有一個人叫苦，大家都很認真地做自己的工作。 ?

抽絲剝繭，解開碑文推理題

數(shù)據(jù)采集之后，就要進行數(shù)據(jù)處理。對于曾參與過眾多數(shù)字修復(fù)項目的北建大文化遺產(chǎn)數(shù)字化與虛擬修復(fù)團隊而言，對中軸線上的一座石碑進行數(shù)據(jù)處理并不難。 ?

高分辨率數(shù)字影像、高精度激光點云等海量大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在北建大師生面前。通過古籍資料、論文等查閱的關(guān)于正陽橋疏渠記碑的所有信息，隨著石碑三維實景模型的顯現(xiàn)，也逐漸變得生動起來。 ?

對著石碑三維實景模型，國洲乾一點一點地標(biāo)注石碑“體檢”中識別的病害，“識別是第一位的，因為只有對病害識別才能進行后面的修復(fù)。能夠具體地把病害全部都標(biāo)注出來，讓我覺得特別有意義，也很有成就感?！??

在查閱了古代碑刻邊飾紋樣的大量資料后，大三學(xué)生王潤頔感慨不已，“覺得特別神奇、特別有意思，每看到一個紋飾就會去猜想去驗證這個紋飾是什么寓意?！?與雕紋相比，碑文上的文字識別是重頭戲。調(diào)用OCR api，團隊對修復(fù)后的碑文進行文字識別。得益于此前搭建的識別模型，該結(jié)構(gòu)模型的初步識別精度達到了82.4%。 ?

但數(shù)字化不是萬能的，無法將石碑上的所有細節(jié)一一準確還原。以碑文為例，近400個漢字，50%的字已經(jīng)有了缺損或者近乎完全“消失”，這就需要發(fā)揮人類的智慧，通過殘存的痕跡和歷史資料，相互印證，給出推斷，并將其一筆一畫還原出來。 ?

在文物的修復(fù)過程中，會隨時發(fā)現(xiàn)像這樣需要額外補課的文化部分，而這并不是技術(shù)團隊擅長的領(lǐng)域。 ?

“就像修復(fù)石窟，理想的情況下，石窟里人物的臉型是對稱的。但實際上有的并不對稱，而是自有造型特點。這個時候就需要把握不同朝代的石窟特點、技法特點，這樣才能修復(fù)出符合歷史的石窟。但這恰恰是最難的部分，因為我們這群測繪人不太具備這些專業(yè)知識?！倍褟娨员呐e例，針對破損的碑文，要么查到原始的歷史資料，利用石碑制作時留下的拓片進行補充，要么就要靠自己去推理。 ?

甲骨文到底是哪個字不能“看圖猜謎”，而必須要有科學(xué)依據(jù)。碑文的推理同樣如此。 ?

“如果這個字只是缺少了一個筆畫，或者哪怕它只有一個筆畫，這種情況相對好確定，結(jié)合推理，都可以找出來。”董友強說道，在循證的過程中已掌握多種證據(jù)，再結(jié)合推理，即使碑文并不清晰，也能知道具體的字，這部分也可以采用機器學(xué)習(xí)的方法解決問題。 ?

石碑?dāng)?shù)字拓片更多依賴于攝像機的高清圖像以及與石碑三維原始點云數(shù)據(jù)相關(guān)的算法。照片輸入電子系統(tǒng)即可自動生成數(shù)字拓片。 ?

有經(jīng)驗和數(shù)字技術(shù)的加持，團隊對石碑碑文信息進行提取識別，還查找了大量文獻、對應(yīng)《四庫全書》中的內(nèi)容，對未能識別部分進行補充。為了盡可能多地還原碑文，團隊還專門研究了乾隆字體，在古書典籍中搜尋查找乾隆楷書，琢磨其手寫體輪廓及書寫習(xí)慣，對應(yīng)電子拓片中碑文的“蛛絲馬跡”，生成缺失部分的虛擬復(fù)原文字。最終，復(fù)原了超95%的碑文漢文部分，滿文部分雖相較漢文有所缺失，但也實現(xiàn)了復(fù)原的新突破。 ?

留有遺憾是常態(tài)，但收獲遠不止于碑文上的文字。 ?

“整個項目花費時間比較多的其實是帶學(xué)生，這要是老師們自己做，應(yīng)該早就做完了?！倍褟娦χ巴虏邸?，隨后又認真地說道，帶隊教師要負責(zé)引導(dǎo)學(xué)生跟進工作，哪一塊需要細查資料、哪一塊需要跟專家再溝通、接下來需要做什么等等，“我們其實是通過這樣的活動，找一找以后能夠從事這項研究的好苗子?！??

在北建大教授侯妙樂看來，改變下一代的自我認知，就要讓他們在項目中直面挑戰(zhàn)和困難，“我前幾天看國洲乾都要被難哭了，都快沒有耐心了。所以要攻堅克難、要做出成果，就得努力去做，別人都做不下去的時候，依然要堅持?！??

“其實現(xiàn)在我們碰到的問題就得硬碰硬了，數(shù)字拓片如何高保真、高效地提取出來？滿文識別，找不到文獻資料的話怎么修復(fù)？這些都是困難?！睂τ趯W(xué)生們可能出現(xiàn)的“前路迷?！迸c“止步不前”，侯妙樂直言不諱。 ?

“我希望他們（學(xué)生）最大的收獲是對科研的熱愛和解決實際問題的科研能力?！北晃奈锉Ｗo中解決實際問題的需求“倒逼”，從而可以擴展數(shù)字化成果的應(yīng)用。侯妙樂認為，從實際問題出發(fā)到提出科學(xué)問題、找到問題思路、解決實際問題，這才是科研的正循環(huán)之路，“在這個過程中，很容易讓學(xué)生有成就感，增加自信心。成就感不是單純來自發(fā)表了一篇文章，而是在研究過程中真的解決了某個實際問題，對社會和工程一線有用。” ?

修復(fù)時光，串起中軸線上的“珍珠”

“中軸線是古都北京的脊梁和靈魂?！边@句出現(xiàn)在《讀城——中軸線》系列展覽中的話，曾讓侯妙樂很受觸動。 ?

也正是讀城系列展覽，侯妙樂對中軸線有了更多關(guān)注，“中軸線的核心和靈魂是時空。中軸線這個概念之所以出現(xiàn)就是基于時空框架下的一個概念。我們做測繪的人，最主要是做時空地理信息服務(wù)，那這與中軸線要如何結(jié)合呢？” ?

她關(guān)注到了中軸線上的石碑刻，“中軸線上的石碑刻在時空框架下，處于什么位置？如何演變的？和周邊的環(huán)境關(guān)系如何？” 侯秒樂是正陽橋疏渠記碑?dāng)?shù)字項目的帶隊教師之一，她長期從事文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護與虛擬修復(fù)研究，解決了文化遺產(chǎn)高精度信息留取、多層級表達、缺損區(qū)域定量化評估、智能修復(fù)及預(yù)測等關(guān)鍵難題，形成國內(nèi)首個自主研發(fā)的文化遺產(chǎn)虛擬修復(fù)系統(tǒng)。

項目暫時告一段落，侯妙樂的思考卻不曾停止。在她看來，中軸線申遺入選之后，其實是一個長期的研究過程，作為學(xué)者要不斷去研究、去挖掘新故事，讓更多的人了解中軸線、一起保護傳承中軸線，或者引導(dǎo)更多初中生、高中生進入項目，“大家一起做科研，同時培養(yǎng)我們的下一代。” ?

“華表半空經(jīng)霹靂，碑文才見滿埃塵?！碧拼娙藙⒂礤a在《漢壽城春望》中，描述了自己看到殘缺的華表、蒙塵的石碑時，對滿目衰敗的惋惜。 ?

千年之后的今天，借助于數(shù)字修復(fù)技術(shù)，北建大和北京市考古研究院的“時光修復(fù)師”們努力撿拾起散落的時光碎片，讓后人可以隨時隨地看到更多石碑石刻乃至文物古跡的“數(shù)字孿生體”，也讓塵封在千百年歲月中的歷史故事逐漸生動起來。古人的遺憾，或?qū)⒁虼说靡詮浹a。 ?

借助于先進的數(shù)字修復(fù)技術(shù)，北京建筑大學(xué)的師生和專家一起成功賦予正陽橋疏渠記碑新生。更讓人欣慰的是，文物部門也正在研究制定正陽橋疏渠記碑的詳細保護和利用措施，未來這件文物有望作為中軸線上的遺產(chǎn)點，與其他文物古建成片保護。 ?

北建大師生與中軸線的緣分也還在延續(xù)。今年夏天，他們將參與先農(nóng)壇地祈壇的數(shù)字修復(fù)。 ? 在侯妙樂看來，中軸線的特殊之處在于其歷史價值和文化價值，這些價值需要通過每一個細碎的科研成果來體現(xiàn)，“一個科研成果就像一顆珠子，所有的串起來就是一條漂亮的項鏈，就能更加打動人?！??

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