给兵马俑“做体检”

易伟同 祝磊

兵马俑是我国古代陶制文物的杰出代表，更是“世界八大奇迹”之一，其年代久远、制作工艺精湛，记载着重要的历史文化信息。那么，目前有哪些“黑科技”让兵马俑的保护更加科学化、精细化呢？让我们一起去看看如何用AI给兵马俑做“体检”吧。

三维激光扫描现场

三维激光扫描模型处理

兵马俑保护，

为何需要“黑科技”？

兵马俑作为历史悠久的陶制文物，距今已有2200多年的历史。自1974年兵马俑被发现以来，秦始皇兵马俑博物馆一号坑原址已修复并展示陶俑1500余件。

兵马俑的重量和体积较大、形状复杂，传统的观察、拍照等方法很难精确地刻画出俑体的细节特征；而且陶俑质地脆，容易产生残断、酥粉、裂纹、结晶盐等多种病害；加之其所处环境复杂多变、不可控制，在传统的展示过程中，需要多次接触、搬运，这使得兵马俑的整体结构存在被二次伤害的风险。

随着信息技术的飞速发展，三维激光扫描、有限元模拟、3D打印和人脸识别等技术使兵马俑整体结构保护有了突破。

兵马俑的有限元模拟

三维激光扫描：

給兵马俑拍个“立体照”

三维激光扫描，是一种利用激光测距原理，通过获取被测物体表面大量的点的三维坐标、反射率和纹理信息，对物体进行数字化复建的技术。高精度的三维扫描仪可实现0.1毫米分辨率级别，无须接触，就能准确测量兵马俑的每一个部位、每一处形状轮廓以及纹理细节。扫描后的信息被实时传输至计算机，最终形成兵马俑的“立体照”，从而有效反映出兵马俑的破损部位和破损程度。

三维激光扫描完成后，形成的初始数据是一系列“点”的集合，称为“点云”。初始的点云模型，点和点之间尚未形成联结，因此不能直接用于后续研究。此时，需要对点云模型进行实体化操作，即从“点”到“线”，再从“线”到“面”和“实体”，该实体化模型即可用于后续研究了。

有限元模拟：

为兵马俑开个“药方”

有限元模拟，是一种利用数学方法对物体受力规律进行近似求解的方法，尤其适用于形状复杂的物体。它将物体“切分”成若干个小块，计算出每个小块的受力后再合并，从而得到物体的整体受力情况。

兵马俑就像一个个站立的将士，但它们也有容易出现“伤病”的薄弱部位。利用三维激光扫描及处理后的兵马俑实体化模型，再通过有限元模拟软件计算，便可准确发现这些薄弱部位，从而“对症下药”，重点对薄弱部位进行保护。

3D打印和人脸对比 

让兵马俑保护变得更有趣

3D打印是一种快速成型的技术，又称为“增材制造”。它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料、光敏树脂等可黏合的材料，通过逐层打印的方式来构造物体。

在兵马俑保护方面，研究人员借助前期三维激光扫描的模型，打印出形态逼真的“小号”兵马俑形象。将这些形象用于科普和展示，不仅减少了对兵马俑实物的直接接触，还能更好地推广兵马俑文化。

兵马俑人脸对比则是一个极具趣味性的小程序，它结合了人工智能的科技感和传统文化的艺术感。该程序应用人脸识别算法，通过提取人脸几个关键特征（包括脸部的长度和宽度，眼睛、鼻子、嘴之间的相对位置关系），将这些关键特征和兵马俑的脸部数据库进行对比，找出和人脸“最像”的兵马俑。看着这些和自己相近的兵马俑，仿佛有一种穿越到古代的感觉。

给兵马俑“做体检”，就是给文物保护插上了科技的翅膀。在这个过程中，科技不再是一系列枯燥的模型和无味的公式，也可以变得如此有趣！

人脸对比

（责任编辑 / 高琳  美术编辑 / 周游）