还记得英国广播公司播放的大型纪录片《秦始皇陵的惊天秘密》吗？在纪录片中，一位手握三维扫描仪的科研人员正在对新出土的文物碎片和颅骨遗存进行扫描，而这位科研人员就来自西北大学。他究竟在干什么？今天，就让西北大学信息科学与技术学院教授，文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心主任，国家级教学名师、博士生导师耿国华，以及从事文化遗产数字化建模和数据处理的西北大学信息科学与技术学院讲师、西北大学文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心研究人员李康博士，为您揭开神秘的面纱。

科研人员“撩开面纱” 秦代侍女露真容

 “之所以这具女性骨骼备受关注，是2016年秦始皇陵二号坑最新发掘出土的遗存之一。相对于其他出土的颅骨遗存，有两个特殊之处，一是坐葬，二是经过秦陵专家对这组骨骼分析后得出结论：她们都为秦代人，且入葬时年龄普遍偏小，约在15-20岁之间。综合考察后推测，可能是秦代侍女的骨骼。”李康说。

耿国华带领的西北大学文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心的科研团队通过一系列的技术手段，对秦代侍女的颅骨进行了颅面复原。出土的颅骨首先交由秦陵专家进行保护处理，随后由中心科研人员在出土的这一组女性骨骼之中挑选出了“颅骨部分保存状态相对较好”的一具。

 “所选的这具颅骨的右眼眶部分骨骼缺失，颅骨上还分布着许多大小不一的孔洞，下颌部分的骨骼缺失，颅骨的整体完整度较低，但这已经是这组骨骼中颅骨部分保存最完整的一个了。”李康说。选定颅骨后，科研人员和秦陵专家共同对其进行了数字化。科研人员通过使用手持式激光三维扫描仪对颅骨进行扫描，从而获取了准确反映颅骨表面几何形态的三维点云和表面颜色数据，经过后期封装和虚拟拼接，完成颅骨的三维建模，并以此为基础对该颅骨生前样貌进行复原。

李康向记者说：“由于颅骨遗存已经进入文物仓库，为了便于秦陵专家对颅骨的进一步分析和研究，我们使用真彩色三维打印机对颅骨进行了实体重现。打印比例为1：0.75，虽然大小不同，但是它们的表面结构及相对比例是完全一致的。”最后一步是科研人员将扫描所得的颅骨数据与工程中心自有的现代人颅面数据库的信息进行比对，最终还原秦代侍女的面貌。

什么是现代人颅面数据库

什么是现代人的颅面数据库？李康说，是由耿国华教授带领的西大工程中心的科研人员，通过CT或者三维扫描采集并三维重建的2000多名现代人的颅面数据经过整理之后建立起来的数据库。

　　耿国华说，西北大学开创了“国内现代人颅面数据库”的先河，我们所建立的数据库是中国乃至世界最大的一个，也可以说是最具代表性的一个。目前数据库还在不断地扩大中，因为采集的数据越多，覆盖的地区越广，我们的颅面复原会越准确。

有了现代人的颅面数据库，如何比对复原古人面貌呢？耿国华介绍，通过对于古人颅骨的“碳14”鉴定和人类学分析，我们能够推断出其入葬时的年龄范围，然后从现有的现代人颅面数据库中提取出与其相同年龄段人的软组织厚度，并以此为依据复原古人面貌。这种“颅面复原技术”是我们同北京师范大学虚拟现实教育部工程研究中心联合研究的。

颅面复原技术的突破和意义

耿国华说，颅面复原技术突破的关键是建模和处理过程。过去的颅面复原是用针扎在死尸样本上，获取颅面的软组织厚度，再通过泥塑得到复原面貌，这一般需要专家根据经验制作成。现在，我们利用CT或三维扫描设备对颅骨数字化，基于现代人数据库来复原面貌，更加科学准确。这是一种技术进步，也是一定程度上的解放。复原方式并不是艺术家的创造，而是基于大量现代人颅面科学数据的基础构建统计模型，对颅骨对应面貌进行复原，所以复原后的样貌相对于传统人工复原样貌来说更加科学和准确。

什么是颅面形态信息学

记者了解到，“秦代侍女的颅面复原”已经不是西北大学文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心的第一次尝试了，在此之前他们还曾成功复原过唐高祖李渊第五代孙女——李倕公主的面貌。

耿国华告诉记者，“秦陵颅骨面貌复原”其实只是他们所研究的“颅面形态信息学”研究在考古领域中的一个应用，这不仅仅是为了“复原著名古人颅面”，更是为考古学家进一步的研究提供技术条件。

颅面形态信息学是运用计算机技术研究数字化颅骨与面貌的形态结构、变化规律、相互关系的科学，与多领域应用结合形成了基于颅骨的面貌复原工程、身份认证工程、数字化头颅修复工程，属计算机应用新技术。我们的研究基于国人颅面数据库的颅面科学系统研究，揭示了人种及民族的体质人类学特征差异，突破了传统人类学研究方法主观性强、数据量小的局限，有效支持身份认证、颅面复原、颌面医学的应用。

 “出土的文物经过基本的修复和保护之后一般都会进行展出或入库，所以没法长时间放置在实验室中以供考古学家研究。而三维数字化设备可以帮助考古学家在计算机中保留一个与真实文物1：1高精度的虚拟三维实体。考古学家后期的研究或分析都可以在虚拟的三维数据集的基础上完成，而不用直接接触文物。处理完成之后还可以将虚拟数据利用三维打印技术呈现出来，实现一个‘实→虚→实’的过程。”

利用“颅相重合”技术进行身份认证

 “我们与公安部物证鉴定中心的合作已有20年了。”耿国华说，“源于‘九五’科技攻关期间公安部提出的科研项目。为了辨认无名尸骨的身份，应用我们的颅面复原平台，利用‘颅相重合’技术进行身份认证。”

 “这项技术在公安机关报送的无身源颅骨面貌复原68例中得以成功应用。”耿国华略显自豪地介绍。“身份认证”是“颅面形态信息学”三大应用领域之一，为公安部的刑侦工作提供重要帮助。例如：调查无名尸骨的身份时，可以将三维颅骨数据同失踪人口库中每个人的身份证照片进行比对，有效缩小排查范围，并且能够在一定的疑似范围内确定目标。这项技术在医学方面也大有作为。例如：整容、先天性面部缺陷的修复等等。

据了解，除了开展颅面形态学相关研究和应用外，工程中心还以信息技术的前瞻性研究为基础，联合现代考古新方法，以中华文化遗产数字化传承、保护与传播技术的研发与工程化为主要目标，发挥陕西省、西北大学在文化遗产资源和保护技术科研方面的传统优势，联合秦始皇帝陵兵马俑、陕西省考古研究院、陕西省文物保护研究院等单位开展文化遗产数字化保护相关研发和应用工作。主要开展了文化遗产数字化、发掘现场和文物三维建模、文物虚拟修复和复原、考古信息数字化管理和服务以及基于虚拟现实的考古场景和文物虚拟重现等领域关键技术和应用平台的研究工作。

本报记者王嘉 通讯员申一杨李琛