寻秦记

2024年11月，在西安交通大学开赛的第十四届“挑战杯”秦创原中国大学生创业计划竞赛全国决赛中，来自北京建筑大学“寻秦记”项目组的同学们一举拿下金奖。运用算法，他们让秦兵马俑的修复工作变得更加高效、精确。作为对传统工艺的补充，这不仅为西安的文化遗产保护工作注入新的活力，也为“博物馆之城”建设提供了强有力的支撑。

兵马俑拼接的堵点

第一次见到秦兵马俑碎片时，我几乎不敢相信自己的眼睛。我实在无法把眼前这些支离破碎的陶片和我印象中拥有威武雄壮的军容、坚不可摧的阵势以及设计精良的武备，号称“世界第八大奇迹”的秦兵马俑相提并论。眼前的这些残片实在太细碎了，有的甚至不足1克。如果把它们放到土堆中，我想普通人应该很难看出有什么特别之处。

然而，秦始皇帝陵博物院的工作人员告诉我们，秦兵马俑刚刚出土之时，由于遭遇焚毁劫掠，加上2000多年的覆土重压以及受地下水和各种盐类的腐蚀，所有的陶俑均受到了不同程度的破坏，它们是以几乎“粉身碎骨”的状态面世的。50年来，为了让这支沉睡了2000多年的“地下兵团”能完整清晰地呈现在世人眼前，无数考古专家为此付出了巨大的时间和心血。

由于碎片和残件太过散碎，当时考古人员要用铁筛子，如同沙里淘金般，一遍又一遍将泥土上筛，把所有部件收罗齐全。而将这些零碎残破的陶块修整复原成体高身重的秦兵马俑，就更不易了。工作人员要先利用旧铁钉、废锯条等充当工具完成陶块的初步清洁工作，再采用残砖、破瓦试验黏接效果：黏接小块时利用木箱、砂土作固定器，拼接大块时则用麻绳、木棍绞紧捆牢。为了使修整复原后的秦兵马俑保持原样不走形，他们必须保证每一黏接处都严丝合缝。秦兵马俑的碎块多，不可能一次全部黏接好，必须由小拼大、由脚到头，如拼积木般，一点点逐步黏接……目前已发掘的秦兵马俑来自3个大小不同的俑坑，这些俑坑总面积近2万平方米，坑内共有同真人、真马大小相近的陶俑、陶马约8000件，实用兵器数以万计，可以想见文物修复工作难度之大。

在调研中，我们了解到在秦兵马俑考古发掘的这50年间，为了将一堆堆的残件、碎片拼接、修复成型，其修复手段先后历经了从手动纹理比对到图像技术辅助，再到点云三维扫描的技术革新。但目前文物修复专家依然面临着残片数量多、拼接周期长、自动化程度低等挑战，且现有技术并不能有效解决上述问题，这是严重阻碍秦兵马俑拼接修复进程的堵点之一。

点云拼接法

我所在的北建大学生创新团队的核心能力，是通过对PointNet++深度学习网络的运用，对大量点云数据进行预处理，从而筛选出关键的缺口点云数据。通过对数据的“减肥”，我们能将原本的50万点云数据缩减到500点，兼顾了运算时间与准确率。不曾想到，这一创新技术在文化遗产保护中也能展现出巨大的潜力。

为了解决秦兵马俑残片拼接这一世界级难题，自2020年起，我们组建“寻秦记”项目团队，与秦始皇帝陵博物院建立了长期合作关系。我们多次到秦兵马俑考古现场开展调研，前后采集了1200块残片信息，建立了秦兵马俑残片数据库。4年间，在各类算法的不断试错、优化、推翻、重建后，我们提出了一种成熟的秦兵马俑残片自拼接算法，通过深度学习与顶峰淹没搜索算法相结合的点云拼接方法，大幅提高了拼接效率和准确性。

这套算法的基本原理是先固定住一个残片，然后用另一个残片旋转靠近，寻找最佳拼接位置，最后以点云平均间距来判断拼接结果。与现有技术相比，我们的技术具备用时短、应用范围广、拼接效果好的优势。它的包容性比较强，不仅可以拼秦兵马俑，理论上来说只要是需要拼接的碎片，我们这个算法都能够拼。

“寻秦记”项目的技术突破，为秦兵马俑的修复和保护提供了新的可能性。通过深度学习网络对点云数据的预处理，我们能快速识别和匹配秦兵马俑残片，这极大地缩短了拼接周期，提高了拼接的自动化程度。这种方法不仅减少了对专家的依赖，也降低了修复成本，使得更多的秦兵马俑能够得以复原，为公众提供了更完整的参观体验。

让文物“活”起来

目前，我们团队的算法已经成功运用到2套秦兵马俑残片拼接工作中，有效解决了关键残片拼接困难的问题，得到了秦始皇帝陵博物院文物保护部夏寅主任和文物修复专家兰德省老师的高度评价。此外，我们还建立了秦兵马俑残片数据库，为日后实现整俑拼接奠定基础。2024年，团队受邀参加了秦兵马俑考古发掘50周年暨秦始皇陵大遗址保护研究国际会议，并参与完成了《保护修复报告》第七章节。2024年11月，在西安交通大学开赛的第十四届“挑战杯”秦创原中国大学生创业计划竞赛中，我们的项目“寻秦记——基于智能算法的秦俑残片自拼接技术”一举拿下大赛金奖。

再次来到秦始皇帝陵博物馆，当看到披坚执锐、威武雄壮的秦兵马俑组成的秦代军阵展现在我眼前时，我仿佛回到了2000多年前秦国吞并六国统一天下的激烈厮杀场景中。那一刻，除了震撼，我更油然而生出一种民族自豪感。我深深体会到，文物不仅是历史的见证，承载着民族记忆与文化基因，也是城市文化身份和历史连续性的重要体现。保护文物，就是保护城市的“文化灵魂”，它让城市在现代化进程中不失其根，不忘其本。

未来，我和团队的同学将继续探索和创新文物保护的新技术和新方法。通过不断引进新技术、新设备和新方法，提高文物保护的效率和质量。无论是秦俑、汉俑、瓷器……相信我们一定能让更多的文物“活”起来。

（戚正浩，北京建筑大学土木水利专业2023级硕士研究生，“寻秦记”团队项目负责人）

责任编辑：刁雅琴