北京中轴线申遗成功无疑是我国文化遗产的又一重要时刻。对于从事文化遗产虚拟修复工作18年有余，现已是北京建筑大学测绘学院副院长的侯妙乐而言，更具有不一样的意义。
数字技术加持，让中轴线文物“重焕新生”
北京中轴线位于北京老城中心，纵贯老城南北，由钟鼓楼、故宫、天安门广场及建筑群、天坛等15处遗产构成要素组成。自2022年起，侯妙乐便带领团队开始参与中轴线虚拟修复相关工作。
从最初研究石碑刻碑文智能识别与虚拟修复技术，在正阳桥疏渠记碑上应用，重现碑文；到先农坛地祇坛的数字复原；再到万宁桥的数字复原，团队打造了一种“现场测量、历史研究、数字复原和保护利用”的数字化保护与活化利用新模式。
侯妙乐带领学生开展中轴线虚拟修复现场工作 供图：侯妙乐
在众多工作中，侯妙乐对于万宁桥的数字复原印象最为深刻。 当时，为了找到虚拟修复对象，侯妙乐带着学生以实践团的方式进入中轴线复原工作中。“特别感谢北京市考古研究院的张涛老师，他给了我们师生团队参加万宁桥复原的机会，也给了我们特别多的指点和帮助。我们组建了跨学科的团队，开展了一系列工作。”侯妙乐回忆道。
从进行文献整理、扫数据、建模型、再到后续工作，还有每天晚上雷打不动的线上研讨会，就这样坚持了一个多月。为了在没有行人的条件下获得更好的万宁桥点云数据，需要清晨五六点钟到达万宁桥……从7月15日到8月25日，实践活动最终顺利结束。
一次不计成本的坚持换来了意想不到的科研创新思路。通过这一项目，团队完成了万宁桥数字复原信息的全方位留取、实现了监测采集数据与模型的同步、开展了对万宁桥近几百年的环境监测记录（尤其是中轴线申遗12年来的变迁）、修复了澄清上闸、镇水兽……“项目结束的时候，所有学生都很开心，做成了一件真正有意义的事情，当时吃的苦好像也不算什么。”侯妙乐表示。
对于侯妙乐的学生杜斌豪来说，这一次经历也久久难以忘怀。“我们当时连续开了11天腾讯会议，侯老师和张老师每天都全程参加，听每个小组的汇报，一一进行点评，再指出我们的问题，并安排下一步工作。对于每个小组而言，每天的工作量已经很大了，可想而知侯老师和张老师的工作量。可项目完成后，我们不光增强了文化自信，深深感受到民族自豪感和自信心，也对自己充满了自信，觉得我们有能力讲好文化自信的故事，也有能力让国家变得更好。”
对文物进行“语义”复刻
那么，侯妙乐团队开展的虚拟修复工作到底是什么？ “简单来说，我们的工作就是把真实的文物搬到数字世界，给文物在数字世界建造一个孪生体，然后在其基础上对缺失或者缺损部位进行虚拟修复。”侯妙乐解释道。通过虚拟修复，不仅可以为文物本体的修复提供参考依据，也能让文物不同时期的辉煌再现，变得更加鲜活。通俗而言，虚拟修复能够让文物在数字世界重获新生，真正“活起来”。
以中轴线修复相关工作为例，侯妙乐希望，针对地祇坛的数字复原能成为场景复原的典型案例，而针对万宁桥的数字复原能成为基于语义化本体复原的典型案例。“万宁桥现在的桥体上有元、明、清三个朝代和近代修复的痕迹，我们希望在同一个模型上，展现出4个时间维度下万宁桥的不同特征。我们甚至可以假想，把它复原成4种效果，即全用元代修复是什么感觉，全用现代修复是什么感觉……”侯妙乐表示。
在虚拟修复工作中，最重要的便是找到虚拟修复的依据。 不同于近期爆火的游戏《黑神话·悟空》中通过实景扫描，对古建筑、塑像和壁画等实现复刻和再 现，侯妙乐及团队不仅要对文物进行纹理（几何和形态）上的复原，还需要对文物进行“语义”的复刻。 “‘语义’就是要找出修复对象描述的是什么，发生过什么故事。 ”侯妙乐解释道。
在虚拟修复前，首先要判断修复对象进行科学虚拟修复的可能性有多大，即能不能找到可靠的虚拟修复依据。理想模式下，文物保存状态比较好，仅缺失少部分，就能够根据文物本身的一些特征进行复原；但在保存状态没那么好的情况下，则需要从历史记载、照片、文字等资料中找出文物的纹理、空间特征形态、语义信息等，再进行复原。
“我们不能靠主观臆断进行虚拟修复，必须要找到科学修复依据，且对这些依据进行定量化的表达，基于这样的虚拟修复才有可靠性。”侯妙乐表示。
找到虚拟修复依据就像“开盲盒”
在侯妙乐看来，文化遗产是人类文明发展的浓缩和凝结，虚拟修复则是对人类文明发展过程在文化遗产上浓缩过程的再现。每一个文化遗产的虚拟修复能找到的修复依据都不相同，更像是“开盲盒”。
“有的时候你一下就能找到虚拟修复的依据，可有的时候就很难。它没有万能的公式，已有的成功经验没法套在所有的文物上。”侯妙乐表示。“就像我们从2006年就开始，并延续至今的千手观音虚拟修复工作。”
在做千手观音的修复时，侯妙乐及团队以“对称相似手”为依据展开修复。当时，他们发现整个观音的手以中间轴为基础，向两边发散对称，所以便有了“对称相似手”的概念。而开始修复时，由于复刻的技术条件没有现在先进，基本都是通过手动量算，工作开展难度较高。
“我们要找出最相近的手作为修复依据，如果不相近，则要把现存的800多只手中400多只完好的、有5根手指的模型找出来，然后推断缺失的长度，并进一步进行推算。”侯妙乐解释道。
此外，“虚拟修复工作时间还受到目标体量大小、数字复刻时间长短、缺失部分再现的工作效率等因素影响，每次都是不同的经历。”侯妙乐补充道。
无限趋近文化遗产原本的样子
走进北京建筑大学的校园里，很难不被1:1复制的云冈石窟第十八窟（以下简称十八窟）所吸引。洞窟高约17米、主佛高15.5米，不仅高度宽度等特征与原洞窟相同，连细节艺术特征甚至神态都进行了完全复制。走近观察，扑面而来的历史厚重感仿佛一下把人拉回到当时的时代背景中。
位于北京建筑大学内1:1复制的“云冈石窟第十八窟” 摄影：贾朔荣
为了完成这个国际首例超大型石窟1:1高精度模块化复制工程，北京建筑大学与云冈石窟研究院共同组建了包括建筑历史、建筑艺术、测绘、材料、结构、现代制造、监测监控等在内的多学科交叉协同创新团队，侯妙乐便是其中的重要参与者之一。
十八窟进校园前经历了两个多月的数据采集、配准降噪、算法研究、三维模型生成、3D打印等过程，同时，装配参照了建筑领域的榫卯结构，能实现反复拆卸，让佛像变得“可移动”；此外，团队还考虑到抗震防风等技术问题，并使用了高保真涂料，让文物能够真正实现长久保存。
侯妙乐（右一）与敦煌研究院原院长樊锦诗先生（中间）、云冈研究院时任院长张焯先生（左二）、大足石刻研究院时任院长黎方银先生（右二）、北京建筑大学首席教授李爱群（左一）等团队成员在“十八窟复制品”前合影 供图：侯妙乐
十八窟复制工程更像是侯妙乐多年工作的一个缩影，从潜心研究默默无闻，到“一招”亮相惊艳现身。踏入文物虚拟修复领域18年来，侯妙乐先后参与了大足石刻千手观音的数字修复、十八窟进校园、中轴线地祇坛和万宁桥的复原等重要工程。而繁忙的科研工作并没有让她放弃教学，于她而言，不带学生，科研思想就无法延续和深化。她开设的“中国文化遗产保护与修复”通识课更是深受学生喜爱。
2016年，北京建筑大学经批准建设“建筑遗产精细重构与健康监测实验室”，目前由侯妙乐担任实验室主任。发展至今，实验室已拥有三维激光扫描仪、关节臂测量系统、航空摄影仪、地形微变远程监测仪、高光谱成像光谱仪等设备，针对建筑遗产数字化保护关键技术问题，开展应用基础研究、新技术研发和人才培养。
侯妙乐参加行业论坛并发言 供图：侯妙乐
一路走来，侯妙乐深刻感受到北京市科协给予的支持与帮助。“通过北京市科协的推荐渠道，我先后获得‘第二十一届茅以升北京青年科技奖’和‘青年北京学者’。同时，市科协也为我的团队提供了宣传展示的机会和交流平台，以及跨学科合作契机。”侯妙乐表示。
面向未来，侯妙乐仍将尝试不断打开新的“盲盒”，与此同时，她也希望凭借自己的力量实现数字修复从应用到方法再到理论体系的构建。对于整个行业，她则希望虚拟修复能成为跨学科的专业，培养更多复合型人才，并吸引更多专家学者进入这一领域。“当很多人都来做文化遗产虚拟修复，我觉得我们的总和就可以无限趋近文化遗产原本的样子。”侯妙乐表示。
制作：北京市科协融媒体中心
记者：贾朔荣