颅骨反映了亡者生前的状态,按照一定的原则,可以精确复原他的容貌.
撰文 林雪川、朱泓 插图 林雪川
颅骨复原是艺术和科学的完美结合。过去往往采用手工雕塑的方法，难以避免种种人为干扰；但从老山汉墓开始，中国科学家有了新的选择。
老山汉墓和它的女墓主曾经因为中央电视台的报道而名噪一时。2001年，这位西汉王妃的容貌经过手工复原，重现人间。在惊艳之余，人们也不免心生疑惑：这位深眼窝、高鼻梁的西域女性为何会安葬在汉墓之中？为了结束西汉美人的人种之争，2002年，吉林大学边疆考古研究中心决定利用计算机三维技术再次复原这位王妃的容貌。这是国内首次采用计算机技术复原古人，研究人员跃跃欲试。
历经两千年岁月流逝和盗墓贼的粗暴对待，颅骨已经出现严重变形。中心主任果断地决定拆开颅骨，重新组装还它本来面貌。于是，颅骨被小心地拆开、编号、无数次比对重组；研究人员整整一个月里都沉浸在这幅"拼图"里。成功复原颅骨后，终于轮到计算机三维技术披挂上阵。最终在荧幕上出现的是一位端庄的西汉美人，也是一位典型的中原女子。DNA检验结果最终证明了这一结果的正确性，有关墓主的人种之争终于盖棺定论。我国计算机技术在复原古人方面的应用迈出了第一步。时隔4年，吉林大学边疆考古中心的研究人员已经运用计算机技术成功地复原了多例古人容貌，可谓经验丰富。他们最近的任务是为桂林甑皮岩博物馆，复原甑皮岩遗址出土的史前人类。
到底如何从颅骨复原出古代人生前容貌的呢？科学工作者又是如何运用三维技术复原的呢？
从名人开始复原
从颅骨复原人像，是指根据人体头面部软组织及五官的形态特征与颅骨形态特征间的相互关系，科学地重现颅骨生前形象。
颅骨面貌复原起源于19世纪后半期，最初是为了证实一些"名人"的遗骨。19世纪90年代，依据音乐家巴赫的尸骨，工作人员复原了巴赫的头像。他们借助解剖学知识和雕刻刀，通过半身像来重现出他的容貌。这是世界上第一次用科学方法复原生前面貌的成功尝试。后来，这一技术得到重视和发展，不断有学者丰富复原理论，研究方法也逐渐成熟，特别是前苏联科学家格拉西莫夫(Герасимов)。他在研究本国多民族颅骨面貌复原的基础上，科学地总结并提出了较为全面、系统的理论和研究方法，著有《从头骨复原面貌的方法》一书，对技术发展起到了巨大的指导和推动作用。
格拉西莫夫的理论指出，尽管每个人的容貌各不相同，但都有其一定的规律。
首先，每个人的头面部都是由皮肤、肌肉、韧带等软组织包裹颅骨构成。颅骨是容貌的构架，五官和头面部的软组织附着在颅骨的相应部位上，形态受颅骨各部位形态和结构关系的影响和制约。
其次，头面部的软组织厚度，除颊部变化较大以外，其余部位比较恒定。
第三，面貌特征上的年龄变化和不同性别、不同种族的特征可以在颅骨上反映出来。
第四，成年人的颅骨个体形态比较恒定。
因此，根据这些固定的特点，用颅骨来复原亡者的生前容貌是可行的。这一点已经被百年来国内外的科学实践所证实。
具体的复原过程包括面部固有部复原和眼、鼻、口、耳等五官的复原两个部分。固有部是指遵循格氏理论可按软组织厚度复原的部分，它也是影响容貌整体外形的部分，这部分在不同人种和不同性别之间是基本恒定的，并可根据骨面的肌嵴发育程度进行相应调整。眼、鼻、口、耳的复原是根据颅骨上相应部位的具体形状和形式而定的，同时还要考虑到人种、性别和年龄的因素。
人类学研究在容貌复原中尤为重要，因为复原颅骨的形态观察和科学分析需要在掌握大量人类学知识的基础上进行。
首先要科学地得出颅骨年龄、性别、种族的鉴定结果。在这方面，除需要人类学家对骨骼标本进行观察、测量以确定其年龄的大小、男女性别以及人种的归属之外，必要时还要提取古人骨中的DNA来对人类学研究的结果进行检验。根据最终的鉴定结果选择相适应的复原用面部软组织数据。
再结合格拉西莫夫的从颅骨复原容貌中的理论，对颅骨进行进一步观察：根据眼眶的形式、形状，眶缘的锐利程度，泪囊窝的位置等分析出眼睛的大小、位置和具体形状。根据鼻骨、梨状孔、鼻前棘等的具体细节总结出鼻子的外部形状。根据上下颌牙齿的咬合情况、牙齿的大小、位置等推断出嘴部的外形。甚至耳朵的大小、形状也可根据下颏支的角度、乳突的大小、形状总结出来。另外，容貌上的一些细节特征(如皮肤上的皱纹等)，还要通过观察颅骨表面细节如肌嵴分布和多少，进行科学的推断。皮肤的颜色、毛发的形状、浓密程度等从颅骨上不能具体反映出来的因素，仍要根据人类学种族类型分析的结果而进行推测。
这些将为以后的复原工作做好先期的准备。
传统雕塑复原法
传统的复原方法需要制作出一个用来复原的颅骨复制品，将复制品固定在支架上；然后在软组织标志点位置用标柱标出软组织厚度，再将标柱间用条状雕塑泥按软组织厚度相连，不断加宽泥条的宽度，逐渐用雕塑泥按软组织厚度将颅骨整个覆盖住，这样便复原出面部固有软组织部分；然后根据颅骨的具体观察结果塑造出相应的五官。先复原一半面部，再做另一半，这样便于观察软组织与颅骨间的关系，也可左右相互对照。最后再根据需要加上毛发和装饰，这样就完成了整个复原工作。
整个复原过程不但要有丰富的人类学知识，还要求有很好的雕塑艺术基础。复原过程中涉及的人为因素很多，很难精确把握准确度，而且费时费力。
计算机三维技术参与复原
随着科学不断发展，新技术不断涌现，特别是计算机及其相关技术的发展，为颅骨面貌复原技术在方法上提供了更多选择。计算机辅助颅骨面貌复原已成为今天这个领域研究的热点话题。如我国西北大学计算机科学系的周明全教授，对此进行了较为深入的研究；国外的一些相关机构也有大量研究成果涌现。我们在总结多年传统雕塑复原法的基础上，结合计算机三维技术，对颅骨面貌复原的方法进行了计算机三维复原尝试，摸索出了一些经验。
利用计算机三维技术对古人骨进行容貌再现是一项以颅骨为基础，结合人类学、考古学、历史学、解剖学、计算机技术等相关学科，在计算机上科学地重现颅骨生前容貌的科研工作。
为了更好地开展计算机三维容貌复原工作，我们特别创建了一个面部数字三维模型素材库，预先创建了一个面部三维固有部模型的通用平台。这个平台基本是按照颅骨软组织的标志点在颅骨上的空间位置，利用三维多边形建模工具建造而成的(多边形建模便于模型的建造和修改)。还根据不同的人种、年龄和性别创建了众多特征不同的眼、鼻、口、耳三维模型，以便每次复原不同个体时可直接调用与复原个体特征相近的眼、鼻、口、耳三维模型，然后进行细部调整使两者完全匹配。这样可以减少不必要的重复建模，大大提高复原效率。
2002年,老山汉墓女性墓主人三维复原像
三维颅骨数据的获取、输入
准确地获取颅骨表面坐标点的数据是计算机三维复原的关键，获得这些三维数据的方法有很多种，比如三维立体扫描、CT断层扫描、核磁共振等等。我们在目前条件有限的情况下采用的是，根据二维多视角图像转换成三维造型的方式。这种方式虽然有人工成分，但完全不影响复原的准确性。当然，不论应用何种方式，体质人类学测量同样是不可少的。
颅骨的形状直接决定面部轮廓，数字方式获取的颅骨数据可直接在计算机中对其因保存不好而变形、缺失、破损的部位进行数字方式的调整和修复，准确、快速地恢复到颅骨正常解剖学形态，以便更好地进行容貌复原。这充分体现出三维容貌复原的强大优势。2002年，对老山汉墓女性墓主人进行的容貌复原中，因颅骨的保存不好，再加上当时修复、黏合的不准确，几处非人为变形又不能在这样珍贵的颅骨资料上直接进行修整，复原遭遇了一些困难。此前老山汉墓遗骸头像曾采用传统雕塑手法复原，从复原像的特征来看应属欧罗巴人种，当时推测汉代王妃可能是来自西域地区的胡人女子。这个结果在考古学界和历史学界引起了疑问和猜测。后来在吉林大学人类学实验室经过认真的重新黏接、修复，并在计算机中将颅骨图像上的变形进行了多处纠正，并提取其线粒体DNA进行了复核，确定她属于东亚蒙古人种，最后才客观地复原出其芳容，解决了由此所产生的问题。
头面部的三维复原
将素材库中的三维固有部复原平台调入，再将平台上的软组织标志点同三维颅骨上的相应各点一一对应，很好地贴覆在三维颅骨模型上。利用强大的三维工具在三维固有部复原平台模型的各个软组织标志点上，按已经选择好的软组织数据以数字方式进行了厚度的增加，形成了颅骨的三维面部轮廓造型。
从眼、鼻、口、耳素材库中分别调用标准的眼、鼻、口、耳三维造型，根据前面的分析结果，在计算机中应用三维软件的修改工具将它们分别同颅骨模型进行调整；然后将调整后的眼、口、鼻、耳三维造型同前面制作的三维面部造型分别进行"缝合"处理，形成一侧的容貌；对容貌模型进行镜像处理生成另一半；根据颅骨模型上所反映出的不对称程度进行细微调整；然后将左右两部"缝合"在一起；最后再进行整个容貌的细微修整和圆滑处理以完成容貌的造型。一个完整的面部便呈现出来。
整个复原过程非常直观，可直接观察颅骨与软组织与五官间的厚度、位置等关系，便于调整和修改。软组织厚度的增加是以数字方式直接输入，精确、快速。这都是传统雕塑复原法无法比拟的。
复原像的三维后期处理
复原好的三维面部模型的皮肤贴图处理仍要根据人类学的研究结果，按性别、年龄、种族选取适当的皮肤素材。根据需要可制作出非常逼真的皮肤贴图，可很好地体现出皮肤的色泽深浅、纹理走向和粗糙程度等。表现力大大超过了传统雕塑法。
复原像的装饰(衣着、饰品等)是依据历史与考古资料来决定的。比如2004年中心为内蒙古文物考古研究所复原的吐尔基山辽墓女性墓主人。墓中的随葬品极为丰富，为我们在为复原像添加发式和饰品衣物提供了大量详细的实物，大大丰富了复原像的表现力。
另外，复原结果以数字化方式储存，便于进一步的动画制作和三维展示，可应用三维虚拟技术进行三维互动展示，显示极强的展示方式。桂林市甑皮岩人复原后，将在博物馆多功能展示厅内重现复原的过程，加强参观者 对古人类和这种技术的了解。
技术的进一步延伸还可应用于古干尸的容貌复原。众所周知，古代干尸的表面覆有一层干枯的皮层，颅骨被包 裹其中，似乎不能用计算机来复原容貌。我们可用CT扫描仪进行扫描，甚至可以连同葬具一起进行。这样做不 但可以得到颅骨的一系列三维电脑图像，而且对重要文物资料还能得到完全的保护。广受关注的2004年全国十 大考古新发现之一的新疆小河墓地出土干尸的人像复原工作将以此种方法进行。
更精确、更客观、更生动
采用三维技术复原容貌，意义首先在于它和传统的雕塑法相比，更具有科学性和严密性，较少受操作者主观因 素的影响。以往的雕塑复原有很多的艺术和人为因素, 特别在软组织厚度的控制上不可能十分精确。而电脑复 原可以很精确地完成这项工作, 大大增强了复原工作的科学性。其次，就是研究的效率较高。过去用雕塑法进 行一例标本的复原研究至少要用一个多月的时间，而采用计算机三维技术只用一个星期甚至几天的时间就能完 成。工作效率的提高，可实现由单个体复原到多个体比较复原的转变。第三，从考古学、博物馆学等学科的需 求上看，用三维技术可以更直观、生动地向广大公众展示和宣传考古研究成果，扩展考古学的科普宣传力度， 增强宣传的效果。另外，整个复原过程完全在计算机中完成，真正达到了数字化，适应当今科技的数字化发展 的需要。
当然这项技术还有其不容忽视的局限性，还需要进一步完善：现在所依据的格氏理论还应不断补充，使之更加 完善。面部五官素材库还要不断丰富，使这项科研工作能够更好地发展。
来源：《环球科学》第三期
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