坐在爸爸的自行車前座，一路從天安門到故宮，再沿南長(zhǎng)街、北長(zhǎng)街一路向北，再到后?！诒本┙ㄖ髮W(xué)研二學(xué)生李淑陽(yáng)的童年記憶里，中軸線是從爸爸臂彎里看到的世界，紅墻、綠瓦、琉璃頂，獨(dú)具韻味。

彼時(shí)的她不會(huì)想到，未來(lái)的某一天，自己會(huì)與北京中軸線上的一座石碑發(fā)生奇妙的關(guān)聯(lián)。

作為土生土長(zhǎng)的北京人，李淑陽(yáng)從小就有很多接觸古建筑的機(jī)會(huì)。更是因?yàn)橄矚g古建筑，加上對(duì)文化遺產(chǎn)保護(hù)的好奇，填報(bào)高考志愿時(shí)，李淑陽(yáng)就選擇了北京建筑大學(xué)的遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。

2022年暑假，在北京建筑大學(xué)測(cè)繪學(xué)院教師侯妙樂、董友強(qiáng)等多位教師和北京市考古研究院的專家學(xué)者的指導(dǎo)下，李淑陽(yáng)和十幾名北建大學(xué)子一起，研究碑文智能識(shí)別與虛擬修復(fù)技術(shù)，并在正陽(yáng)橋疏渠記碑上應(yīng)用，重現(xiàn)碑文，揭開這座散落在北京中軸線上的石碑的神秘面紗，也為中軸線各遺址點(diǎn)石碑石刻保護(hù)提供技術(shù)借鑒與支持。

正陽(yáng)橋疏渠記碑“藏”于紅廟街78號(hào)平房群中。新京報(bào)記者 李木易 攝

尋根溯源，找到一座石碑的前世今生

天壇西北角的紅廟街78號(hào)平房群里，“藏”著一塊石碑。

在蜿蜒曲折的胡同里，穿過一條最窄處僅容一人通過的小巷，看到一圈上了鎖的鐵柵欄，便能找到石碑所在。

這座隱于市井的石碑名為正陽(yáng)橋疏渠記碑。鮮為人知的是，它曾是天橋“雙碑”之一。另外一座石碑如今就在與它直線距離不過5公里的首都博物館。游客們?nèi)绻粜?，?huì)在首博的東北角找到乾隆御制碑《帝都篇》《皇都篇》方碑，從四周到石碑頂部都有特制的玻璃防護(hù)，被譽(yù)為“鎮(zhèn)館之寶”。

受歷史因素和現(xiàn)實(shí)條件的影響，正陽(yáng)橋疏渠記碑一直留在了紅廟街，在此度過百余年的時(shí)光，底座都已被埋了一米多深。

2022年夏，北京建筑大學(xué)測(cè)繪學(xué)院教師董友強(qiáng)看到這塊碑時(shí)的第一反應(yīng)是，“有點(diǎn)兒破。”這也是不少人看到石碑時(shí)的第一印象。而北建大團(tuán)隊(duì)要做的，是讓正陽(yáng)橋疏渠記碑在數(shù)字世界里煥發(fā)新生。

董友強(qiáng)是此次數(shù)字修復(fù)石碑石刻的項(xiàng)目帶隊(duì)教師之一，主要從事攝影測(cè)量和遙感領(lǐng)域，此次數(shù)字修復(fù)石碑的關(guān)鍵技術(shù)三維重建技術(shù)即是他的研究方向之一。董友強(qiáng)曾和團(tuán)隊(duì)老師專家一起帶領(lǐng)學(xué)生多次探訪正陽(yáng)橋疏渠記碑。

對(duì)于團(tuán)隊(duì)里的很多學(xué)生而言，以前多是隔著博物館的玻璃觀察石碑石刻，這是他們第一次如此近距離地看到石碑本體。大三學(xué)生韋泓媛說(shuō)，“在現(xiàn)場(chǎng)看到它，離它這么近，有一種歷史的滄桑感?！?/p>

對(duì)正陽(yáng)橋疏渠記碑的修復(fù)先從追溯歷史開始。

“不論怎么修復(fù)，首先都要對(duì)石碑的背景知識(shí)進(jìn)行調(diào)查，了解它的歷史沿革。”董友強(qiáng)表示，無(wú)論是對(duì)文物本身的修復(fù)，還是虛擬修復(fù)，最終都是要實(shí)現(xiàn)文物的保護(hù)與文物價(jià)值的傳播。

正陽(yáng)橋疏渠記碑有什么價(jià)值？碑文記載了哪些內(nèi)容？石碑石材是什么？來(lái)自哪里？從古至今其位置發(fā)生了哪些變化……一連串的問題堆疊，李淑陽(yáng)和兩位本科生一起，開始查閱資料、向?qū)＜仪笞C，試圖在數(shù)字修復(fù)前厘清一切。

正陽(yáng)橋疏渠記碑原址位于天橋十字路口東北方，同治年間被遷移至北側(cè)弘濟(jì)院內(nèi)，記述內(nèi)容為乾隆五十六年治理天橋南河道工程。

清朝初年，天橋附近的水往東經(jīng)金魚池、狀元橋、紅橋、窯坑（今龍?zhí)逗┖蟪龀?，天橋南一帶因地?shì)低洼到夏天雨季經(jīng)常積水，乾隆五十六年在天橋以南地區(qū)疏浚水道。因這次疏渠成效顯著，故乾隆皇帝親書為記。

史料記載，正陽(yáng)橋疏渠記碑建于清乾隆五十六年（1791年）。碑體為方柱形，南向，高約8米，各面寬均為1.45米，頂部有四角攢尖式的碑蓋，四脊各雕一龍，龍昂首曲身，似欲騰飛狀，輻輳于寶頂。碑下為束腰須彌座，浮雕出覆、仰蓮瓣及云、龍、菩提葉等紋飾。碑額和碑身四周有龍紋邊飾，碑四面分別為兩面漢文、兩面滿文的碑文，正面上首為漢字題名“正陽(yáng)橋疏渠記”，為清乾隆帝親筆手書楷書，記述乾隆五十六年治理天橋南河道（龍須溝）的工程。

若可以穿越，或許能站在天橋上，在熙熙攘攘的人群中，看到在天橋兩側(cè)巍峨高大的兩座石碑，說(shuō)不定還有人大聲讀著碑文，身邊一眾圍觀者小聲議論著以后總算沒有了夏季積水的煩惱。

漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，曾風(fēng)光無(wú)兩的正陽(yáng)橋疏渠記碑漸漸失去了往日神采。但研究依舊有意義。

碑文記載的北京水道情況，對(duì)研究北京地理和歷史變遷有重要的價(jià)值，是研究清代治理北京河道的少有的第一手資料。同時(shí)為考察當(dāng)時(shí)的風(fēng)俗民情、政治禮制、河道治理工藝等角度研究其發(fā)展史提供了重要的文物資料。

而且，石碑也是北京中軸線歷史變遷的實(shí)物見證?！罢麄€(gè)中軸線上，現(xiàn)在能看到的遺產(chǎn)點(diǎn)是14個(gè)，但實(shí)際上包括正陽(yáng)橋疏渠記碑在內(nèi)的很多文物，都是歷史上中軸線的遺產(chǎn)點(diǎn)，只不過因?yàn)楦鞣N原因不在原來(lái)的位置，或者消失了。”北京市文物局下屬單位北京市考古研究院科技保護(hù)研究室主任張濤曾如是說(shuō)道。

細(xì)致“體檢”，將石碑“搬”到電腦上

2022年夏，8月的北京，秋老虎威力不減，北建大的師生們和專家一起來(lái)到了紅廟，再一次進(jìn)行數(shù)字化采集。

這也是數(shù)字修復(fù)的重要前提，要用各類設(shè)備對(duì)石碑進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與作業(yè)，比如電子顯微鏡、熱紅外掃描儀、回彈儀等手持設(shè)備、XRF熒光光譜分析儀、高精度相機(jī)等等。數(shù)字化采集的過程也是對(duì)石碑進(jìn)行一次“體檢”。

北京建筑大學(xué)學(xué)生在利用各種儀器為石碑做“體檢”。新京報(bào)記者 李木易 攝

“咔噠咔噠咔噠”，回彈儀在石碑底座上被不停地摁下再?gòu)椘穑l(fā)出清脆的響聲；變焦攝像機(jī)的鏡頭不斷變化，一張張高精度的照片記錄下了石碑每個(gè)面的狀況……韋泓媛和小伙伴們?cè)诶蠋焸兪职咽值闹笇?dǎo)下，使用專業(yè)儀器測(cè)量、記錄正陽(yáng)橋疏渠記碑的表面病害情況。

體檢發(fā)現(xiàn)，正陽(yáng)橋疏渠記碑文物本體現(xiàn)狀保存基本完整，但由于長(zhǎng)期暴露于室外，存在明顯的風(fēng)化、剝蝕痕跡；局部出現(xiàn)嚴(yán)重裂痕、殘損缺失情況；碑座局部有水泥填補(bǔ)痕跡。碑體表面粉化，碑身局部被墨跡污染，碑身底座受植物病害。受周邊地坪抬升影響，須彌座幾乎全部被掩埋。

“我們來(lái)之前對(duì)石碑有一個(gè)宏觀的了解，知道它有哪些病害，但并不知道病害到底位于什么位置，或者為什么會(huì)在這一面而不在那一面，為什么這個(gè)面會(huì)比其他面風(fēng)化嚴(yán)重。”韋泓媛在前期的資料搜集中，了解了正陽(yáng)橋疏渠記碑的歷史和基本情況，實(shí)地探訪則給了她一次解答心中疑惑的機(jī)會(huì)。

“現(xiàn)場(chǎng)看到石碑的風(fēng)化狀況，感覺比我想象得還要更嚴(yán)重一些。”韋泓媛仔細(xì)觀察著石碑的位置，試圖解答自己心中的疑惑：石碑不同側(cè)面的風(fēng)化情況與外在環(huán)境有關(guān)，而北京夏天多是東南風(fēng)、冬季多是西北風(fēng)，這些都有可能導(dǎo)致相應(yīng)側(cè)面風(fēng)化程度更重。

北京建筑大學(xué)學(xué)生在采集石碑的三維數(shù)據(jù)及影像。新京報(bào)記者 李木易 攝

研二學(xué)生國(guó)洲乾則負(fù)責(zé)石碑三維數(shù)據(jù)及影像采集。“就是用相機(jī)垂直于石碑面拍攝，后期會(huì)把所有影像進(jìn)行拼接，結(jié)合石碑的三維模型方便后期的數(shù)字拓片分析?！眹?guó)洲乾告訴記者，三維建模多是采集4個(gè)點(diǎn)位或者8個(gè)角，這樣可以環(huán)繞一圈快速采集信息生成一個(gè)長(zhǎng)方體模型，其他的比如石碑上的紋飾、文字細(xì)節(jié)、有風(fēng)華或者有裂隙的地方，都需要用正攝像機(jī)進(jìn)行補(bǔ)圖，最后融合起來(lái)進(jìn)行數(shù)字化建模。

通過三維激光掃描石碑表面，可以獲得大量密集的點(diǎn)云，海量點(diǎn)云的集合能構(gòu)建出物體的數(shù)據(jù)模型，將石碑“搬”到電腦上。掃描儀的攝像頭1秒能采集近100萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，圍繞碑體需要采集七八個(gè)點(diǎn)位，才能盡可能完全地還原石碑的表面原貌。用三維檢測(cè)儀進(jìn)行一次完整的掃描至少耗時(shí)80分鐘。

國(guó)洲乾日常更熟悉的是工程采集數(shù)據(jù)，“我們會(huì)使用腳架，移動(dòng)相機(jī)跟隨鋪設(shè)航線去拍。但拍正陽(yáng)橋疏渠記碑用這種方法就不行，地方太小了，大一些的機(jī)器都不好進(jìn)入?！眹?guó)洲乾只能手持相機(jī)拍攝，“拍的時(shí)候得扎著馬步，不能動(dòng)，一動(dòng)照片就模糊了。挺考驗(yàn)?zāi)土Φ摹！?/p>

“熱，被蚊子咬了很多包”“很辛苦，但不后悔”“都是我知識(shí)的盲區(qū)”……為石碑奔走、鉆研的那個(gè)夏天，那些收獲和難忘的瞬間深深印在學(xué)生的記憶里。國(guó)洲乾說(shuō)，雖然困難重重，但沒有一個(gè)人叫苦，大家都很認(rèn)真地做自己的工作。

抽絲剝繭，解開碑文推理題

數(shù)據(jù)采集之后，就要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對(duì)于曾參與過眾多數(shù)字修復(fù)項(xiàng)目的北建大文化遺產(chǎn)數(shù)字化與虛擬修復(fù)團(tuán)隊(duì)而言，對(duì)中軸線上的一座石碑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并不難。

高分辨率數(shù)字影像、高精度激光點(diǎn)云等海量大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在北建大師生面前。通過古籍資料、論文等查閱的關(guān)于正陽(yáng)橋疏渠記碑的所有信息，隨著石碑三維實(shí)景模型的顯現(xiàn)，也逐漸變得生動(dòng)起來(lái)。

對(duì)著石碑三維實(shí)景模型，國(guó)洲乾一點(diǎn)一點(diǎn)地標(biāo)注石碑“體檢”中識(shí)別的病害，“識(shí)別是第一位的，因?yàn)橹挥袑?duì)病害識(shí)別才能進(jìn)行后面的修復(fù)。能夠具體地把病害全部都標(biāo)注出來(lái)，讓我覺得特別有意義，也很有成就感?！?/p>

在查閱了古代碑刻邊飾紋樣的大量資料后，大三學(xué)生王潤(rùn)頔感慨不已，“覺得特別神奇、特別有意思，每看到一個(gè)紋飾就會(huì)去猜想去驗(yàn)證這個(gè)紋飾是什么寓意。”

北京建筑大學(xué)教師董友強(qiáng)（左二）和學(xué)生一起觀察石碑的數(shù)字拓片。新京報(bào)記者 李木易 攝

與雕紋相比，碑文上的文字識(shí)別是重頭戲。調(diào)用OCR api，團(tuán)隊(duì)對(duì)修復(fù)后的碑文進(jìn)行文字識(shí)別。得益于此前搭建的識(shí)別模型，該結(jié)構(gòu)模型的初步識(shí)別精度達(dá)到了82.4%。

但數(shù)字化不是萬(wàn)能的，無(wú)法將石碑上的所有細(xì)節(jié)一一準(zhǔn)確還原。以碑文為例，近400個(gè)漢字，50%的字已經(jīng)有了缺損或者近乎完全“消失”，這就需要發(fā)揮人類的智慧，通過殘存的痕跡和歷史資料，相互印證，給出推斷，并將其一筆一畫還原出來(lái)。

在文物的修復(fù)過程中，會(huì)隨時(shí)發(fā)現(xiàn)像這樣需要額外補(bǔ)課的文化部分，而這并不是技術(shù)團(tuán)隊(duì)擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。

“就像修復(fù)石窟，理想的情況下，石窟里人物的臉型是對(duì)稱的。但實(shí)際上有的并不對(duì)稱，而是自有造型特點(diǎn)。這個(gè)時(shí)候就需要把握不同朝代的石窟特點(diǎn)、技法特點(diǎn)，這樣才能修復(fù)出符合歷史的石窟。但這恰恰是最難的部分，因?yàn)槲覀冞@群測(cè)繪人不太具備這些專業(yè)知識(shí)?！倍褟?qiáng)以碑文舉例，針對(duì)破損的碑文，要么查到原始的歷史資料，利用石碑制作時(shí)留下的拓片進(jìn)行補(bǔ)充，要么就要靠自己去推理。

甲骨文到底是哪個(gè)字不能“看圖猜謎”，而必須要有科學(xué)依據(jù)。碑文的推理同樣如此。

“如果這個(gè)字只是缺少了一個(gè)筆畫，或者哪怕它只有一個(gè)筆畫，這種情況相對(duì)好確定，結(jié)合推理，都可以找出來(lái)。”董友強(qiáng)說(shuō)道，在循證的過程中已掌握多種證據(jù)，再結(jié)合推理，即使碑文并不清晰，也能知道具體的字，這部分也可以采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法解決問題。

石碑?dāng)?shù)字拓片更多依賴于攝像機(jī)的高清圖像以及與石碑三維原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)相關(guān)的算法。照片輸入電子系統(tǒng)即可自動(dòng)生成數(shù)字拓片。

有經(jīng)驗(yàn)和數(shù)字技術(shù)的加持，團(tuán)隊(duì)對(duì)石碑碑文信息進(jìn)行提取識(shí)別，還查找了大量文獻(xiàn)、對(duì)應(yīng)《四庫(kù)全書》中的內(nèi)容，對(duì)未能識(shí)別部分進(jìn)行補(bǔ)充。為了盡可能多地還原碑文，團(tuán)隊(duì)還專門研究了乾隆字體，在古書典籍中搜尋查找乾隆楷書，琢磨其手寫體輪廓及書寫習(xí)慣，對(duì)應(yīng)電子拓片中碑文的“蛛絲馬跡”，生成缺失部分的虛擬復(fù)原文字。最終，復(fù)原了超95%的碑文漢文部分，滿文部分雖相較漢文有所缺失，但也實(shí)現(xiàn)了復(fù)原的新突破。

留有遺憾是常態(tài)，但收獲遠(yuǎn)不止于碑文上的文字。

“整個(gè)項(xiàng)目花費(fèi)時(shí)間比較多的其實(shí)是帶學(xué)生，這要是老師們自己做，應(yīng)該早就做完了?！倍褟?qiáng)笑著“吐槽”，隨后又認(rèn)真地說(shuō)道，帶隊(duì)教師要負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生跟進(jìn)工作，哪一塊需要細(xì)查資料、哪一塊需要跟專家再溝通、接下來(lái)需要做什么等等，“我們其實(shí)是通過這樣的活動(dòng)，找一找以后能夠從事這項(xiàng)研究的好苗子?！?/p>

在北建大教授侯妙樂看來(lái)，改變下一代的自我認(rèn)知，就要讓他們?cè)陧?xiàng)目中直面挑戰(zhàn)和困難，“我前幾天看國(guó)洲乾都要被難哭了，都快沒有耐心了。所以要攻堅(jiān)克難、要做出成果，就得努力去做，別人都做不下去的時(shí)候，依然要堅(jiān)持。”

“其實(shí)現(xiàn)在我們碰到的問題就得硬碰硬了，數(shù)字拓片如何高保真、高效地提取出來(lái)？滿文識(shí)別，找不到文獻(xiàn)資料的話怎么修復(fù)？這些都是困難?！睂?duì)于學(xué)生們可能出現(xiàn)的“前路迷?！迸c“止步不前”，侯妙樂直言不諱。

“我希望他們（學(xué)生）最大的收獲是對(duì)科研的熱愛和解決實(shí)際問題的科研能力?！北晃奈锉Ｗo(hù)中解決實(shí)際問題的需求“倒逼”，從而可以擴(kuò)展數(shù)字化成果的應(yīng)用。侯妙樂認(rèn)為，從實(shí)際問題出發(fā)到提出科學(xué)問題、找到問題思路、解決實(shí)際問題，這才是科研的正循環(huán)之路，“在這個(gè)過程中，很容易讓學(xué)生有成就感，增加自信心。成就感不是單純來(lái)自發(fā)表了一篇文章，而是在研究過程中真的解決了某個(gè)實(shí)際問題，對(duì)社會(huì)和工程一線有用?！?/p>

修復(fù)時(shí)光，串起中軸線上的“珍珠”

“中軸線是古都北京的脊梁和靈魂?！边@句出現(xiàn)在《讀城——中軸線》系列展覽中的話，曾讓侯妙樂很受觸動(dòng)。

也正是讀城系列展覽，侯妙樂對(duì)中軸線有了更多關(guān)注，“中軸線的核心和靈魂是時(shí)空。中軸線這個(gè)概念之所以出現(xiàn)就是基于時(shí)空框架下的一個(gè)概念。我們做測(cè)繪的人，最主要是做時(shí)空地理信息服務(wù)，那這與中軸線要如何結(jié)合呢？”

她關(guān)注到了中軸線上的石碑刻，“中軸線上的石碑刻在時(shí)空框架下，處于什么位置？如何演變的？和周邊的環(huán)境關(guān)系如何？”

北京建筑大學(xué)教授侯妙樂（右）和專家學(xué)者一起帶領(lǐng)學(xué)生觀察正陽(yáng)橋疏渠記碑。新京報(bào)記者 李木易 攝

侯秒樂是正陽(yáng)橋疏渠記碑?dāng)?shù)字項(xiàng)目的帶隊(duì)教師之一，她長(zhǎng)期從事文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)與虛擬修復(fù)研究，解決了文化遺產(chǎn)高精度信息留取、多層級(jí)表達(dá)、缺損區(qū)域定量化評(píng)估、智能修復(fù)及預(yù)測(cè)等關(guān)鍵難題，形成國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)的文化遺產(chǎn)虛擬修復(fù)系統(tǒng)。

項(xiàng)目暫時(shí)告一段落，侯妙樂的思考卻不曾停止。在她看來(lái)，中軸線申遺入選之后，其實(shí)是一個(gè)長(zhǎng)期的研究過程，作為學(xué)者要不斷去研究、去挖掘新故事，讓更多的人了解中軸線、一起保護(hù)傳承中軸線，或者引導(dǎo)更多初中生、高中生進(jìn)入項(xiàng)目，“大家一起做科研，同時(shí)培養(yǎng)我們的下一代。”

“華表半空經(jīng)霹靂，碑文才見滿埃塵。”唐代詩(shī)人劉禹錫在《漢壽城春望》中，描述了自己看到殘缺的華表、蒙塵的石碑時(shí)，對(duì)滿目衰敗的惋惜。

千年之后的今天，借助于數(shù)字修復(fù)技術(shù)，北建大和北京市考古研究院的“時(shí)光修復(fù)師”們努力撿拾起散落的時(shí)光碎片，讓后人可以隨時(shí)隨地看到更多石碑石刻乃至文物古跡的“數(shù)字孿生體”，也讓塵封在千百年歲月中的歷史故事逐漸生動(dòng)起來(lái)。古人的遺憾，或?qū)⒁虼说靡詮浹a(bǔ)。

借助于先進(jìn)的數(shù)字修復(fù)技術(shù)，北京建筑大學(xué)的師生和專家一起成功賦予正陽(yáng)橋疏渠記碑新生。更讓人欣慰的是，文物部門也正在研究制定正陽(yáng)橋疏渠記碑的詳細(xì)保護(hù)和利用措施，未來(lái)這件文物有望作為中軸線上的遺產(chǎn)點(diǎn)，與其他文物古建成片保護(hù)。

北建大師生與中軸線的緣分也還在延續(xù)。今年夏天，他們將參與先農(nóng)壇地祈壇的數(shù)字修復(fù)。

在侯妙樂看來(lái)，中軸線的特殊之處在于其歷史價(jià)值和文化價(jià)值，這些價(jià)值需要通過每一個(gè)細(xì)碎的科研成果來(lái)體現(xiàn)，“一個(gè)科研成果就像一顆珠子，所有的串起來(lái)就是一條漂亮的項(xiàng)鏈，就能更加打動(dòng)人。”