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发表于 2017-8-27 09:09:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
文章信息
原作者: 郭林
文章来源: 澎湃新闻
来源地址: -
发布时间:
在美剧《犯罪现场调查》(CSI)和《识骨寻踪》(Bones)中,神奇的法医艺术家们可以通过颅骨重构死者生前相貌,帮助警方识别受害人身份,进而侦破案件。那么现实中的人像复原技术真的如此神奇吗?这项技术又是如何发展起来的?



颅骨面貌复原技术发展简史

人像复原,学名为颅骨面貌复原,也称复颜法或复容法(facial reconstruction)。这是一种以颅骨为基础,以人体头面部解剖学规律为依据,通过绘画、雕塑、计算机图像等方式,以再现颅骨生前面貌为目的的技术。

1877年,德国解剖学家Schaffhausen最早提出了颅骨面貌复原的设想。1883年,德国学者Welcker首次对13具男性尸体头面部的软组织厚度进行了测定。软组织厚度研究对于颅面复原来说极为关键,可以说颅骨决定了“神”,软组织决定了“形”,好的颅面复原实例就是要做到神形兼备,因此Welcker的这次研究具有开创性意义。

1895年,德国学者His最先开展了颅骨面貌复原的实践,复原的对象是著名音乐家巴赫,这是世界上第一次尝试用科学的方法复原颅骨的生前面貌,是颅面复原技术应用开端的标志性事件。

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巴赫遗骸(A)、巴赫肖像画(B)与His所作的巴赫复原像(C) 来源:www.mja.com.au


2008年是巴赫诞辰323周年,苏格兰邓迪大学解剖与人类鉴定中心以博物馆提供的铜制巴赫头骨模型为基础,也对这位德国音乐大师进行容貌还原。相隔100多年,两次复原的塑像哪个更像巴赫本人呢?有关巴赫的画像只有一幅得以流传,与之对比,2008年3D复原后的巴赫像拥有大眼睛,宽面庞,一头茂密的银发,与流传下来的那幅肖像画惊人的相似,或许更加接近巴赫本人的相貌。

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巴赫颅面复原步骤(A、B)、巴赫颅面复原像(C)与巴赫肖像(D) 来源:www.digitalmeetsculture.net


复原技术按类型可以分为两种:二维复原和三维复原,其中三维复原技术更早出现。三维复原技术包括塑像法(雕塑和泥塑)和高分辨率的计算机三维图像,巴赫的颅面部复原采用的就是雕塑三维复原方法。1916年美国纽约警方首次将这一技术应用于犯罪侦查。1939年前苏联著名学者格拉西莫夫首次对中国人标本进行了颅面复原。中国学者独立开展此项工作始于20世纪50年代,吴汝康、吴新智和王存义等人对北京猿人的颅面复原。到了20世纪80年代初,颅面复原技术开始应用于我国的刑事侦查工作中。

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吴汝康院士等人复原的北京猿人像 来源:image.baidu.com


传统的塑像法复原过程大致有以下几步:1.在颅骨上找出对应的解剖学标志点,标志点处用标签定位,这些标志点连在一起可以勾画出一个人颅骨的大体轮廓。这一步骤可以在颅骨上直接进行,或者在石膏复制品上进行。

2.根据软组织厚度数据,往颅骨表面贴对应厚度的泥条,粗线条的复原整个面部轮廓。软组织厚度是容貌复原过程中的基本参数。

3.根据眼眶尺寸确定眼珠位置、形态和颜色;根据鼻骨的走势,大致复原鼻梁走向;复原嘴唇时,注意其厚度受纬度和地理环境影响较大,低纬度地区人群嘴唇较厚,高纬度地区较薄;耳朵属于较难复原的部位,尤其是耳软骨的具体形态。

4.平滑面部曲线,对细节部分做最后的完善。如根据人骨出土地理位置等信息确定肤色、发色,骨骼鉴定年龄确定脸部皱纹多少。尤其是在做历史人物复原时,应结合相关历史文献、时代风俗习惯。综上,传统塑像法三维复原虽然效果很好,但是效率比较低,更依赖于复原者的个人能力。

二维复原是基于死者生前照片和颅骨进行的复原,美国著名法医艺术家Karen T·Taylor在上个世纪80年代率先使用了这项技术。二维复原的工作步骤是:在颅骨对应测点处插上表示软组织厚度的标签;对颅骨进行拍照,相片的大小要和颅骨真实大小等比例;然后将透明的牛皮纸蒙在照片上绘制出人物肖像画。

随着计算机技术的进步,类似的处理软件可以帮助我们更快更细致地绘制出图像来。需要指出的是,机器工作容易产生通用的画像,手工绘制的图像可能更为传神。二维实际上是三维复原的简化版,虽然提高了复原速度,但会丢失很多信息,实际效果大打折扣,很难说是技术上的进步。

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法医艺术家Karen T·Taylor的2D作品及与死者生前照片的对比 来源:en.wikipedia.org


到了21世纪,计算机技术的飞速发展为面貌复原提供了更好的三维可视化开发平台。技术的发展让复原工作者告别了60、70年前手段粗糙的年代,复原可以更加地精确。计算机辅助复原技术逐渐发展成一门独立的交叉学科——颅面形态信息学。随着超声波、CT等技术手段的推广,三维复原方法得到了广泛地应用,但是在颅骨模型上运用解剖学知识进行复原的技巧,无疑仍是法医艺术家们的一项基本功,对于复原工作来说,“没有最像,只有更像”。

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传统三维复原步骤 来源:www.pinterest.com

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计算机三维复原步骤 来源:www.zuup.com


颅骨面貌复原案例

考古复原中所使用的颅骨面貌复原技术来自于现代法医人类学研究,该技术在考古学中多用于再现远古人类或历史名人的容貌,除了上文提及的巴赫以外,比较著名的还有以下几例。

天文学家哥白尼

2005年,波兰考古学家泽兹·加索斯基领导考古小组在波兰弗龙堡开展发掘工作,他们在位于教堂侧面祭坛的楼梯下方发现一座墓葬,墓中出土了一个缺失下颌的颅骨。由于本次发掘工作的指向性很强,因此考古小组通过颅面复原技术复原了此人的相貌,复原结果与天文学家哥白尼的相貌很相似。

根据复原的相貌,此人长着鹰勾鼻,其他的相貌特征也与哥白尼的相似。体质人类学家进行年龄鉴定后,确定死者死亡年龄在70岁左右。而哥白尼于1543年去世,当时大约就是70岁。为了确定死者真实身份,遗传学家分析了提取自骨骼牙齿中的DNA,并与在哥白尼书籍中找到的属于哥白尼头发的DNA进行了比较,对比结果证实,这具骸骨正是哥白尼本人。

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哥白尼复原像 来源:www.nature.com

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哥白尼画像 来源:en.wikipedia.org


唐代公主李倕

在2011年第39届数字考古国际会议上,北京师范大学周明全教授团队展示了唐代公主李倕的颅面复原像。李倕的墓葬于2001年11月在西安郊区被考古人员发现,根据出土墓志记载,李倕是唐高祖李渊的第五代孙,病逝于唐开元二十四年,时年25岁。

与颅骨同出的还有头冠残件,头冠的材质包括了金银、绿松石、红宝石、琥珀、珍珠、玛瑙、象牙等材料,冠饰由非常多的小部件组成。出于保护的目的,考古人员将颅骨连同冠饰整体提取回实验室,进行修复工作。经过中德专家历时一年半的修复,成功提取了多达370个小部件,并根据古代文献及唐代壁画,采用虚拟工程技术复原了这件公主冠。根据复原图,我们可以看到这件公主冠的精美。

墓主人的颅骨除了下颌骨缺失外,其余保存较完整。周明全教授的团队通过CT对李倕颅骨进行了三维数字化,并且利用网格模型融合技术对颅骨进行了修补,最后根据现代人面部软组织厚度的数据,成功复原了李倕的面貌。通过复原的效果图,我们看到了一位秀丽端庄、雍容华贵的唐代公主形象。唐代公主李倕的容貌复原,是我国研究人员利用现代CT技术复原古代人像的成功案例之一。

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唐代公主李倕的颅骨及复原像 来源:news.bnu.edu.cn


国王理查三世

1485年博斯沃平原之战败被杀后,理查三世的遗体被游街示众,最后葬在莱斯特的圣方济会教堂中。随着宗教改革的推行,英国境内大部分修道院都被夷为了平地,从此理查三世的墓穴的确切位置成了一个谜。

2012年,理查三世的遗骸被莱斯特大学考古学家发现,发现地点是一个市政停车场。通过碳十四测年,认定死者死于1455年到1540之间,年龄鉴定为20至30多岁,通过历史文献资料查证以及与查理三世后裔DNA配对,考古学家们确定他们发现的就是查理三世的遗骸。遗骸上有10处伤口,均在死亡前后不久形成。头骨背面有利刃劈伤痕迹,椎骨间插有一个带刺的金属箭头,同史书记载的理查三世情况一致。

在莎士比亚笔下,理查三世丑陋、驼背,是一个不惜代价夺取王位的暴君,在伦敦塔谋害兄长爱德华四世的两个儿子。从发现的遗骸来看,理查三世的遗骸确实有脊柱侧弯的情况,尤其胸椎已经严重偏离了正常的解剖学位置。严格来说脊柱侧弯和驼背并不是一回事,在医学不发达的年代被认为是驼背也是很正常的。

在理查三世学会的资助下,苏格兰邓迪大学的Caroline Wilkinson教授团队借助3D扫描获取的颅骨数据完成了理查三世的颅面复原工作。由于此时考古学家尚未确认遗骸的身份,Wilkinson教授仅把此次复原工作当作一次普通的法医研究案例。复原的结果让研究者吃惊,近似女性的俊朗面庞与莎翁陛下丑陋的暴君形象相差甚远。

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理查三世遗骸 来源:www.dailymail.co.uk

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理查三世复原像与画像 来源:www.bbc.co.uk


颅面复原技术的局限和未来

尽管传统颅面复原技术取得了很多的成绩,但它也存在着不小的局限性,比如面部软组织厚度的数据不足、复原方法不够标准化以及主观性等问题。而且考古领域的复原更多地带有研究和展示的成分,复原结果也不能被验证,因为我们无从得知年代久远人物的容貌。

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传统复原手段的步骤 来源:www.pinterest.com


例如科学家们根据出土化石,尝试复原了如海德堡人等古人类的面貌。进行这类复原的难度在于,无法取得古人类面部软组织厚度的数据,只能参考现代人的数据进行复原;直立人演化到现代人过程中,肤色以及发色的分化时间没有准确的定论,古人类的衰老过程与现代人也有所不同,因此发色、肤色和皱纹等细节更难以得到准确的复原。

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海德堡人像貌复原过程图 来源:commons.wikimedia.org


经过一百多年的发展,颅面复原技术愈发地成熟,在法医和考古工作中发挥的作用也越来越大。现代测量技术的发展,如超声波、CT和核磁共振,大大方便了软组织厚度的测量。新手段的应用不仅规避了社会伦理问题,同时能够获取大量真实可靠的活体数据,让大数据在这一领域成为可能。

计算机三维可视化技术的应用也为颅面的三维重建提供了新的技术方向。基于科学获取的海量数据,结合新的计算机三维可视化技术,能够最大程度的减少误差、提高效率。因此,计算机三维复原技术是颅面复原未来的发展方向。

参考文献

周明全等,《颅面形态信息学》,科学出版社,2016年。

张继宗, 《法医人类学(第2版)》, 人民卫生出版社, 2009。

格拉西莫夫, 《从头骨复原面貌的原理》,科学出版社, 1958。


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