材料和装饰物，这些部件发出耀眼的光芒，震撼了在场所有的考古人员。而如此完整的唐代贵族女子头冠此前很少见，对唐代的历史、文化、风俗、审美及材质研究都极有价值。这样一件精美的头冠，也引发了考古人员对墓主人容貌的猜想——1200多年前的大唐公主到底会是什么样子呢？
据考古学刊物记载，以往传统的头骨复原方法，主要依靠考古学、人类学相关工作人员以较大、特征突出的一块头骨碎片为突破点，将其余细小碎片与其进行比对拼合，在最终确定碎片的拼接顺序后用胶进行粘连。在粘连之后，再对骨骼破损处用石膏连接补全。但这个过程，仅仅是对头骨的骨骼框架进行了复原修复，而生长在骨骼之外的肌肉组织则需要进行更为复杂的工作。
此外，传统的考古学文物修复技术存在诸多不足，如人工拼合费时费力；用胶水粘接后如发现有不妥之处，再次重新粘接会给文物造成二次损伤，等等。
受陕西考古研究院的委托，从1996年就开始研究颅面复原技术的北京师范大学信息科学与技术学院院长周明全教授承担起为公主“驻颜”的任务。
颅面复原技术的起源
据周明全院长介绍，颅骨面貌复原起源于欧洲，至今有一百多年历史。最早的复原实例可以追溯到1895年，德国解剖学家授His选取了24具男性自杀尸体，并对面部15个测量点的软组织厚度进行了测量，然后将测量得到的厚度数据和著名的音乐家巴赫的疑似颅骨交给雕塑家Sefner，Sefner根据厚度数据雕刻出巴赫的三维半身模型，并把复原出来的结果同巴赫当年的画像以及半身雕塑进行对比，由此验证了颅面复原的有效性，并得到世人的承认。此后，国内外很多研究者对三维颅面复原展开了研究，其研究方法大体上可分为两类：手工颅面复原和计算机辅助的颅面复原。
手工颅面复原方法是在目标颅骨上或目标颅骨的石膏模型上用粘土来重构面貌。手工颅面复原方法需要复杂的工艺，并需具备深厚的解剖学知识和雕塑手艺，方能进行复原；并且复原过程耗时很长，通常要复原一个颅骨的面貌需一月左右；此外，复原过程中主观性强，导致不同的人对同一个颅骨的复原结果各不相同，甚至相差甚远。这些缺陷导致手工颅骨面貌复原的应用受到了很大限制。
近代计算机技术的迅猛发展给颅面复原提供了一种新手段和发展空间，也使得越来越多的非法医学和解剖学专业人员，如计算机工作者投入到颅面复原的研究中。目前，计算机辅助颅骨面貌复原技术已成为国内外研究的热点。国外有美国华盛顿大学、日本早稻田大学等；国内有台湾中央大学、北京师范大学、西北大学和公安部213所等单位的法医人类学家和计算机专家从不同的角度开展计算机颅骨重构的探索和尝试。
用“活人”复原“死人”
近年来，周明全教授和他的科研团队对颅面数据的获取和建库、颅面模型的表示和绘制、颅面形态学规律的获取、复原面貌的真实感处理、复原方法的评价等问题进行了研究，并通过集成这些研究成果，形成了具有中国特色的颅面复原体系和应用平台，为尸源鉴定、考古复原、不同种族间的比较、人类进化等多学科应用研究提供科学依据与应用基础。
周明全教授告诉记者，面貌是人与人之间识别的直接依据，颅骨是人类面貌的内在生物特征。颅骨的形态决定了人的面部特征和五官的位置与结构，同时，颅骨也是人类遗骸中最具丰富信息的部分。而颅面复原技术的理论依据就来源于颅面形态信息学。用计算机复原颅骨容貌主要是以现代人的颅骨数据为基础，推导出各个年龄段和各个地区人群的颅骨和容貌之间的关系，从而形成一个庞大的数据库，再把所要复原颅骨的数据与样本数据比对，就可以得出颅骨的容貌。
据周明全教授介绍，颅面复原技术研究关键是寻找颅骨和面容的关系。他们先从活人开始，建立起具有近千份样本的活人头面数据库。即把某人头部的CT数据扫描进电脑，然后用3D技术模拟出该人颅骨，倒推复原容貌，再把复原容貌与真人进行比对。“这些年，仅这两步研究就积累了千余份样本，由此我们才开始了古人的容貌复原”，周明全教授说。而公主的容貌修复工作主要面临两大难题，即：颅骨的修复和添加血肉皮肤。
针对公主下颌骨已经破损严重的现状，周明全教授及其团队在西北大学的支持下，对公主颅骨进行了计算机断层的CT扫描，将科学数据录入计算机，希望通过调配数据库中已积累到的近千份颅骨和面容资料比对并进行科学计算，重新为公主构建出下颌骨，拼接成完整的三维颅骨。
遗憾的是，数据库中25岁这一年龄段的女性颅骨数据为数不多，公主容貌的复原工作也只能停滞不前。一次偶然的机会，周明全忽然发现自己学院的许多女研究生的年龄都在25岁左右。在志愿者的帮助下，周明全首先复原了公主的颅骨。
接下来，便是对公主容貌的复原。根据公主的颅骨数据，复原小组计算出公主面部软组织厚度的数据，用软件自动生长出软组织，再贴上面皮；最后又从五官数据库中，为公主找到了相匹配的五官。就这样，一个1200多年前的唐代公主的三维面貌就浮现出来。“颅骨决定面容，只要提供一个颅骨的CT数据，就可以通过软件得到这个颅骨的面容，除了是单眼皮还是双眼皮，耳朵大还是耳朵小外，相似度很高。”周明全教授说。
与此同时，他们又把中德两国专家历时近7年修复完成的头冠模型数字化，并进行细微修正。首先，利用三维激光扫描设备通过激光束扫描真实冠饰获取目标的三维数据信息和对应纹理数据信息，从而达到为冠饰建立三维计算机数据模型的目的；其次，对获取的三维扫描数据在计算机中进行预处理，去除噪声、平滑、填补空洞、压缩以及分割等；然后将预处理后的三维模型数据根据三维模型的类别属性，录入到他们在863项目支持下自主研制的三维模型数据库中；最后，通过相关三维模型检索技术检索三维模型数据库，并将三维模型数据库中的冠饰组件三维模型依次加载到虚拟显示环境中，利用虚拟现实中的多种交互技术在三维空间中通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现对三维模型的操作。其中主要利用三维交互当中的三维拾取基本操作和拾取算法，完成在虚拟场景中对三维模型对象的标定。在拾取模型对象后，根据拾取对象和虚拟场景的关系对对象进行任意的旋转、缩放、平移等操作以完成对象的空间定位和位置摆放。最终完成虚拟环境下的头冠组建。修正后的公主头冠有4700多个模型，共14个部件组成，是目前世界上唯一一件近乎完整的经数字化复原的唐代公主冠饰。
据周明全教授介绍，颅面复原技术不仅在考古学和医学研究方面均有很高的开发利用价值，而且目前该技术的有效性已得到国家物证鉴定中心和公安部门的认可。今后，无论被害人的面容损毁何其严重，亦或是陈年腐尸，均可利用这项技术复原死者容貌。颅面复原技术定会对考古学、医学研究以及公安侦破工作带来巨大帮助。
