耿国华：从唐代公主相貌谈起
大家好，我是西北大学计算机学科的耿国华。我们团队研究颅面复原技术已经超过20年。今天的分享，我想从一个墓葬的故事开始。
2003年，西安一所高校搞基建，一不小心发现了一个墓葬群。在这里边有一个特别的墓，陪葬特别丰厚，而且衣冠格外光鲜。
这个墓的主人是谁呢？据墓志铭记载，墓主人是唐高祖李渊第五代孙女李倕。她在唐玄宗开元二十四年病逝，年仅25岁，距今已有1200多年。
大家可能会有很多疑问，开元盛世的公主，为什么25岁就早早离世？更感兴趣的可能是接下来这个问题：大唐公主长什么样？
我们先来看看她的头冠。这顶头冠虽然已经散乱，但用到了金银、绿松石、红宝石、琥珀、珍珠、玛瑙、象牙等珍贵材料。有学者认为，这套头饰用尽了唐代可能用到的所有贵重装饰材料。
德国巴伐利亚博物馆和陕西省考古研究院的工作人员花了三年时间，完成了头冠的物理复原，可以看到它的造型非常别致。
饰品如此，那么容貌如何呢？由于发掘出土时，李倕颅骨缺失下巴，所以公主面貌一直没有得到复原。
直到2010年，陕西省考古研究院找到了我的先生周明全教授。我们团队的颅面复原技术常年应用于公安刑侦，他们希望我们来试试看复原李倕的样貌。
接到任务后不到20天的时间，李倕的面貌复原了。
我想大家可能马上就有疑问了，我怎么知道你复原的模样就是准确的呢？人们常言画鬼容易画狗难，鬼谁都没见过，所以怎么画它都是对的，没办法对证，相反画狗就难多了。1200年前的公主，谁也没见过，你说你复原了，那到底是不是公主的原貌呢？
面对大众这样一个疑问，我们有责任来解释一下，我们到底是怎样来做这件事的，它的原理是什么。这就是我们要说的颅面复原技术。
颅面是人体最复杂的部位，“形”由颅骨决定，与生俱来，成年后终生不变。上面的软组织，决定了“态”。颅面复原就是要做到“形态一致”，但做不到“形神兼备”。
所以颅面复原实际上就是以颅骨为基础，以人体面貌解剖学规律为依据，再现颅骨的主人生前面貌的技术。而这项技术实际上已经有120多年的历史了。
早在1877年的时候，德国解剖学家斯卡夫森就已经提出了颅骨复原面貌的设想。在早期的众多尝试中，最有意思的就是著名音乐家巴赫的颅面复原案例。
1895年，德国莱比锡市扩建圣约翰教堂，需要改造墓地。由于墓穴密集、棺木损坏，迁坟时许多白骨混在了一起，没办法分清哪一具是巴赫的遗骸。
于是人们从这一大堆的颅骨里挑出了一个最像是巴赫的颅骨，然后求助于解剖学家His，希望由他来鉴定这是不是巴赫的颅骨。
颅面复原涉及到颅骨与软组织两个部分。大家可以摸摸看自己的脸，在不同的位置实际上皮下厚度是不同的，眉弓处会薄一些，而脸颊处会厚一点。颅骨是已知的，复原的难度在于软组织的厚度不可知。
解剖学家His想出来一个办法，也许可以从别的尸体上求得软组织厚度的平均值。他选出24具男性尸体，在面部定出了15个特征点，并测出了各点的软组织厚度，再将这些数据和颅骨交给了雕塑家Seffner。
雕塑家实际上并不知道颅骨的主人是谁。他依据His的数据在颅骨上进行雕塑，没想到结果与巴赫的肖像惊人地相似，从而证明了这就是巴赫的颅骨。这是颅骨面貌复原技术史上的第一例。
可以看到，软组织的厚度是非常重要的一个参考值，那过去的专家怎么取得呢？他们会把一根带有刻度的银针烧热烧黑，再扎到新鲜的尸体上，接着再拔出来，留下的痕迹就是软组织的厚度，就是这么原始的办法。
但这件事情难在需要新鲜的尸体，而且死者脸部不能变形，如果变形了扭曲了，厚度信息就无效了。这种尸体很难遇到，样本量非常地少。而且手工复原的过程得依靠有经验的专家，周期长，难以推广。这也是为什么近年来逐渐用电脑来替代手工复原的方法。
这项技术最重要的应用，就是在公安刑侦领域。1916年，美国警察局首次把这种复原的技术用于犯罪的侦查。
1971年“九·一三”事件发生后，林彪专机在蒙古失事，最先赶到现场的苏联克格勃专家把疑似林彪、叶群的头骨带回了莫斯科。随后，苏联宣布林彪、叶群在事故中死亡。
克格勃是如何证实的？近年来公开的资料证明，对林彪、叶群的鉴定，也采用了基于颅骨的面貌复原技术和将颅骨与照片重合比照的颅像重合技术。
1980年左右，我们国家就开始把这项技术用在刑侦上。比如1987年的中原许昌案。案件中，犯罪分子谋财害命，把受害者杀害了以后碎尸百块。公安局发现受害者遗骸后，经过物证中心复原了他的面貌，最后在社会公众和科技手段的帮助之下迅速地破了案。
上个世纪80、90年代，白骨案有增多的趋势。无名尸首需要根据颅骨来复原被害者的面貌，案子一增多，工作量就大了，仅凭专家手工复原很难满足那个时候的需求。
恰好在这个阶段，1995年，我和丈夫周明全一起从法国回国，遇上了国家九五攻关项目。我们在法国学的是生物医学图像处理，也熟悉计算机图形学，因此我们就提出了一套基于医学图像来做复原的方案。
方案一递交，公安部的领导很认可，于是我们开始了跟公安部物证鉴定中心的合作。从此我们和一百多位博硕士研究生成了一群与颅骨打交道的人，一干就是20多年。
计算机颅骨面貌复原的过程究竟是什么样的呢？我们通过李倕复原的例子给大家说明一下。
首先我们拿来李倕的颅骨，放在CT机上扫描，再给它建个模，取个信息。由于当时李倕的颅骨缺失下巴，我们就通过计算机修补了她的颅骨得到一个完整的模型，随后在这个基础之上“生长”出了公主的样貌。
最关键的软组织数据从何而来？在我们的颅面数据库里面，有2000多例现代人的数据，我们取出20到25这个年龄段的平均值，用这个数据来对应李倕的颅骨。
再加上华丽的头冠，就得到了我们现在面前的这样一个复原模型，这就是计算机颅面复原的简单的过程。
我想大家还存在一些疑问，比如李倕公主是单眼皮还是双眼皮？她嘴唇是薄还是厚？这个事咱颅骨不决定，它只能决定个框。
我们曾经尝试过做睁眼的复原图，但始终无法传神地恢复唐代公主的神韵，所以最后选择闭眼盛唐公主图，眼神就留待大家去想象了。
那这复原得像还是不像？如何对证呢？我们就拿自己举了个例子。我们将周教授的颅骨模型去做复原，结果拿出来大家一看，发现不太像。
我们请教了公安部的专家，他说你们用的都是一群20多岁学生的数据，周教授都45岁了，发福了，你们是不是应该拿他20岁的照片来对比看看？
结果我们把他20岁的照片翻出来一对比，大家说，还真像。
这项技术的关键有两点，第一点就是，颅骨形态很复杂，不像规则体可以自动生成，如何把复杂的颅骨面貌作为可计算的对象，这就是我们建模在做的事。
第二，颅面库的规模决定了复原的精度，20多年来我们一直在努力扩大样本库的规模。国际上的颅面库规模大多只是三位数，而我们国家的数据库已经达到2406人，属于国际领先。
那么这项技术还能用来干什么呢？
如果遇到一个无名的颅骨，要认证它的身份时，除了使用颅面复原，还可以用颅像重合技术。什么叫颅像呢？颅就是颅骨，像就是照片。
我们可以把失踪人口照片库拿来，和颅骨的几个关键点进行配准。经颅像重合可以迅速缩小排查范围，再结合DNA技术精准确定死者的身份。
另外还可以应用到医学整容领域。现在大家有时候想做一些微整，可能有些人喜欢瓜子脸，要尖下巴，要削一下骨，那就要改变颅骨了。以前人们在整容前无法看到整容后的效果，承担着一定风险，现在通过计算机软件模拟，就可以看到整容后的样子，修正手术计划。
我们还做了人脸变化预测，预测你20岁、30岁，一直到80岁慢慢变老的样子。还可以实现胖瘦的预测，比如说你胖了以后是什么样子，你就可以看一看。
这项技术还可以应用在基于颅骨的体质人类学。这是2011年在福建漳平发现的一个奇和洞头骨化石，距今有1万年左右，是一个35岁的男性头骨。
这个头骨时间太长破损了，我们把它拼接起来复原，再用三维编辑，加上一些五官、皱纹、头发、胡须，最后那张图就比较直观了。
除此以外，距今35万年的南京人，距今5万年的柳江人，以及距今6000年的三星村人等等，我们复原了一大批。大家不妨观察一下这张图，人类在进化的过程中，头骨在逐步缩短、脑量变小、眼眶升高、鼻部变窄，古人类是缓慢地在向现代人进化。
这里图片看到的辛追夫人、楼兰美女、老山汉墓主人的形象，都是手工复原的结果。现在发现的颅骨化石还有很多很多，这么大的量，如果还是靠专家手工复原，不仅慢，还不准，还是计算机自动复原更好。
现在复原的结果都是二维的照片，大众觉得不过瘾，所以我们引入了3D打印的技术。我们近期就做了一对在秦始皇陵的秦男秦女的颅面复原。
这具女性骨骼是2016年秦陵二号坑发掘出土的遗存之一。在秦陵颅骨多为男性，女性颅骨较为少见。
她的颅骨发现时相对比较完整。这个墓有些特别，第一，她是坐葬的。为什么呢？因为出土时整具骨骼叠加在一起，颅骨位于最上方。第二，她非常的年轻，年龄在15到20岁之间。
但她的身份到底是秦侍女还是秦嫔妃，尚有争论。我们制作了3D打印的面貌复原模型，历史人物有了直观的形象，可以支持考古人员做进一步的研究，也可以引发公众参与的热情。
我们再来看秦男。这是在秦陵东部的上焦村发现的一个颅骨，它比较特别，在它的颞骨里面有一个铜箭头。
不仅如此，他的头和身体还被分解了，被放进一个多层棺材中的宝物盒里。据考古专家说，秦始皇死后不久有一场清洗运动，这个被葬的有可能是皇室人员。
他的陪葬特别的丰厚，有玉器、丝绸、青铜剑、金银器等大量珍贵陪葬品。他大概是30岁上下，有橄榄型的眼睛，还有隆起的鼻子，看着还挺高贵，他是否真的是皇子呢？也留待研究。
我们通过计算机复原的古人颅面有很多，仅在秦陵兵马俑馆附近出土复原的疑似秦皇室、秦劳役颅骨就有23例。
1956年，苏联专家格拉西莫夫将传统的颅面复原技术带到了中国，一直沿用至今。2015年，俄罗斯派内务部的专家撒萨列娃来到中国，通过公安部找到了我们课题组，来学习我们的3D颅面技术。
从1956到2015，一算是60年，在这个甲子的轮回里，他们要来向我们学习了，这说明我们的颅面形态信息学的先进性。这是一个科技的进步，我们将继续砥砺前行。
谢谢大家。
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