巴黎圣母院3D激光扫描数据模型

文/陈璐

林赛·库克（Lindsay Cook）度过了疯狂的两周。4月15日巴黎圣母院大火开始蔓延后，一则推特迅速在网络上传播开。这条消息声称美国瓦萨学院的建筑历史学家安德鲁·塔隆（Andrew Tallon）生前使用激光扫描仪扫描了整座教堂的内部和外部结构，这将使巴黎圣母院永远在数字世界中得以完好保存，并且有助于其修复重建。

不幸的是，塔隆已在2018年11月因患脑瘤去世，作为他的同事、学生，这个项目的另一位重要负责人库克，便成为各方关注和询问的对象。大家都很关心，这些激光扫描数据，真的能够帮助巴黎圣母院在修复时恢复到原貌吗？

激光扫描数据可以干什么

“我认为激光扫描不太可能被用来重建屋顶，比较火灾前和火灾后大教堂的结构状况会更有意义。”在接受本刊采访时，库克指出，“如果他们用木头重建屋顶，我会非常惊讶。我认为更有可能是使用一种更现代的材料。”

在此次大火中受损的屋顶可以追溯到13世纪，使用了1160年到1170年之间砍伐的橡木，它最早于1220年建成，是巴黎圣母院最古老、最原始建筑的一部分，而且因为当年砍了几乎一整座森林的树木才建成，所以这个屋顶与高塔结构又被称为“森林”。然而，由于这场灾害，这片“森林”化作灰烬。

在过去五年左右的时间里，塔隆教授使用激光扫描仪，从建筑内外50多个地点，以细致的3D点云捕捉了整座教堂的内部和外部。他所创建的这十亿个点数据详细地揭示了普通照片无法显示的巴黎圣母院建筑结构的细微差别。而如果把这些数据与合适的软件结合起来，就可以用来创建大教堂的三维立体模型。

“他选择使用激光扫描的原因是，可以让你以一种其他形式的表现方式，特别是数码的表现方式，去捕捉哥特式的建筑结构。”库克告诉本刊，“即使一些发现实际上也可以通过肉眼观察，但他能够以一种更好的方式来更清楚地表现它们。安德鲁总是喜欢说，他不仅为巴黎圣母院，也为其他大教堂通过激光扫描制作出了它们第一个真正准确的建筑平面图。你可以在这些平面图中，看到它的肋拱有多像蜘蛛或者是一个完美X。”

实际上，塔隆曾在一段视频中告诉美国《国家地理》，这个项目就像“一个巨大的侦探谜题”，“这真的可以追溯到我小时候，一个九岁的孩子看着这座巨大的石头建筑——圣母院，问‘他们是怎么做到的？’”

安德鲁·塔隆（左一）在巴黎圣母院现场

所以塔隆将巴黎圣母院作为他论文中最主要的研究对象之一。他对巴黎圣母院的建筑很感兴趣，尤其是它的飞扶壁。这是一种常见于哥特式建筑，通常以半个拱券的形式出现的结构，它能够以轻盈的结构支撑起建筑，使其达到前所未有的高度。这也是为什么用直升机洒水灭火不适用于巴黎圣母院的原因。

美国哥伦比亚大学的中世纪艺术史名誉教授斯蒂芬·默里（Stephen Murray）曾和塔隆一起工作。一些学者认为，巴黎圣母院的飞扶壁是大教堂建成后添加的。但默里写了一篇文章，认为巴黎圣母院目前的飞扶壁形式是双层飞扶壁，它直接穿过了两个走廊，然后抵达中殿上层。他认为这是建筑中的原始结构，大约始于11世纪60年代。

塔隆支持这个理论。他的证据是，通过对建筑进行激光扫描，发现巴黎圣母院里面，尤其是唱诗席的几何形状非常完美，它非常的直立、规则。他说，激光扫描可以感知建筑物的沉降及其随时间的移动，每一栋建筑都在移动，当太阳从一边加热时，地基就会变形。所以了解建筑的移动方式可以揭示它最初的设计，以及当建筑没有按计划实施时，建筑师所做出的一些选择。

塔隆指出，若是没有飞扶壁，天花板上的拱顶应该把墙壁向外推，但是800年来，建筑的上部如此直立和规则，没有过一丁点儿的移动。这表明默里关于飞扶壁形状的理论是正确的，它从12世纪以来就一直在那儿，把墙向内推，创造一个稳定的力量平衡。

尽管塔隆的这一论据仍有争议，但这是他对激光扫描感兴趣的开始。激光扫描带来了关于巴黎圣母院一些令人惊讶的新信息。学者们长期以来一直怀疑，在塔楼建成之前，西侧立面的施工曾经暂停过一段时间。而塔隆弄明白了其中原因。激光扫描的数据显示，西立面上国王画廊的雕像在过去发生了移动，偏离了铅垂线一英寸（2.54厘米）。塔隆认为这是因为西立面所在的土壤不坚实，开始向北倾斜，导致施工不得不暂停下来，直到建筑师们确信北边地面不再向下倾斜。

“据我所知，这确实是一个从未有人观察过的发现，这很令人惊讶。”库克对本刊赞叹道，“这是一个令人难以置信的声明，因为它不仅是一座如此显眼的标志性建筑，在过去至少几百年里，许多学者都一直在用其他方式思考它，并不完全是现代学术意义上的思考，而是一直在观察这座建筑，写关于它的文章，谈论它，思考它，已经有几百年了。”