实验音乐考古研究中所蕴藏的逆向工程思维与方法.pdf
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1、HUANGZHONG(Journal of Wuhan Conservatory of Music)黄钟(武汉音乐学院学报)2023年第2期文章编号:1003-7721(2023)02-0119-09实验音乐考古研究中所蕴藏的 逆向工程思维与方法潘子敬訾威摘要:实验音乐考古是基于中国音乐考古学研究中大量复原、复制工作的积累,近年来逐渐总结已得经验,而形成的具有极强学科特色的方法论。“复原”是实验音乐考古研究中的主要手段,而在其“复原”过程中所体现的内在逻辑实则与工程学领域下“逆向工程”这一理论高度契合。该文立足于中国音乐考古学学科基本结构理论,将实验音乐考古中所蕴藏的逆向工程理论进行阐明,并梳
2、理其研究目的、研究流程中的共性与特性。关键词:实验音乐考古;研究方法;逆向工程中图分类号:J609.2文献标识码:ADOI:10.19706/42-1062/j.2023.02.010收稿日期:2023-02-23作者简介:潘子敬,男,郑州大学河南音乐学院2021级在读硕士研究生,导师:王子初教授;訾威,男,博士,郑州大学河南音乐学院助理研究员(郑州 450001)。1 王子初:碎金风华:音乐文物的复制、复原研究,北京:科学出版社 2021 年版,第 432452 页。2 方建军:音乐考古学通论,北京:人民音乐出版社 2020 年版,第 262 页。3 朱国伟:“中国实验音乐考古”研究方法初论
3、,音乐研究2022 年第 3 期,第 67 页。近年来随着中国音乐考古学的发展,古乐器复原、复制工作大量进行,诸多学者也累积了丰富的复原、复制研究经验与心得。王子初先生在 2021 年出版的碎金风华:音乐文物的复制、复原研究中将数十年来所进行的古乐器复制、复原项目进行集锦,提出了“中国音乐考古学”的建设问题;1方建军先生也在其所著的音乐考古学通论中将“模拟实验”单独作为章节进行了详细论述,并指出:“音乐考古学的模拟实验,是借鉴实验考古学的方法,运用实体或虚拟制造的手段,对考古发现的音乐遗存进行复制、仿制或模型重建,以探索古代人类的音乐行为和过程。”2 可见由古乐器复制、复原工作经验凝练升华而产
4、生的“中国实验音乐考古”已然成为音乐考古学学界广泛关注与探索的前沿研究方法。朱国伟博士将中国实验音乐考古定义为:“根据考古资料及相关数据,通过对文物本身和制作过程的复原或模拟,来实现对音乐文物或相关事象的材料、结构、成形过程、功能,以及声音特性/音乐性能等方面的认知或检验,进而在古代音乐相关技术和音乐行为方面得到更深的实证性认知。”3实验音乐考古研究方法的操作细节与尺度在此得到了一个较为科学的理论指导与规范。黄钟(武汉音乐学院学报)2023年第2期 120从以上三家观点可以看出,对古代音乐遗存的复原与模拟是贯穿中国实验音乐考古研究的主要方法与手段。通过“复原”4的过程、结果来得到尽可能接近历史
5、上音乐原本面貌的认知,是实验音乐考古研究的核心思路。值得注意的是音乐作为一种即时性的艺术形式,其在历史长河从所遗存的“考古资料”并非是音乐本身,而是音乐各个环节发生时所使用、附着、映射的实体物质,故而中国实验音乐考古的研究目标并非是单纯地复原所得的具体实物,而是破译附着于音乐遗存上的古代音乐信息。王子初先生所主持的曾侯乙编钟、江都王刘非墓编磬等复原研究工作,采用较古代更为先进的铸造工艺与生产设备,其最终所产出的“复制”结果在音乐性能上甚至高于“出土原器物”。可以看到其所追求的不仅是复原出土古乐器的音乐性能、外在面貌,同时还应当还原受制于古代生产技术不能被完全体现于古乐器中的古代音乐认知水平。这
6、在研究逻辑、方法流程中体现出与工程学领域下“逆向工程”这一理念高度重合。一、逆向工程与科技考古的概念和关系逆向工程(ReverseEngineering)5又被称为逆向技术、反求工程,最初是在计算机软件上使用,包括反汇编、反编译、程序分析技术、软件理解工具、功能分析技术,目的是使得软4 这里借用“复原”一词,指代复原、复制、仿制、模拟等一切通过收集考古信息,对音乐遗留进行模仿、构建的行为。而本文对于复原与复制区别的认知主要采用王子初先生的观念(参见王子初:碎金风华:音乐文物的复制、复原研究,第 432452 页)。5 参见中国大百科全书(第三版)(网络版)“逆向工程系统”词条。网址:https
7、:/ 年 3 月 6 日。6 朱三元、刘霄:国内外软件逆向工程综述,计算机应用与软件1990 年第 4 期,第 111 页。7 郑澄:我国纺织工业与技术引进的逆向工程,科技进步与对策1994 年第 3 期,第 5354 页。8 乌克兰Dennis Yurichev:逆向工程权威指南(上册),Archer、安天安全研究与应急处理中心译,北京:人民邮电出版社 2017 年版,第 14 页。9 美兰登书屋辞书编辑室:兰登书屋韦氏大学英语大词典,北京:商务印书馆国际有限公司 2016 年版,第 1433 页。10许智钦、孙长库编著:3D 逆向工程技术,北京:中国计量出版社 2002 年版,第 2 页。
8、件系统便于理解、修改和维护。620 世纪 80 年代,欧美的高校和工业界开始注意到这一领域,他们认为这种逆向思维模式有利于促进工业生产和工程的维护,于 90 年代初各国学术界逐渐开展逆向工程应用于实际生产方面的研究。逆向工程率先在我国纺织工业中得到应用。7时至今日,丹尼斯 尤里切夫(DennisYurichev)在逆向工程权威指南中认为逆向工程仍是计算机软件领域广泛使用的技术。8经过数十年的发展,逆向工程在情报学、管理学、工程学等领域中也形成了各自相对完备的理论体系。笔者将韦氏词典中“逆向工程”定义译为:“通过研究或分析,了解某一产品设计和构造的细节,以便于生产其复制品。”9在制造领域中,逆向
9、工程理论通常是以工程方式执行某一模型的仿制工作。10其基本原理是通过对已得实体模型的全方位测量统计、拆解分析,逆向推导模型的设计结构、生产技术等相关信息,破译其设计、生产等各环节中的完整思路,最终得到完整的设计图纸或虚拟模型用于实物制造的过程。在考古学领域,逆向工程也有了较为丰富的探索与实践。在国内的研究中,一类是逆向工程的应用,如河南工业大学先进制造研究所使用三维激光扫描与 3D 打印技术,对发掘得到的古人类骨骼进行激光扫描,获得完整数字化信息进行存档,并通过 3D 打印获得高精度实验音乐考古研究中所蕴藏的逆向工程思维与方法 /潘子敬訾威 121的复制品用于陈列,避免展览过程中可能造成的损害
10、。11西安工程大学刘凯旋教授等基于逆向工程和人机交互技术,对唐代壁画服饰进行了三维仿真修复,并对复原效果进行了模糊综合评价(Fuzzycomprehensiveevaluation)。12另一类是对逆向工程在文物上应用的技术方法进行深化,如上海工程技术大学与巩义市文物考古研究所进行合作,对于“如何有效利用逆向工程进行文物复制”这一问题进行了技术层面的探讨。13逆向工程在国外的考古研究中同样有着用武之地,鲁丹 斯米利科(RudanSmiljko)使用逆向工程方法,对古代船舶倾覆事件进行了复杂的流固耦合分析,通过重建船舶模型,探索了倾覆事件的可能性原因。14阿萨纳西奥斯 斯蒂利亚迪斯(Athana
11、siosD.Styliadis)讨论了从历史摄影的原始二维图像,利用逆向工程的方法恢复古代纪念碑并实现三维形态的还原问题,15其后他对该方法进行了完善。16欧美学者习惯将使用激光扫描技术从而获得的高精度遗迹、遗物信息的研究方式称之为“数字考古”(digitalarchaeology)。同时亦在积极探索3D 打印技术服务于文物修复、陈列方向的技术革新与适配,2023 年印度那格浦尔大学塔莫11张云龙、惠延波、周颖、朱康、白路遥:古人类骨骼的数字化重建与 3D 打印,科技与创新2023 年第 3 期,第114116 页。12Liu Kaixuan,Wu Hanhan,Ji Yanbo,Zhu Ch
12、un,“Archaeology and Restoration of Costumes in Tang Tomb Murals Based on Reverse Engineering and Human-Computer Interaction Technology,”Sustainability,2022,14(10),p.6232.13刘雅辉、刘淑梅、曹向珂、高永帅、于秋华:CAD 和 3D 打印技术在文物考古中的应用,上海工程技术大学学报2014 年第 2 期,第 154157 页。14Rudan,Smiljko,RadiRossi,Irena,“Application of the
13、State-Of-The Art Engineering Methods in Nautical Archaeology,”Pomorski zbornik,2018.15Athanasios D.Styliadis,“Historical photography-based computer-aided architectural design:Demolished buildings information modeling with reverse engineering functionality,”Automation in Construction,2008,18(1),pp.51
14、-69.16Athanasios D.Styliadis,Lazaros A.Sechidis,“Photography-based faade recovery&3-d modeling:A CAD application in Cultural Heritage,”Journal of Cultural Heritage,2010,12(3),pp.243-252.17Tanmoy Howlader,“Digitization of archaeological remains:the pathway of future archaeological research,”TIJER-Int
15、ernational Research Journal,2023,10(1),pp.42-61.18胡耀武:科技考古研究范式之思考,人类学学报2022 年第 5 期,第 955 页。伊 豪拉德(TanmoyHowlader)在考古遗迹数字化:未来考古研究的途径一文中对近年国外数字考古中所运用的数据收集、3D 打印、三维建模技术进行归纳思考。17可见,当前逆向工程在考古学中的应用是在逐步深化和完善的。20世纪80年代末期我国出现的“科技考古”一词,也缘于自然科学家的命名,18科技考古的定义就是应用自然科学等相关学科的方法和技术开展考古学研究。如碳十四测年、稳定同位素、古 DNA 等领域,以及对样
16、品的处理、提取以及分析技术等皆可以被称之为科技考古。近四十年来,先后出现了“实验室考古”“现代实验技术在考古学中的应用”“科技考古”“考古科技”“科技考古学”和“多学科合作”等相近的词句,尤其是近几年来,人们对于“科技考古”能否代表一个学科或科学领域提出了不同看法。针对这个问题,袁靖教授认为科技考古是一个过渡性用语。由于现在属于科技考古范围内的各个研究领域还有待于成熟,一些新的研究领域还在逐步开发,所以科技考古这个词还会存在很长一段时间。但随着科技考古各个领域的研究逐步完善和独立,在有机地融入黄钟(武汉音乐学院学报)2023年第2期 122考古学的发掘和研究之后,科技考古这个词将逐渐消亡。19
17、笔者赞同袁靖教授的观点,从这个认识出发,当前迅速发展的“实验音乐考古”即是科技考古在音乐考古学领域的专业化发展方向。逆向工程是作为一种适用于多学科领域的技术模式,科技考古则是特定时代背景下,利用自然科学方法开展考古学研究的统称。如果把逆向工程应用于考古学的研究,则也可以视作是一种科技考古方法。近年来广泛被实验研究采用的“3D 打印”技术正是基于逆向工程原理的实践应用型研究手段,方晓阳教授团队的贾湖骨笛的精确复原研究20将“3D 打印”运用于贾湖骨笛的复制研究,正是将逆向工程技术应用于实验音乐考古领域的经典案例。同时实验音乐考古领域中大量的古乐器“复原”研究,其基本逻辑是经历“数据测量与收集数据
18、处理建立模型生产制造”几个基本环节,与逆向工程理论中“数据测量建立模型生产复制”的基本流程完全吻合。二、实验音乐考古与逆向工程在思路与目的上的异同(一)高度接近的研究思路通过目前学界对于实验音乐考古的几种定义,可以看出“复原”的思路贯穿了实验音乐考古研究的始终。“复原”既是研究的过程,亦是研究成果的组成部分。音乐考古学者也正是在大量的复制复原过程中得到古代音乐相关技术和音乐行为方面的过程性知识。故而“如何19袁靖:“科技考古”名称的由来,中国文物报2017 年 2 月 24 日第六版。20方晓阳、邵锜、夏季、王昌燧、潘伟斌、韩庆元:贾湖骨笛的精确复原研究,中国音乐学2012 年第 2 期,第1
19、00105 页。21叶学贤、贾云福、周孙录、吴厚品:化学成份、组织、热处理对编钟声学特性的影响,江汉考古1981 年第 S1 期,第 2636 页。22王子初:碎金风华:音乐文物的复制、复原研究,第 433 页。23王子初:中国音乐考古学,北京:人民音乐出版社 2020 年版,第 2 页。科学地设计实验音乐考古的研究过程”这一问题本身亦是中国实验音乐考古在发展过程中亟待探讨的重点研究内容。例如武汉机械研究所在进行编钟复制研究工作中,叶学贤等技术人员通过铸造“试钟”,在其加工过程中探索出热处理工艺对编钟声学特性的影响这一过程性知识。21其铸造“试钟”的实验方法与过程亦是当下学者进行实验音乐考古研
20、究所需理解消化的重要内容。逆向工程与之相同,亦是在研究过程中产生大量的过程性知识,且获得这些过程性知识也是逆向工程的任务之一。实验音乐考古与逆向工程整体研究思路高度吻合,对于研究对象的研究认识主要通过“复原”的过程直接获得或总结提取获得。在研究的基本步骤上两者亦具有高度共性,“复原”过程中呈现出“数据收集、测量数据处理与模型建立模型输出呈现”的基本流程。整体比对实验音乐考古与逆向工程的研究思路与主要研究步骤,可以直观地看出两者研究理论、研究过程的内在逻辑存在着极强的相似性。(二)研究目标、技术手段上存在的差别实验音乐考古作为服务于音乐考古学的一种研究方法,22其研究的最终目标应当与音乐考古学研
21、究目标保持高度一致,从王子初对于音乐考古学的定义“通过对古代音乐文化遗迹和遗物的调查发掘,并对由此所得的实物资料进行分析判断来研究音乐历史的学问。音乐考古学同样应该是音乐史学的一个分支或部门”23,可以看出音乐考古学研究目标是通过对历史遗留实验音乐考古研究中所蕴藏的逆向工程思维与方法 /潘子敬訾威 123的破译、解读,研究认识音乐历史。故而实验音乐考古的目标是形成对于音乐历史的相关认知,换言之实验音乐考古目标在于尽可能“还原”历史中的音乐生活面貌与探索历史中的音乐理论认知。而逆向工程的主要研究目标是对目标模型进行复制生产与获得制造技术相关认知,并将所得认知用于提升已有生产技术。两者研究目标的不
22、同主要体现在,实验音乐考古研究目标是探索古代音乐遗存材料所体现的古代音乐认知水平;而逆向工程的研究目标是在探索目标模型认知的基础上,将其已有认识运用于实际生产,或用于提升当前技术水平。逆向研究中得到认识所能带来的“产能”上的提升才是其研究的实际目标。与实验音乐考古以历史认知面貌的最终目标存在区别。另一不同之处在于目前两者研究所惯用的具体技术手段存在一定的不同。本文亦将通过对两者研究各步骤所使用不同技术进行对比讨论,探索两者所使用研究技术在日后的研究中是否具有互用共通的可能。目前的实验音乐考古研究中有关编钟的复原研究案例较为丰富,研究思路、步骤较为成熟,能够较为直观的体现实验音乐考古研究中的逆向
23、思维,故而此处以编钟复原研究为例在研究流程上与逆向工程进行比较,图 1、图 2 是两者研究中所使用的基本流程及手段示意图。图 1 的编钟复原研究流程在曾侯乙编钟复原工作24、大云山编钟乐音性能复原铸造的研究25等诸多具体实验中都有较为直观的体现。而当下广泛应用于工业制造领域的逆向工程虽有着24湖北省博物馆:经多学科研究,曾侯乙编钟复制已基本成功,江汉考古1981 年第 S1 期,第 8891 页。25王子初、李明安:江苏盱眙大云山 1 号墓出土西汉编钟的复制研究,艺术百家2018 年第 1 期,第 98110 页;李一辉、李明安:大云山编钟乐音性能复原铸造的研究与实践,特种铸造及有色合金202
24、1 年第 41 卷第 10 期,第 13181320 页。26所引用图片中将“CAD 模型重构”单独作为一个步骤,此步骤实际上是对已收集数据进行组装处理,故而本文在研究逻辑上将其与“测量数据的处理”共同理解为广义上的“数据处理”。27该图为笔者根据编钟复原实践经验绘制。28张军翆、张晓娜主编:先进制造技术,北京:北京理工大学出版社 2013 年版,第 26 页,原图 2-8。与之共同的研究逻辑,但所惯用的研究手段各具学科特色。逆向工程所使用的具体技术更新迭代速度是较快的,且主要依靠计算机、精密扫描仪器等手段完成整体研究中各个步骤。图2 所示,目前逆向工程研究在实际运用中并不拘泥于某种具体的技术
25、手段,而是广泛采取多种测量、分析仪器与软件达到研究目的。26图 1实验音乐考古中编钟复原流程示意图27图 2逆向工程工作流程示意图28总体上中国实验音乐考古研究与逆向工程理论具有高度相似的主体逻辑,在研究最终目标上存在着一定差异。在研究所用的具体手段黄钟(武汉音乐学院学报)2023年第2期 124上,目前大多实验音乐考古所用技术手段是基于传统“翻模铸造”思路,借用多种测量、分析、铸造手段形成的;逆向工程则是依托数字化测量仪器、计算机编程模拟等信息化手段进行复原研究。但可以明确的是两者在具体手段上并不排斥借用领域之外的先进技术。三、数据测量与采集方式(一)实验音乐考古常用的数据测量、采集手段实验
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