壁畫類文化遺產(chǎn)的數(shù)字化發(fā)展

吳健

摘要：敦煌莫高窟壁畫數(shù)字化是數(shù)字遺產(chǎn)領(lǐng)域影響較大的項目，數(shù)字化工作較有典型性——通過數(shù)字化技術(shù)最終讓文化遺產(chǎn)活起來，傳承其承載的文化內(nèi)涵。敦煌莫高窟通過與國內(nèi)外的合作，完成了各項科研攻關(guān)，最終形成了一整套敦煌石窟數(shù)字化的方法和規(guī)范流程，擁有多項關(guān)鍵技術(shù)。后來又以科研單位為依托，發(fā)揮企業(yè)平臺，將科研成果充分轉(zhuǎn)化，形成科研與服務(wù)的新模式。壁畫類遺產(chǎn)數(shù)字化的采集、處理、存儲等關(guān)鍵技術(shù)的研究，壁畫數(shù)字化成果價值的深入挖掘，數(shù)字化成果在學(xué)術(shù)研究、數(shù)字展覽和文創(chuàng)產(chǎn)品的開發(fā)等領(lǐng)域的應(yīng)用，都是值得探討和期許的。

關(guān)鍵詞：壁畫類遺產(chǎn)；敦煌莫高窟；數(shù)字化保護(hù)；數(shù)字化成果應(yīng)用

一、引言

壁畫是人類歷史上最早的繪畫形式之一，壁畫類文化遺產(chǎn)主要出現(xiàn)在洞窟、宮殿、寺觀和墓葬之中，與其周圍的建筑物相融合，承載著人類歷史文明?！瓘脑忌鐣坍嬘浭轮两瘢瑖鴥?nèi)外保存有大量的古代壁畫，如印度壁畫、歐洲宗教壁畫、中國佛教石窟壁畫等。敦煌莫高窟集壁畫、建筑和彩塑于一體，是人類文化藝術(shù)的瑰寶，經(jīng)過1600余年的發(fā)展，目前保存有十六國、北魏、西魏、隋、唐、宋等十個時期的壁畫，壁畫色彩豐富、題材形式多樣，有經(jīng)變畫、故事畫、服飾、圖案等，具有極高的歷史價值、藝術(shù)價值和科學(xué)價值。面對如此珍貴的古代壁畫，近百年來保護(hù)工作者們已投入大量的人力、財力和物力，采取了積極有效的措施，進(jìn)行了卓有成效的保護(hù)，但是文物是不可再生的，如何將壁畫類文化遺產(chǎn)永久保存，在上世紀(jì)始終是一個難題。敦煌石窟壁畫數(shù)字化經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范流程，掌握了多項數(shù)字化核心技術(shù)。本文將以敦煌莫高窟的數(shù)字化為例，介紹敦煌石窟壁畫數(shù)字化的內(nèi)涵、歷程、關(guān)鍵技術(shù)和數(shù)字化成果應(yīng)用，以及各個時期數(shù)字化技術(shù)對數(shù)字化保護(hù)與展示的影響。

二、壁畫類文化遺產(chǎn)數(shù)字化的內(nèi)涵

壁畫類文化遺產(chǎn)目前存在多種病害，例如起甲、龜裂、皰疹、酥堿和空臌等，并且易發(fā)生顏料層脫落、褪色等現(xiàn)象。壁畫類遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)是通過攝影采集和計算機(jī)等技術(shù)，將壁畫類遺產(chǎn)當(dāng)前的信息以計算機(jī)數(shù)據(jù)的形式永久地記錄下來，并且能夠多次重復(fù)使用。壁畫數(shù)字化的生命周期為數(shù)據(jù)采集、加工、存儲、傳輸、交換和服務(wù)，所以，壁畫數(shù)字化的內(nèi)涵不僅僅是單純的攝影與計算機(jī)相加。經(jīng)過對敦煌石窟壁畫20余年的數(shù)字化探索與研究，總結(jié)壁畫類遺產(chǎn)數(shù)字化的內(nèi)涵，即融學(xué)術(shù)、技術(shù)和藝術(shù)于一體。

壁畫類文化遺產(chǎn)數(shù)字化，不能盲目地去采集數(shù)據(jù)，首先，需要了解石窟寺被拍攝對象的歷史、藝術(shù)和科學(xué)價值。遵循文物保護(hù)法則，深入學(xué)習(xí)壁畫類數(shù)字化相關(guān)專業(yè)技術(shù)的理論知識，最終制定科學(xué)的實施方案。

壁畫類遺產(chǎn)數(shù)字化具體的工程實施，需要通過多種技術(shù)手段實現(xiàn)，要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，把握流程中的每一個細(xì)微環(huán)節(jié)，將不同階段的數(shù)據(jù)科學(xué)、永久存儲。在壁畫類遺產(chǎn)數(shù)字化的不同階段，要有創(chuàng)新的理念，積極引進(jìn)新技術(shù)，并且應(yīng)用在實際工作之中。

壁畫類遺產(chǎn)數(shù)字化的目的首先是為了永久保存壁畫信息，但是更重要的是如何利用這些數(shù)據(jù)，充分展現(xiàn)壁畫的藝術(shù)價值。在保護(hù)好文物數(shù)字化數(shù)據(jù)的前提下，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如何將塵封的數(shù)據(jù)鮮活起來，注入新的生命活力，在高品質(zhì)還原文物本體的同時，精心設(shè)計、藝術(shù)加工、拓展思路、憑添氛圍、加強(qiáng)利用、再現(xiàn)輝煌。

三、壁畫類文化遺產(chǎn)數(shù)字化歷程

1990年代，在美國梅隴基金會的支持下，敦煌研究院與美國西北大學(xué)合作，開展敦煌石窟壁畫數(shù)字化研究工作。最開始采用膠片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將膠片沖印、掃描，再進(jìn)行拼接，由于膠片在敦煌沖印不便，膠片掃描過程中信息的損失，最終沒有采取這種形式。自1980年代數(shù)碼相機(jī)的誕生至1990年代，數(shù)據(jù)相機(jī)的技術(shù)有了大幅度的提升：像素提高、存儲能力增加、鏡頭成像能力增強(qiáng)。敦煌研究院與美國西北大學(xué)再次合作實驗，利用數(shù)據(jù)相機(jī)采集數(shù)據(jù)，隨著實驗成功，最終確定了敦煌壁畫數(shù)字化技術(shù)的基本形式，數(shù)據(jù)采集精度確定為75DPI，將數(shù)碼相機(jī)架設(shè)在攝影采集架上，利用軌道進(jìn)行散點(diǎn)分幅拍攝，通過專業(yè)圖像處理軟件進(jìn)行圖像拼接，最終完成整幅壁畫的數(shù)字圖像。截至2005年底，敦煌研究院與美國大學(xué)合作完成了22個敦煌石窟典型洞窟的數(shù)字化，完成基于OuickTime VR技術(shù)的虛擬漫游洞窟5個。另外，敦煌石窟壁畫數(shù)字化團(tuán)隊還與浙江大學(xué)、武漢大學(xué)等高校在壁畫數(shù)字化圖像處理、圖像定位糾正等領(lǐng)域常年合作。

敦煌研究院自1990年代開始，先后承擔(dān)完成多項有關(guān)敦煌壁畫數(shù)字化技術(shù)研究和攻關(guān)的科研項目，如甘肅省科委“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“敦煌壁畫的計算機(jī)貯存與管理系統(tǒng)的研究”，國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“瀕危珍貴文物信息的計算機(jī)存貯與再現(xiàn)系統(tǒng)”，國家“863”項目“曙光天演Power PC工作站在文物保護(hù)中的應(yīng)用”，國家科技支撐項目“基于三維和沉浸式展示文物數(shù)字展示關(guān)鍵技術(shù)研究”、“文化遺產(chǎn)動態(tài)表現(xiàn)與影視系統(tǒng)技術(shù)研究”和“絲綢之路（中國段）文化遺產(chǎn)資源地理信息系統(tǒng)及文化旅游服務(wù)集成技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范”等。尤為重要的是承擔(dān)了國家科技支撐計劃課題“不可移動文物數(shù)字化保護(hù)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)研究與示范（以石窟寺為例）”制定完成不可移動文物數(shù)字化保護(hù)（以石窟寺為例）采集、加工、存儲、傳輸、交換、服務(wù)等系列關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，解決目前不可移動文物數(shù)字化采集、加工、存儲、傳輸、交換、服務(wù)等方面的方式方法眾多、形式多樣、雜亂無章、參差不齊，沒有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系的問題以及信息孤島問題，提高不可移動文物機(jī)構(gòu)問的資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、安全保證和互聯(lián)互通能力。

為了加快敦煌石窟壁畫數(shù)字化工作，2006年敦煌研究院成立了“數(shù)字中心”，并于2014年更名為“文物數(shù)字化研究所”，下分五個專業(yè)工作室：圖像采集研究室、圖像處理研究室、多媒體研究室、視頻采編室、數(shù)據(jù)信息管理研究室，將承擔(dān)不可移動文物和可移動文物的數(shù)據(jù)采集、加工、存儲、傳輸、交換和展示等數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)研究，以及數(shù)字化工程方案的制定與實施工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，敦煌石窟壁畫數(shù)字化采集精度從75 DPI，提升至150PDI，最終確定為300DPI，壁畫數(shù)字化的最終成果能夠滿足出版印刷、展覽展示等各種需求。

隨著事業(yè)發(fā)展的需要，2012年由敦煌研究院與中國敦煌石窟保護(hù)研究基金會合資注冊，成立甘肅恒真數(shù)字文化科技有限公司。敦煌研究院在敦煌石窟壁畫數(shù)字化積累的多項科研成果，通過國家古代壁畫與土遺址保護(hù)工程技術(shù)研究中心平臺，進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)化與推廣，使科研人員專心研究壁畫數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)，解決實際工作中遇到的問題，提高敦煌石窟壁畫數(shù)字化的生產(chǎn)效率和技術(shù)水平，而甘肅恒真數(shù)字文化科技有限公司通過科技成果轉(zhuǎn)化可以進(jìn)一步反哺科研，科研與企業(yè)相輔相成。

四、壁畫類文化遺產(chǎn)數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)

攝影采集攝影采集工作是壁畫數(shù)字化的第一個重要環(huán)節(jié)，利用定制的軌道，對壁畫逐格、逐行攝影采集，為了保證采集的數(shù)據(jù)達(dá)到規(guī)定要求，在攝影采集現(xiàn)場有一名圖像處理人員，將拍攝的一行數(shù)據(jù)在計算機(jī)上對圖像的曝光、清晰度、重合度、數(shù)量等技術(shù)參數(shù)做檢查，符合要求攝影師再進(jìn)行下一行的拍攝。

圖像處理前期攝影采集的原始照片由后期圖像處理人員進(jìn)行圖像拼接處理，將重疊50%的圖像拼接成一幅完整的圖像。拼接技術(shù)也在不斷地改進(jìn)，由最初的純手工拼接到目前自動拼接與手動拼接相結(jié)合的方式，對拼接圖像的形變、色彩等方面做了較好的控制。

定位糾正最終拼接的圖像利用激光掃描獲取的點(diǎn)云影像強(qiáng)度圖，利用壁畫定位、糾正和測量系統(tǒng)，進(jìn)行圖像形變糾正，可將圖形形變控制在2毫米之內(nèi)。

全景漫游攝影采集是全景漫游制作的基礎(chǔ)工作。采集前根據(jù)洞窟的形制選擇節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和位置，采集時在節(jié)點(diǎn)位置支穩(wěn)三腳架，腳架的高度一般在1.6至1.8米之間，具體高度根據(jù)采集時的實際情況決定。根據(jù)采集時所用的鏡頭來決定云臺的旋轉(zhuǎn)角度和拍攝張數(shù)。完成一個節(jié)點(diǎn)的采集后，在改變腳架位置前要及時安排圖像檢查人員對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場檢查，檢查內(nèi)容包括圖像的焦點(diǎn)、白平衡、曝光、相鄰圖像的重合度等。確保采集的內(nèi)容沒有問題后再挪動三腳架進(jìn)行下一個節(jié)點(diǎn)的拍攝。圖像處理首先從源文件中選擇需要拼接處理的圖片，拼接成長寬比為2：1的全景圖像，同時檢查圖像，在拼接錯誤的部位手動添加標(biāo)記點(diǎn)，確保圖像拼接平整、過度自然，按最大尺寸輸出全景圖像并備份至服務(wù)器。根據(jù)實際需求選擇全景漫游的格式，一般有mov、swf、html5等。

數(shù)據(jù)校驗敦煌壁畫數(shù)字化流程復(fù)雜，數(shù)據(jù)通過SD卡、移動硬盤、硬盤、網(wǎng)絡(luò)等多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，已發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸不一致的問題，針對此問題自主設(shè)計并開發(fā)了敦煌石窟海量數(shù)據(jù)無差錯傳輸校驗軟件，針對不同介質(zhì)的傳輸速率對數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊傳輸再合并，最終進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恢滦院屯暾浴?/p>

數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲對整個數(shù)字化來說非常重要，敦煌石窟壁畫數(shù)字化的數(shù)據(jù)已累計產(chǎn)生近100TB的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量每年增長20余TB。針對如此巨大的數(shù)據(jù)量，首先建立了數(shù)據(jù)管理規(guī)章制度，在壁畫數(shù)字化生命周期的不同階段，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型制定數(shù)據(jù)安全等級；然后劃分邏輯存儲空間：工作空間、數(shù)據(jù)存儲空間、數(shù)據(jù)備份空間等；最終通過硬件存儲設(shè)備搭建磁盤陣列，建立足夠的物理存儲空間，確保數(shù)據(jù)安全存儲。通過建立規(guī)范的文件目錄結(jié)構(gòu)和圖像數(shù)據(jù)庫，提高數(shù)據(jù)管理和使用的效率。

五、數(shù)字化成果應(yīng)用

敦煌石窟數(shù)字化已產(chǎn)生豐富的數(shù)字化成果，目前已完成近120個洞窟的攝影采集、40余個洞窟圖像處理、110余個洞窟的全景漫游、20身彩塑的三維重建、120個洞窟的結(jié)構(gòu)掃描，另外還有視頻資料、4萬余張底片的數(shù)字化等多種多樣的數(shù)字化成果。對如此珍貴的數(shù)字化數(shù)據(jù)既要保存好，更應(yīng)該充分利用這些數(shù)據(jù)，發(fā)揮數(shù)據(jù)更大的價值。

敦煌石窟的壁畫內(nèi)容豐富，國內(nèi)外有眾多的敦煌學(xué)研究人員，已產(chǎn)生大量的研究成果。隨著數(shù)字化工程的加快，高清的數(shù)字化成果將通過計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等手段服務(wù)于學(xué)術(shù)研究人員，使研究人員擺脫在洞窟昏暗的光線、甚至長遠(yuǎn)距離觀看洞窟壁畫內(nèi)容，研發(fā)了大容量圖像快速瀏覽系統(tǒng)，不受硬件設(shè)備、時間和地點(diǎn)的約束，在計算機(jī)屏幕上可瀏覽壁畫的每一個細(xì)節(jié)。利用數(shù)字資源，為美術(shù)臨摹提供樣本，依照高保真復(fù)制品進(jìn)行起稿臨摹，在節(jié)約臨摹成本時，大幅度地提高工作效率。通過點(diǎn)云壁畫數(shù)字化獲取圖像的精度，糾正圖像處理之后出現(xiàn)變形的壁畫，大幅度提高了考古測繪的準(zhǔn)確度。

2014年在蘭州舉辦的“敦煌藝術(shù)走出莫高窟——數(shù)字敦煌”集中展現(xiàn)了敦煌石窟數(shù)字化成果，展覽通過整體設(shè)計，以數(shù)字技術(shù)為支撐，全面展示了敦煌石窟藝術(shù)精華，展覽虛實結(jié)合、動靜相依，使得科技與藝術(shù)高度融合并相得益彰，營造了良好的數(shù)字文化展示環(huán)境，滿足了觀眾多種需求和個性化的文化體驗，形成了絲綢之路中國段文化旅游展示與體驗創(chuàng)新服務(wù)模式，初步實現(xiàn)科技支撐、文化體驗、時空旅游、服務(wù)引領(lǐng)的目的和宗旨。敦煌莫高窟數(shù)字展示中心主題電影《千年莫高》和球幕電影《夢幻佛官》都是這種全新的數(shù)字展示模式的集中反映，并為日新月異的文化旅游打開了新的體驗窗口，對文化遺產(chǎn)的保護(hù)與應(yīng)用具有重要的作用。

隨著國家對文化產(chǎn)業(yè)的支持，挖掘敦煌石窟數(shù)字化資源，整理提取具有鮮明的絲綢之路文化遺產(chǎn)特色的豐富創(chuàng)意素材，提升創(chuàng)意轉(zhuǎn)化率，文化與創(chuàng)意結(jié)合，讓豐富多彩的石窟藝術(shù)進(jìn)入到生活的方方面面。以利用敦煌石窟數(shù)字資源開發(fā)設(shè)計的創(chuàng)意衍生品，具有鮮明的敦煌特色，例如“數(shù)字敦煌”系列文創(chuàng)產(chǎn)品，得到了社會各界的一致好評，并且取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

六、結(jié)語

敦煌石窟壁畫類遺產(chǎn)經(jīng)過20余年的發(fā)展，攻克了大型洞窟、壁畫凹凸不平、煙熏壁畫、狹小空間等圖像采集與處理，超大容量圖像快速瀏覽、數(shù)據(jù)安全管理、數(shù)字化成果價值深度挖掘、應(yīng)用與集成展示等一項項難題，形成了一整套壁畫數(shù)字化的方法和規(guī)范流程。經(jīng)過敦煌石窟、新疆克孜爾、西藏夏魯寺、山東岱廟、河北毗盧寺、河北曲陽北岳王廟等不同壁畫類遺產(chǎn)的數(shù)字化工程實施，充分驗證了敦煌石窟壁畫數(shù)字化技術(shù)的可靠性和先進(jìn)性。敦煌石窟的壁畫數(shù)字化不僅僅是一項工程，更重要的是擔(dān)負(fù)的社會責(zé)任，盡快制定以石窟寺為例的不可移動文物數(shù)字化保護(hù)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范壁畫類數(shù)字化行業(yè)的工程實施，提高資源共享的能力，響應(yīng)習(xí)近平總書記提出的“讓收藏在博物館里的文物、陳列在廣闊大地上的遺產(chǎn)、書寫在古籍里的文字都活起來，讓中華文明同世界各國人民創(chuàng)造的豐富多彩的文明一道，為人類提供正確的精神指引和強(qiáng)大的精神動力”的號召，讓壁畫類遺產(chǎn)通過數(shù)字化技術(shù)，傳承其承載的文化內(nèi)涵。

（責(zé)任編輯：孫秀麗）