應(yīng)用紅外攝影研究木梯寺煙熏壁畫(huà)

張 遙, 李 博, 鄭 宇, 馬顯軍, 郭 宏*

1. 北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院，北京 100083 2. 北京國(guó)文琰信息技術(shù)有限公司，北京 100192 3. 武山縣文體廣電和旅游局，甘肅 天水 741300

引 言

多光譜攝影主要是指在不同波段光源下的一種拍攝方式，光源大體分為紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。多光譜成像技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到航天、天文、遙感、醫(yī)療、軍事、刑偵等領(lǐng)域[1]。近年，隨著波段寬度變窄、分辨率變高，這種非介入的調(diào)查方法越來(lái)越多的應(yīng)用于文物研究，尤其是在繪畫(huà)作品的調(diào)查、文物保護(hù)檔案的記錄、前人修復(fù)工作的評(píng)估、文物最初狀態(tài)的還原、藝術(shù)品真?zhèn)蔚谋鎰e、畫(huà)家創(chuàng)作技法演變的研究，甚至是礦物顏料的識(shí)別[2]等方面均發(fā)揮著重要作用。

光學(xué)調(diào)查法因無(wú)需采樣，以無(wú)損、非接觸、不介入等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到文物工作者的重視。X光照相攝影、泛光正射攝影、側(cè)光正射攝影、紅外成像、紫外熒光成像技術(shù)等已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)[3]。

在揭示文物畫(huà)面隱藏信息研究中，紅外攝影技術(shù)憑借易操作、周期短、效果好、成本低等優(yōu)勢(shì)被使用。

在拜占庭Protaton教堂壁畫(huà)的研究中，Daniilia等[4]使用紅外攝影技術(shù)對(duì)繪畫(huà)技法、畫(huà)面內(nèi)容進(jìn)行了分析和記錄，詮釋受損狀態(tài)及后期干預(yù)的壁畫(huà)狀況。Kamal等[5]對(duì)兩幅拉丁美洲危地拉馬瑪雅文明晚期(AD600～800)壁畫(huà)進(jìn)行了分析，觀測(cè)到諸多可見(jiàn)光下無(wú)法識(shí)別的細(xì)節(jié)。鶴林寺金堂中，嚴(yán)重?zé)熝右餐ㄟ^(guò)此項(xiàng)技術(shù)識(shí)別了畫(huà)像[6]。胡可佳等對(duì)陜西安康紫陽(yáng)北五省會(huì)館壁畫(huà)做了紅外攝影調(diào)查，與可見(jiàn)光拍攝進(jìn)行對(duì)比，探尋壁畫(huà)繪制起稿線、筆觸、號(hào)色標(biāo)注等信息。柴勃隆[1]利用紅外攝影識(shí)別出莫高窟275窟南壁繪畫(huà)線條。在韓休墓壁畫(huà)中，許文忠等(見(jiàn)本刊37卷10期3235頁(yè))利用紅外攝影觀察出兒童更改為胡人的細(xì)節(jié)，同時(shí)增強(qiáng)毛毯邊緣紋理，進(jìn)一步推動(dòng)壁畫(huà)細(xì)節(jié)的研究工作。

由于壁畫(huà)多保存于開(kāi)放的石窟或寺院，自然環(huán)境和人為因素對(duì)壁畫(huà)表面造成影響，尤其是污染和材料變質(zhì)導(dǎo)致字跡和線條不清，無(wú)法識(shí)別，常常給研究工作帶來(lái)困難[7]。紅外攝影技術(shù)在具有影響力的大型佛教石窟壁畫(huà)研究中有所應(yīng)用，但在中小型石窟壁畫(huà)研究中卻極為少見(jiàn)。這與中小型石窟地理位置偏遠(yuǎn)、文化遺存較少、歷史文獻(xiàn)缺乏、佛教石窟學(xué)術(shù)研究薄弱等因素有關(guān)。但作為我國(guó)佛教石窟不可或缺的一部分，如何使用高效、便捷的方法研究壁畫(huà)將成為石窟壁畫(huà)研究的另一重要內(nèi)容。以甘肅隴東南的小型石窟代表木梯寺石窟為研究對(duì)象，對(duì)壁畫(huà)進(jìn)行紅外攝影數(shù)據(jù)采集，輸出成果用于揭示煙熏下壁畫(huà)隱藏信息，以達(dá)到恢復(fù)壁畫(huà)畫(huà)面、探討壁畫(huà)創(chuàng)作意圖、佐證石窟開(kāi)鑿年代的目的。

1 紅外攝影

紅外攝影技術(shù)是利用光譜范圍780～3 000 nm之間的紅外光和物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的反射、折射、透射以及物體本身所發(fā)射的紅外熒光攝影成像的[8]。

在可見(jiàn)光下，字跡或線條與周邊物質(zhì)具有相同的反射或透射率，人眼無(wú)法區(qū)分。有些繪畫(huà)顏料對(duì)紅外光有較高的吸收性，例如普魯士蘭、石青、炭黑、墨汁等，它們?cè)诩t外光源的照射下，與具有較強(qiáng)紅外反射性的物質(zhì)形成反差，從而同周?chē)镔|(zhì)區(qū)分出來(lái)[7]。利用紅外攝影可以穿透物質(zhì)表面而獲得表層以下清晰影像的特性，可對(duì)壁畫(huà)浮塵下面及肉眼無(wú)法辨識(shí)的壁畫(huà)內(nèi)容進(jìn)行探測(cè)與研究[1]，同時(shí)用于研究可見(jiàn)光下觀察不到的隱藏信息，例如覆蓋層底下的畫(huà)面、底稿或重描的線條[8]，甚至是損壞、剝落、修復(fù)、繪制變更等歷史信息[9]。

紅外攝影技術(shù)可揭示出壁畫(huà)被煙熏遮蓋畫(huà)面和顏料層下底稿信息。應(yīng)用此技術(shù)調(diào)查和研究甘肅木梯寺石窟煙熏壁畫(huà)。

木梯寺石窟位于甘肅省天水市武山縣，龕窟分布于桐樹(shù)灣和松樹(shù)灣。具體建造年代無(wú)籍可考，根據(jù)近年發(fā)掘出土的明代重建寺序(木牌)，木梯寺石窟開(kāi)鑿于北魏[10]，現(xiàn)能查找到年代最為久遠(yuǎn)的遺物為唐代的14號(hào)大佛窟?，F(xiàn)存龕窟20個(gè)，各類(lèi)造像70尊，壁畫(huà)約130 m2。壁畫(huà)主要分布在1號(hào)、5號(hào)、7號(hào)、13號(hào)窟，尤以1號(hào)窟(稱(chēng)朝陽(yáng)洞或接引佛洞)、13號(hào)窟(玉皇閣)壁畫(huà)最為精美。但這些壁畫(huà)因宗教活動(dòng)，表面煙熏嚴(yán)重，畫(huà)面不清，不利于文物價(jià)值的揭示。

2 煙熏壁畫(huà)紅外攝影調(diào)查與研究

選取朝陽(yáng)洞北壁壁畫(huà)和玉皇閣西壁壁畫(huà)為對(duì)象，進(jìn)行紅外攝影數(shù)據(jù)采集。

主要設(shè)備有：型號(hào)為EOS 60D的佳能數(shù)碼照相機(jī)，配備定焦78 mm F3.8鏡頭，固定數(shù)碼相機(jī)所用的三腳架或升降作業(yè)平臺(tái)；獵蹤專(zhuān)業(yè)紅紫外光源，發(fā)光波長(zhǎng)為400～1 100 nm；成像窄帶850 nm濾光片。

將光源置于相機(jī)兩側(cè)等距離垂直于鏡頭，保證光線均勻。因紅外光波長(zhǎng)和可見(jiàn)光波長(zhǎng)不同，兩者焦點(diǎn)不在同一平面上，故而確定取景范圍后，需手動(dòng)調(diào)節(jié)焦環(huán)，反復(fù)對(duì)焦，直至光照范圍內(nèi)客體表面清晰地呈現(xiàn)在顯示屏幕上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，拍攝參數(shù)：相機(jī)調(diào)至“C”的拍攝模式下，光圈f/5.6，曝光時(shí)間1/15 s，拍攝距離約0.8 m。

2.1 壁畫(huà)畫(huà)面調(diào)查

由于長(zhǎng)期的宗教活動(dòng)，朝陽(yáng)洞北壁壁畫(huà)煙熏嚴(yán)重，病害覆蓋面積超過(guò)60%，厚度達(dá)25 μm，壁畫(huà)畫(huà)面內(nèi)容已無(wú)法識(shí)別。根據(jù)文獻(xiàn)可知，朝陽(yáng)洞窟東、西壁壁畫(huà)均為清代繪制，各繪制2天王1力士。北壁壁畫(huà)分為上下層，上層為清代繪制，內(nèi)容為藤草紋和火焰紋組成的背光圖案，部分脫落，目前殘存云紋；下層壁畫(huà)為明代繪制，兩端各繪制一身菩薩像[10]。

圖1 朝陽(yáng)洞北壁煙熏壁畫(huà)現(xiàn)狀圖Fig.1 Status of sooty murals on the north wall of Chaoyang cave

在肉眼不可識(shí)別的情況下，使用KEYENCE VHX-5000顯微鏡原位觀察北壁畫(huà)面，如圖2所示。

圖2 煙熏壁畫(huà)顯微鏡觀察Fig.2 Microscopic observation of sooty murals(a)：High-resolution photo; (b)：Microphotograph

由于煙熏長(zhǎng)時(shí)間積累，厚度較大，顯微鏡放大20倍后，壁畫(huà)畫(huà)面仍不可識(shí)別，僅見(jiàn)煙熏表面。使用紅外攝影對(duì)煙熏嚴(yán)重菩薩像的腹部、足部進(jìn)行拍攝，獲取壁畫(huà)信息，如圖3所示。

圖3 朝陽(yáng)洞北壁壁畫(huà)菩薩像局部Fig.3 Part of the Bodhisattva on the north wall of Chaoyang Cave

可見(jiàn)光下菩薩像腹部為黑褐色，無(wú)線條和紋飾；紅外光下腹部可見(jiàn)服飾褶皺，左手腕處的手鐲輪廓也清晰可見(jiàn)。菩薩像原為赤足踩蓮設(shè)計(jì)，由于煙熏污染，足部輪廓被覆蓋，紅外光照片中觀察，足部線條繪制流暢、清晰。

受作業(yè)空間限制，無(wú)法直接拍攝菩薩全身紅外照片。應(yīng)用激光打線器將畫(huà)面劃分成大小一致的區(qū)域，在保證拍攝距離一定的條件下，升降作業(yè)平臺(tái)，獲取紅外光照片，并按順序拍攝每一個(gè)區(qū)塊，保證相鄰影像間80%左右的重疊度，拼接后獲得菩薩全身像紅外光照片，如圖4所示。

圖4 朝陽(yáng)洞北壁下層壁畫(huà)菩薩像Fig.4 The Bodhisattva of lower layer on the north wall of Chaoyang Cave(a)：Visible image; (b)：Infrared image

由圖4可知，菩薩下著裳裙、外披飄帶；面朝大門(mén)方向，雙手佩戴手環(huán)并結(jié)印，赤足站于蓮葉之上，身長(zhǎng)五頭半，比例協(xié)調(diào)，造型勻稱(chēng)。頸部佩戴瓔珞，圓形佛頭光，面相豐滿，衣褶層疊，造像端莊雍容，華而不媚。

該處菩薩像為先繪制主體，填色完成后，添加飄帶點(diǎn)綴，在其面部、胸部、手腕等處有所遮蓋。飄帶覆蓋區(qū)域顏料層較厚，煙熏嚴(yán)重。利用紅外光拍攝后，獲取了壁畫(huà)的底稿，但遮擋部分仍未可知。將圖片導(dǎo)入軟件中，在“色彩范圍”中提取飄帶色彩，自動(dòng)選取畫(huà)面中飄帶范圍，調(diào)整色彩容差值和色階，直至畫(huà)面清晰。

圖5 朝陽(yáng)洞北壁下層壁畫(huà)菩薩像色彩容差處理圖Fig.5 The Bodhisattva of lower layer on the north wall

唇部、鼻部、下頜輪廓基本清晰，面部輪廓完整；原本被飄帶覆蓋的左胸掛件也可觀察到，與右胸掛件形狀一致；左手掌心、右手手腕處也清晰可見(jiàn)，恢復(fù)菩薩像原本形態(tài)面貌。

2.2 壁畫(huà)底稿調(diào)查

玉皇閣內(nèi)存3幅壁畫(huà)，明代繪制[10]。北壁壁畫(huà)繪制花卉屏風(fēng)；東西兩壁各繪制2身手持兵刃、身著長(zhǎng)袍的道教護(hù)法神。窟內(nèi)煙熏污染相對(duì)較少，壁畫(huà)多存有積塵、蜘蛛網(wǎng)，畫(huà)面基本可識(shí)。可見(jiàn)光照片對(duì)壁畫(huà)顏料層表面信息進(jìn)行記錄，繪制工藝僅停留在可觀察到的表層圖案上。對(duì)于原有繪制內(nèi)容無(wú)法直觀、清晰再現(xiàn)，壁畫(huà)繪制技法也不能進(jìn)行深層次地分析。

對(duì)玉皇閣前殿壁畫(huà)進(jìn)行紅外線拍攝，探索顏料層下壁畫(huà)繪制底稿或初期形態(tài)。發(fā)現(xiàn)西壁男女護(hù)法神面部底稿與顏料層表面有所差異，如圖6、圖7所示。

圖6 玉皇閣西壁壁畫(huà)男護(hù)法神Fig.6 The male deity on the west wall of Yuhuang Cave(a)：Visible image; (b)：Infrared image

圖6的可見(jiàn)光照片中護(hù)法神眉毛成弧形，嚴(yán)肅的神情中帶有慈愛(ài)的目光。紅外照片中男護(hù)法神眉毛最初設(shè)計(jì)為射線狀，說(shuō)明在壁畫(huà)繪制之處，原定是將護(hù)法神刻畫(huà)為兇狠、威嚴(yán)、嚴(yán)肅的形象，反映了壁畫(huà)繪制過(guò)程中創(chuàng)作意圖的改變。

圖7 玉皇閣西壁壁畫(huà)女護(hù)法神Fig.7 The famle deity on the west wall of Yuhuang Cave(a)：Visible image; (b)：Infrared image

另外，女像的頭部也有更改。圖7中可見(jiàn)光照片女像發(fā)束高高梳起，額頭部位為圓弧形狀、光潔圓潤(rùn)，塑像面部慈愛(ài)、柔美、莊重。觀察紅外照片卻發(fā)現(xiàn)女像的頭部原定為銅錢(qián)頭，又稱(chēng)額妝。

額妝出自昆曲，現(xiàn)在京劇、評(píng)劇等許多地方戲曲也一直沿用。古代女子出門(mén)不便，戲劇扮演的女角由男子完成。男子串戲時(shí)，因臉型棱角分明，過(guò)于硬朗，為修飾臉型而畫(huà)銅錢(qián)頭。額妝通常要求面部勾畫(huà)濃妝，造型比較夸張，形象多過(guò)于嫵媚?？梢?jiàn)，銅錢(qián)頭與寺院莊重、寧?kù)o、淡泊的氛圍并不相符合，所以后期上色的時(shí)候，畫(huà)師更改了原本設(shè)定。值得注意的是，銅錢(qián)頭從明代開(kāi)始流行于世，也從側(cè)面證實(shí)玉皇閣的修建年代為明。這與殿內(nèi)一處梁記相符合，此處題記記載明崇禎六年(公元1663年)建玉皇閣之事[10]。

古代壁畫(huà)是我國(guó)宗教傳播、美術(shù)史、科技史等方面研究的重要實(shí)物資料。壁畫(huà)是一種各類(lèi)素材相互重疊而成的多層結(jié)構(gòu)體，各層之間相互作用、相互影響。建立健全壁畫(huà)文圖檔案、深入挖掘文物信息是壁畫(huà)研究的前提。在學(xué)術(shù)研究、保存修復(fù)前，應(yīng)盡量采用非破壞性的方法詳細(xì)地掌握文物現(xiàn)狀及歷史信息。紅外攝影是文物信息采集、記錄中較為高效、安全、實(shí)用的技術(shù)。通過(guò)對(duì)木梯寺壁畫(huà)的調(diào)查研究可知，紅外攝影可以幫助識(shí)別污染物下的壁畫(huà)畫(huà)面，可為后期壁畫(huà)保護(hù)修復(fù)提供依據(jù)；此外，紅外攝影可獲得壁畫(huà)顏料層下底稿墨線及其修改痕跡，可用于壁畫(huà)原始繪畫(huà)內(nèi)容、風(fēng)格、技法的研究。綜合當(dāng)時(shí)文化背景，佐證了玉皇閣的開(kāi)窟年代為明代，為研究明代隴東南地區(qū)石窟藝術(shù)提供素材。這一技術(shù)的引用，有效擴(kuò)展了學(xué)者對(duì)壁畫(huà)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)范圍，極大豐富了對(duì)壁畫(huà)內(nèi)容研究的資料。

3 結(jié) 論

(1)應(yīng)用紅外攝影技術(shù)可有效調(diào)查和研究煙熏壁畫(huà)的內(nèi)容、風(fēng)格、繪畫(huà)技法。

(2)紅外攝影應(yīng)用于木梯寺煙熏壁畫(huà)的調(diào)查，清晰地顯示出被煙熏覆蓋的畫(huà)面內(nèi)容、壁畫(huà)底稿以及繪制時(shí)修改的痕跡，此信息有助于研究壁畫(huà)的繪畫(huà)風(fēng)格、創(chuàng)作意圖，并為繪畫(huà)時(shí)代判定提供依據(jù)。

(3)將紅外攝影所獲取的圖片置于分析軟件中，通過(guò)調(diào)整色彩容差、色階來(lái)處理照片隱藏信息，獲得更加細(xì)致和清晰的畫(huà)面圖像。通過(guò)分幅拍攝和拼接的方法，可揭示整幅壁畫(huà)被覆蓋和隱藏內(nèi)容。

(4)紅外攝影作為無(wú)損分析技術(shù)，是一種用于調(diào)查和研究煙熏壁畫(huà)行之有效的方法，可作為研究古代壁畫(huà)便捷、經(jīng)濟(jì)、直觀的拓展技術(shù)。

(5)紅外攝影可憑借其自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)在我國(guó)中小型石窟壁畫(huà)研究中有效克服人員少、經(jīng)費(fèi)少、周期短等困難，進(jìn)而廣泛使用，促進(jìn)中國(guó)石窟寺及文化傳播研究。

致謝：在使用紅外攝影技術(shù)研究木梯寺石窟煙熏壁畫(huà)時(shí)，得到了武山縣文體廣電和旅游局、木梯寺文物保護(hù)管理所、北京國(guó)文琰信息技術(shù)有限公司木梯寺數(shù)字化勘察測(cè)繪項(xiàng)目組的大力支持與指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。