河北蔚縣明清壁畫數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新研究*

杜 琛 史新月

（河北美術(shù)學(xué)院,河北石家莊 050700）

一、引言

我國(guó)文化遺產(chǎn)豐富，其中明清時(shí)期的壁畫是我國(guó)古代文化遺產(chǎn)中的重要組成部分。然而，隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的變化，這些壁畫逐漸失去了原有的光彩，甚至有些已經(jīng)面臨著消失的危險(xiǎn)，這些珍貴的文化遺產(chǎn)正受到不斷的破壞和損失，明清壁畫的保護(hù)和傳承面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

蔚縣位于河北省張家口市，古稱蔚州，為“燕云十六州”之一，2018年5月2日，國(guó)務(wù)院同意將蔚縣列為國(guó)家歷史文化名城，2021年11月3日，蔚縣被文化和旅游部命名為2021—2023年度“中國(guó)民間文化藝術(shù)之鄉(xiāng)”。在蔚縣記載的八百余處古建筑中，至少四百余座尚存有古代壁畫，這些壁畫遺存具有極廣的時(shí)間跨度，尤其是現(xiàn)存的明、清兩代壁畫遺存，數(shù)目多且質(zhì)量極佳，至純的畫面氛圍顛覆了學(xué)界對(duì)明、清壁畫面貌“世俗”的感受定式，代表了明、清民間壁畫的最高藝術(shù)水準(zhǔn)。

蔚縣明清壁畫具有濃郁的中國(guó)文化特色，是中國(guó)傳統(tǒng)文化的重要表現(xiàn)形式之一。壁畫通常以墻面為載體，使用天然礦物顏料、植物顏料及金屬性材料進(jìn)行繪制，具有豐富的色彩層次和明快的視覺效果。壁畫遺存形式多樣、題材廣泛，囊括民俗、宗教、歷史、神話、文學(xué)、戲曲等題材，反映了明清時(shí)期社會(huì)的多元化特征，具有豐富的文化內(nèi)涵和藝術(shù)價(jià)值，需要得到有效的保護(hù)和傳承。

為了保護(hù)和傳承這些文化遺產(chǎn)，數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新手段成了一種新的途徑。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展使得對(duì)這些古老的壁畫進(jìn)行數(shù)字化記錄成了可能，并且科技創(chuàng)新的應(yīng)用也使得對(duì)這些壁畫進(jìn)行保護(hù)和修復(fù)變得更加簡(jiǎn)便和有效。通過對(duì)河北張家口蔚縣明清壁畫進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新研究，探索數(shù)字化保護(hù)和科技創(chuàng)新手段在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用，提高人們對(duì)明清壁畫的認(rèn)識(shí)和保護(hù)意識(shí)，促進(jìn)文化遺產(chǎn)的保護(hù)和傳承工作。

針對(duì)蔚縣明清壁畫的保護(hù)需求主要包括建筑保護(hù)、色彩保護(hù)、防治污染和數(shù)字化保護(hù)等。蔚縣明清壁畫通常位于古建筑內(nèi)部或外部，這些古建筑通常歷經(jīng)了數(shù)百年的風(fēng)雨侵蝕和自然災(zāi)害，墻體往往已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫、掉落和松動(dòng)等情況，因此保護(hù)建筑本身就是保護(hù)明清壁畫的前提條件。蔚縣明清壁畫的用色稚純，但由于在繪制及近代修復(fù)時(shí)化學(xué)顏料的使用，色彩容易脫落或褪色，傳統(tǒng)的保護(hù)手段如化學(xué)修復(fù)和物理修復(fù)，存在一定的局限性，不能徹底解決壁畫保護(hù)問題，因此，需要采用新的數(shù)字化保護(hù)手段。通過數(shù)字化保護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)明清壁畫的三維重建、數(shù)字化修復(fù)和傳播等，使得明清壁畫的保護(hù)和傳承更加方便和高效。只有通過綜合運(yùn)用多種手段，探索活態(tài)的壁畫保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)把握文化遺產(chǎn)保護(hù)協(xié)同發(fā)展思路，充分發(fā)揮壁畫藝術(shù)的社會(huì)職能和美育功能，讓文化遺存活起來，轉(zhuǎn)化為當(dāng)代的文化創(chuàng)造力，才能夠有效地保護(hù)明清壁畫這一重要的文化遺產(chǎn)。

二、數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新的技術(shù)手段

隨著現(xiàn)代攝影技術(shù)及彩色感光技術(shù)的運(yùn)用，加之計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的成熟，在重現(xiàn)圖案方面又具有高清晰高保真的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可有效避免傳統(tǒng)記錄手段難以長(zhǎng)久保存的弊端，經(jīng)由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)字信息具備優(yōu)良的可傳播性與可復(fù)制性，同時(shí)能夠方便信息的管理、檢索和使用，真正實(shí)現(xiàn)珍稀文物的保存與利用，對(duì)明清壁畫數(shù)據(jù)庫(kù)的建立有著深遠(yuǎn)意義[1]。

壁畫數(shù)字化保護(hù)是指將壁畫數(shù)字化處理，將壁畫的圖像、色彩和肌理等信息進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)和分析，同時(shí)也可以通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫的修復(fù)和還原，為明清壁畫的保護(hù)和傳承提供有效的解決方案，使得壁畫得以保護(hù)和傳承的一種新型保護(hù)方式[2]。例如，通過數(shù)字化儲(chǔ)存，可以將明清壁畫的原貌保存在數(shù)字媒體中，方便研究和學(xué)習(xí)；通過數(shù)字化復(fù)原，可以對(duì)壁畫進(jìn)行三維重建，還原其原貌；通過數(shù)字化保護(hù)，可以對(duì)壁畫進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)和備份，避免遺失和毀壞；通過數(shù)字化修復(fù)，可以對(duì)壁畫進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)的修復(fù)和保護(hù)。數(shù)字化保護(hù)為人們提供更加便捷、直觀的壁畫展示方式，為壁畫的傳播和推廣提供了更多可能性[3]。

科技創(chuàng)新是指通過技術(shù)和知識(shí)的不斷進(jìn)步，不斷開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)、新業(yè)務(wù)模式等的過程?？萍紕?chuàng)新不僅僅是技術(shù)的革新，更是一種創(chuàng)新的方式和理念，涵蓋了從基礎(chǔ)研究到社會(huì)服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。在壁畫保護(hù)領(lǐng)域，科技創(chuàng)新具有極其重要的意義。壁畫保護(hù)是一項(xiàng)非常細(xì)致和復(fù)雜的工作，需要借助于各種高科技手段和技術(shù)手段?？萍紕?chuàng)新可以為壁畫保護(hù)提供更加先進(jìn)和高效的保護(hù)手段，有助于實(shí)現(xiàn)壁畫的數(shù)字化記錄、修復(fù)、保護(hù)和展示。通過科技創(chuàng)新，可以開發(fā)出更加先進(jìn)的壁畫數(shù)字化保護(hù)技術(shù)，提高數(shù)字化處理的精度和效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫的更加全面和深入的保護(hù)。例如，人工智能可以自動(dòng)識(shí)別壁畫的病害和損傷，輔助修復(fù)和保護(hù)工作；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓人們以更加真實(shí)和直觀的方式了解壁畫的歷史和文化背景；云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫信息的高效存儲(chǔ)和傳輸，方便壁畫信息的保護(hù)和共享。此外，科技創(chuàng)新還可以為壁畫保護(hù)提供更加全面和深入的理解，從而更好地探究壁畫的歷史和文化背景，為壁畫保護(hù)提供更加可靠和高效的保護(hù)手段，促進(jìn)壁畫文化的傳承和發(fā)展。

數(shù)字化保護(hù)需要依托于各種高科技手段和技術(shù)手段，而科技創(chuàng)新則可以提供更加先進(jìn)和高效的數(shù)字化保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫的更加全面和深入的保護(hù)和傳承，二者密不可分。

圖1 數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新關(guān)系圖

三、數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新在蔚縣明清壁畫保護(hù)中的應(yīng)用

1.數(shù)字化儲(chǔ)存和備份技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化存儲(chǔ)和備份技術(shù)在明清壁畫保護(hù)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。壁畫的保存往往需要長(zhǎng)期的時(shí)間跨度，加上外部環(huán)境的不確定性，壁畫保護(hù)的難度非常大。數(shù)字化存儲(chǔ)和備份技術(shù)可以幫助我們實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫信息的全面和深入的保護(hù)，使得壁畫信息可以得到更好地保存和傳承。

數(shù)字化存儲(chǔ)和備份技術(shù)可以將壁畫信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化形式，并存儲(chǔ)在電腦或者其他存儲(chǔ)介質(zhì)中。這種數(shù)字化方式可以大大減少外界因素對(duì)于壁畫的損害，同時(shí)也可以使得壁畫的信息得到更好地保護(hù)和傳承。數(shù)字化存儲(chǔ)和備份技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫信息的多次備份和遠(yuǎn)程傳輸，保證信息的完整性和可靠性。

數(shù)字化存儲(chǔ)和備份技術(shù)可以結(jié)合激光掃描、三維重建等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫信息的全面和深入的保護(hù)。例如，利用激光掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫信息的高精度掃描和采集，將壁畫信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化數(shù)據(jù)；利用三維重建技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壁畫信息的三維建模和可視化展示，讓人們更加直觀地了解壁畫的歷史和文化價(jià)值。

數(shù)字化存儲(chǔ)和備份技術(shù)的應(yīng)用，可以為明清壁畫保護(hù)提供更加全面和深入的保障，可以有效減少因?yàn)樘鞛?zāi)人禍或其他原因?qū)е卤诋嬓畔G失和損壞的風(fēng)險(xiǎn)[4]。因此，在明清壁畫保護(hù)領(lǐng)域，數(shù)字化存儲(chǔ)和備份技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段，具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

2.數(shù)字化復(fù)原技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化復(fù)原技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理算法，對(duì)已經(jīng)損毀或部分缺失的文物進(jìn)行數(shù)字化還原和修復(fù)的方法。在明清壁畫保護(hù)中，數(shù)字化復(fù)原技術(shù)可以大大提高壁畫的保存和展示效果，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)字化復(fù)原技術(shù)的主要應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面：

紋理復(fù)原。蔚縣明清壁畫作為一種藝術(shù)形式，其紋理和顏色都是其重要的特征之一。數(shù)字化復(fù)原技術(shù)可以通過對(duì)原始圖像進(jìn)行紋理分析和紋理匹配等操作，將部分缺失的紋理還原出來，從而保護(hù)和展示壁畫的原貌。

形態(tài)復(fù)原。蔚縣明清壁畫中的人物形象、建筑結(jié)構(gòu)和裝飾元素等都具有豐富的文化內(nèi)涵和藝術(shù)價(jià)值。數(shù)字化復(fù)原技術(shù)可以通過對(duì)原始圖像進(jìn)行形態(tài)分析和形態(tài)匹配等操作，將部分損壞的形態(tài)元素還原出來，從而完整地呈現(xiàn)壁畫的意境。

色彩復(fù)原。明清壁畫中的色彩是其重要的表現(xiàn)形式之一。但由于時(shí)間和環(huán)境的影響，壁畫色彩逐漸褪去或者變得模糊。數(shù)字化復(fù)原技術(shù)可以通過對(duì)原始圖像進(jìn)行色彩分析和色彩匹配等操作，將壁畫的色彩還原出來，從而重現(xiàn)壁畫的原貌。

數(shù)字化復(fù)原技術(shù)是明清壁畫數(shù)字化保護(hù)中不可或缺的一部分，具有重要的實(shí)踐意義和應(yīng)用價(jià)值。

圖2 蔚縣夏源村關(guān)帝廟百工圖“兌換金銀”（左圖），及其結(jié)構(gòu)與色彩復(fù)原圖

3.數(shù)字化保護(hù)和修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化保護(hù)和修復(fù)技術(shù)在明清壁畫保護(hù)中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的壁畫修復(fù)技術(shù)大多采用手工修復(fù)，這種方式存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)對(duì)原有壁畫造成進(jìn)一步的損害。而數(shù)字化修復(fù)技術(shù)則可以避免這種風(fēng)險(xiǎn)，使得修復(fù)更加準(zhǔn)確和安全。

數(shù)字化修復(fù)技術(shù)的基本原理是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將壁畫的數(shù)字圖像進(jìn)行處理和修復(fù)，以恢復(fù)其原有的形態(tài)和顏色。數(shù)字化修復(fù)技術(shù)通常分為兩種類型：一種是基于圖像處理的修復(fù)技術(shù)，另一種是基于三維重建的修復(fù)技術(shù)。

基于圖像處理的修復(fù)技術(shù)主要利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)壁畫數(shù)字圖像進(jìn)行處理和修復(fù)，以消除噪點(diǎn)、修復(fù)缺損和恢復(fù)顏色等。這種修復(fù)技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地恢復(fù)壁畫的原貌，同時(shí)避免了手工修復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)。基于三維重建的修復(fù)技術(shù)則是利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，對(duì)壁畫進(jìn)行三維重建，以便進(jìn)行精細(xì)的修復(fù)和恢復(fù)。這種修復(fù)技術(shù)需要使用一些高精度的數(shù)字化工具，如激光掃描儀、三維相機(jī)等，可以恢復(fù)出更加精細(xì)、真實(shí)的壁畫形態(tài)和顏色。

數(shù)字化修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用可以為明清壁畫的保護(hù)提供更加全面、高效的方案。同時(shí)，數(shù)字化修復(fù)技術(shù)也能夠更好地保護(hù)壁畫的原貌，保留壁畫的文化價(jià)值和歷史價(jià)值，為后世留下更多的文化財(cái)富。

4.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在明清壁畫保護(hù)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）是一種基于計(jì)算機(jī)生成的仿真環(huán)境，通過頭戴式顯示器、手柄等設(shè)備，將用戶帶入到虛擬的三維場(chǎng)景中，使得用戶能夠身臨其境地感受其中的景象與環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在明清壁畫保護(hù)領(lǐng)域也具有很大的應(yīng)用潛力[5]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)明清壁畫的數(shù)字化重現(xiàn)。通過掃描和數(shù)字化處理，將明清壁畫的圖像、色彩、線條等細(xì)節(jié)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的數(shù)據(jù)，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)展示。這樣不僅可以保護(hù)原始的明清壁畫，還能夠在一定程度上還原明清時(shí)期的生活場(chǎng)景，讓觀眾更加真實(shí)地了解歷史。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)文物數(shù)字化展覽。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將明清壁畫數(shù)字化展出，使得觀眾可以在沒有時(shí)間、空間限制的情況下進(jìn)行互動(dòng)式的觀賞。這樣不僅可以方便人們對(duì)明清文化的了解和學(xué)習(xí)，同時(shí)也可以保護(hù)文物的安全性和完整性，避免文物由于長(zhǎng)時(shí)間的展覽而受到更多的損壞和破壞。

結(jié)論

文章對(duì)明清壁畫數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新進(jìn)行了深入探究，旨在解決明清壁畫在傳承與保護(hù)過程中面臨的難題。

明清壁畫是中國(guó)傳統(tǒng)文化的重要遺產(chǎn)，具有重要的歷史、文化和藝術(shù)價(jià)值。數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新可以有效地保護(hù)和傳承明清壁畫，延長(zhǎng)其壽命和保存其原貌。數(shù)字化保護(hù)與修復(fù)可以通過數(shù)字化儲(chǔ)存、數(shù)字化復(fù)原、數(shù)字化保護(hù)、數(shù)字化修復(fù)等方式，為明清壁畫的保護(hù)和傳承提供有效的解決方案。科技創(chuàng)新應(yīng)用可以為明清壁畫的保護(hù)和傳承提供新的技術(shù)和方法，例如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能技術(shù)、無損檢測(cè)技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等。通過數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新，可以更好地保護(hù)和傳承明清壁畫，為中華民族的文化傳承做出積極的貢獻(xiàn)[6]。

未來，隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新手段將會(huì)變得更加先進(jìn)和高效：更高精度的數(shù)字化保護(hù)技術(shù)可以保留壁畫更精微的細(xì)節(jié)和色彩；人工智能技術(shù)的完善能夠輔助開展自動(dòng)化的數(shù)字化修復(fù)和圖像數(shù)據(jù)的識(shí)別和分類；高度集成化、智能化和自適應(yīng)化的數(shù)字化保護(hù)平臺(tái)能夠更加適應(yīng)不同的數(shù)字化保護(hù)需求。我們相信，在數(shù)字化保護(hù)與科技創(chuàng)新的推動(dòng)下，蔚縣明清壁畫的保護(hù)和傳承工作將會(huì)取得更加顯著的進(jìn)展。