云岡石窟數(shù)字檔案庫的構(gòu)建與應(yīng)用研究

本文引用格式：，等.云岡石窟數(shù)字檔案庫的構(gòu)建與應(yīng)用研究［J］.藝術(shù)科技，2025，38(5): 157-159.

中圖分類號(hào)：G279.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-9436（2025）05-0157-03

0引言

本文圍繞云岡石窟數(shù)字化保護(hù)展開分析，涵蓋調(diào)研現(xiàn)有技術(shù)與需求缺口、篩選適配技術(shù)并構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化流程、設(shè)計(jì)數(shù)字檔案庫架構(gòu)、探索多領(lǐng)域應(yīng)用模式、制定檔案庫可持續(xù)發(fā)展策略，旨在推動(dòng)云岡石窟永久保存與活態(tài)傳承。

起步階段（2000—2010年）：以二維影像記錄為主，通過傳統(tǒng)攝影與CAD繪圖建立基礎(chǔ)檔案，但受限于技術(shù)精度，難以反映文物三維特征[1]

1云岡石窟數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀與技術(shù)基礎(chǔ)

1.1數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀

1.1.1保護(hù)歷程與技術(shù)應(yīng)用

云岡石窟的數(shù)字化探索始于21世紀(jì)初，歷經(jīng)三個(gè)發(fā)展階段。

技術(shù)引入階段（2011—2018年）：隨著國(guó)際合作的推進(jìn)（如與浙江大學(xué)、奧地利維也納技術(shù)大學(xué)合作），三維激光掃描技術(shù)成為主流。2014年完成的第20窟西立佛數(shù)字復(fù)原項(xiàng)目，通過RieglVZ-400掃描儀與近景攝影測(cè)量融合，實(shí)現(xiàn)166塊殘件的毫米級(jí)拼接，成為國(guó)內(nèi)石窟數(shù)字化修復(fù)的標(biāo)志性案例[2]31[3]44

整合應(yīng)用階段（2019年至今）：逐步從單一洞窟數(shù)字化轉(zhuǎn)向整體規(guī)劃，嘗試構(gòu)建多技術(shù)融合的全流程體系，如第3窟 1:1 實(shí)體復(fù)制項(xiàng)目中，結(jié)合三維掃描與3D打印技術(shù)，耗時(shí)兩年完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)原[4]90

1.1.2現(xiàn)存問題與挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)孤島化，不同項(xiàng)目數(shù)據(jù)格式與精度標(biāo)準(zhǔn)不一；應(yīng)用場(chǎng)景單一，多為靜態(tài)展示；技術(shù)上面臨大體積洞窟采集難題；缺乏完善的數(shù)據(jù)更新與保存策略。

1.2關(guān)鍵技術(shù)選型與整合

1.2.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

三維激光掃描：采用RieglVZ-400地面掃描儀與MetraS-can手持掃描儀結(jié)合的方案，實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)景與細(xì)節(jié)特征的全覆蓋采集[3]46[4]92。該技術(shù)已成功應(yīng)用于第13窟、第18窟的數(shù)據(jù)采集，生成包含紋理信息的三維模型。

近景攝影測(cè)量：通過高分辨率單反相機(jī)獲取壁畫、碑文等平面文物的紋理數(shù)據(jù)，結(jié)合PhotoScan軟件實(shí)現(xiàn)影像拼接與幾何校正[2]33[5]

多光譜成像：針對(duì)褪色壁畫與模糊碑文，采用紫外－可見光－紅外多光譜成像技術(shù)，提取肉眼不可見的顏料信息與文字痕跡。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理與建模

點(diǎn)云處理：使用Cyclone軟件進(jìn)行去噪、拼接與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，構(gòu)建統(tǒng)一坐標(biāo)系下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。針對(duì)云岡石窟的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用分層分塊處理策略，降低單場(chǎng)景數(shù)據(jù)量[3]45。

三維建模：基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用MeshLab與3dsMax軟件生成三角網(wǎng)格模型，并通過紋理映射技術(shù)賦予真實(shí)色彩。對(duì)于殘缺造像，結(jié)合考古藝術(shù)復(fù)原與AI算法實(shí)現(xiàn)虛擬修復(fù)［2] 30。

1.2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理

分布式存儲(chǔ)架構(gòu)：采用“核心數(shù)據(jù)庫 + 邊緣存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)”模式，核心庫存高精度三維模型與元數(shù)據(jù)，邊緣節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)緩存與區(qū)域分發(fā)，提升訪問效率[]10-112。

元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：參照《文化遺產(chǎn)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，構(gòu)建含空間位置、材質(zhì)屬性、歷史沿革等字段的體系，支持精準(zhǔn)檢索與關(guān)聯(lián)查詢。

1.2.4展示與傳播技術(shù)

VR/AR應(yīng)用：開發(fā)云岡石窟VR漫游系統(tǒng)，支持多用戶同步交互；利用AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬造像與實(shí)景疊加，提升游覽體驗(yàn)[4]92[5]

3D打印與實(shí)體復(fù)制：通過選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，使用聚乳等環(huán)保材料實(shí)現(xiàn)造像的等比例復(fù)制，如第12窟的“積木式”可移動(dòng)復(fù)制模型[4]91

2云岡石窟數(shù)字檔案庫構(gòu)建方案

2.1檔案庫架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)字檔案庫采用數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層三層解耦架構(gòu)。

數(shù)據(jù)層：存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)（點(diǎn)云、影像）處理數(shù)據(jù)（三維模型、光譜數(shù)據(jù)）及元數(shù)據(jù)，依托Hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS）實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)分片存儲(chǔ)與冗余備份［7]1588［8]106

服務(wù)層：提供數(shù)據(jù)管理（導(dǎo)入/導(dǎo)出、格式轉(zhuǎn)換、版本控制）三維模型網(wǎng)頁端渲染（剖切、測(cè)量、材質(zhì)分析）及RESTfulAPI接口供第三方調(diào)用[6]14-116[9]。

應(yīng)用層：開發(fā)定制模塊，含學(xué)術(shù)研究平臺(tái)（虛擬考古、病害分析）虛擬展覽系統(tǒng)（線上策展、導(dǎo)覽定制）互動(dòng)教育模塊（AR繪本、虛擬修復(fù)游戲等）[2]30-32[5]。

2.2數(shù)據(jù)采集與處理流程

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化流程設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集與處理分“規(guī)劃—采集一處理一驗(yàn)證”四階段。規(guī)劃階段按石窟結(jié)構(gòu)劃分區(qū)域，設(shè)計(jì)布局并制定設(shè)備選型與時(shí)間方案。

采集階段遵循“先整體后局部”原則，先取全景，再用手持掃描儀采集細(xì)節(jié)，同步記錄環(huán)境參數(shù)。處理階段，通過點(diǎn)云配準(zhǔn)、去噪、紋理映射等步驟生成高質(zhì)量三維模型。對(duì)于破損區(qū)域，結(jié)合歷史照片、考古報(bào)告與相鄰洞窟的相似特征進(jìn)行補(bǔ)全[2]33。驗(yàn)證階段，邀請(qǐng)考古專家與技術(shù)人員對(duì)模型精度進(jìn)行驗(yàn)證，誤差控制在0.5mm以內(nèi)[3]45-49

2.2.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

精度保障：采用“多站掃描 + 全局平差”技術(shù)，通過布設(shè)標(biāo)靶（間距 ?10m ）構(gòu)建控制網(wǎng)，平差后點(diǎn)位中誤差 ? 0.2 mm[3]48[7]1587-1591 。

完整性驗(yàn)證：利用CloudCompare軟件計(jì)算三維模型體積與表面積，對(duì)比歷史數(shù)據(jù)（如1999年測(cè)繪報(bào)告），差異率控制在1.5%以內(nèi)[10-11]。

元數(shù)據(jù)追溯：為每份數(shù)據(jù)自動(dòng)生成UUID標(biāo)識(shí)，關(guān)聯(lián)采集時(shí)間、設(shè)備型號(hào)（如RieglVZ-400SN：202403）、操作人員等信息，支持?jǐn)?shù)據(jù)全生命周期追溯[2]32[6]108-113。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.3.1 數(shù)據(jù)分類與編碼

云岡石窟數(shù)據(jù)分7類：?jiǎn)误w造像含三維模型等、整體洞窟含全景模型等、木構(gòu)建筑含結(jié)構(gòu)模型等、壁畫與碑文含多光譜影像等、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)含考古文論等、流失文物含海外藏品影像等、環(huán)境數(shù)據(jù)含溫濕度監(jiān)測(cè)等。采用“YT-XX-XXX”層級(jí)編碼，確保數(shù)據(jù)唯一且可擴(kuò)展。

2.3.2 數(shù)據(jù)庫功能模塊

數(shù)據(jù)錄人模塊：支持多種格式文件的批量導(dǎo)人，自動(dòng)提取元數(shù)據(jù)信息。

檢索模塊：提供關(guān)鍵詞檢索、空間檢索（如按洞窟位置查詢）、語義關(guān)聯(lián)檢索（如查詢“北魏時(shí)期佛教造像”）。

可視化模塊：集成三維模型瀏覽器，支持模型的縮放、旋轉(zhuǎn)、剖面分析，以及多時(shí)期模型的對(duì)比顯示。

權(quán)限管理模塊：設(shè)置游客、研究者、管理員三級(jí)權(quán)限，游客可瀏覽公開數(shù)據(jù)，研究者需申請(qǐng)授權(quán)訪問專業(yè)數(shù)據(jù)[5]。

3云岡石窟數(shù)字檔案庫的應(yīng)用場(chǎng)景與實(shí)踐

3.1學(xué)術(shù)研究應(yīng)用

3.1.1考古與藝術(shù)研究

數(shù)字檔案庫為考古學(xué)家提供了高精度的三維數(shù)據(jù)，支持虛擬考古發(fā)掘與歷史場(chǎng)景復(fù)原。藝術(shù)史研究者可利用模型的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)（如衣紋雕刻技法、顏料層疊加順序），探討云岡藝術(shù)與犍陀羅、中原文化的互動(dòng)關(guān)系。例如，通過三維模型分析發(fā)現(xiàn)，云岡第6窟佛像衣紋的“階梯式”雕刻技法與犍陀羅地區(qū)出土的公元2世紀(jì)佛造像高度相似，而其服飾線條的簡(jiǎn)化處理則體現(xiàn)了中原審美的影響[12]

3.1.2病害監(jiān)測(cè)與修復(fù)決策

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)比2018年與2023年第9窟點(diǎn)云數(shù)據(jù)，自動(dòng)識(shí)別3處新增裂隙（最長(zhǎng) 1.2m 、寬 0.5～1mm )，結(jié)合年溫差 35°C 、濕度 40%～75% 波動(dòng)數(shù)據(jù)，建立裂隙發(fā)育與環(huán)境因子回歸模型（R2=0.89）[13]。

虛擬修復(fù)平臺(tái)：針對(duì)第5窟主佛右手殘缺，基于唐代殘留彩繪及同期造像生成3種方案，經(jīng)ANSYS應(yīng)力模擬篩選結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最佳方案，減少實(shí)體修復(fù)試錯(cuò)成本[14]。

3.2文化傳播與教育應(yīng)用

3.2.1虛擬展覽與全球傳播

基于檔案庫數(shù)據(jù)，開發(fā)“數(shù)字云岡”線上展覽平臺(tái)，通過VR全景漫游、 360^° 高清影像等形式，向全球用戶開放。2022年首屆北京藝術(shù)雙年展中，第20窟西立佛殘件與數(shù)字復(fù)原模型的結(jié)合展示，吸引了超過10萬人次參觀[2]33。此外，通過社交媒體發(fā)布短視頻，普及石窟文化知識(shí)，單條視頻最高播放量達(dá) 500萬次[5]。

3.2.2互動(dòng)教育與公眾參與

虛擬拼接游戲：“修復(fù)西立佛”小程序用戶拖拽166塊殘件拼接，累計(jì)注冊(cè)12.3萬， 18～35 歲占 78% ，通關(guān)者文物修復(fù)認(rèn)知度提升 63% [15]。AR繪本《云岡探秘》：面向 6～12 歲兒童，含10個(gè)互動(dòng)場(chǎng)景（如掃描“交腳彌勒”觸發(fā)動(dòng)畫），20所中小學(xué)試用，學(xué)生佛教故事理解度從 32% 提升至 79% 。

4結(jié)語

本文構(gòu)建的云岡石窟數(shù)字檔案庫，實(shí)現(xiàn)技術(shù)融合、應(yīng)用拓展與管理模式三大創(chuàng)新，形成“采集一處理一應(yīng)用”全流程方案，數(shù)據(jù)精度達(dá)毫米級(jí)，應(yīng)用覆蓋多領(lǐng)域并觸達(dá)全球用戶。成果能為同類文化遺產(chǎn)保護(hù)提供可復(fù)制的范式，已獲龍門石窟等項(xiàng)目借鑒。未來將深化技術(shù)融合、構(gòu)建知識(shí)圖譜并開展國(guó)際合作，推動(dòng)文化遺產(chǎn)永久保存與活態(tài)傳承，讓云岡石窟這一歷史瑰寶持續(xù)煥發(fā)新生。

參考文獻(xiàn)：

［1］常青.中國(guó)石窟寺保護(hù)歷程與展望［J］.建筑學(xué)報(bào)，2020(S1): 1-8.

［2］谷立鵬.石窟文化遺產(chǎn)數(shù)字復(fù)原與傳播策略研究：以云岡石窟20窟西立佛為例[J].文物鑒定與鑒賞，2025（1）：30-33.

[3］李麗紅.三維激光掃描技術(shù)在云岡石窟數(shù)字化中的應(yīng)用[J].經(jīng)緯天地，2018（6）：44-49.

[4]李麗紅，王家鑫.淺談三維激光掃描技術(shù)與3D打印技術(shù)在云岡石窟復(fù)制中的應(yīng)用［J].經(jīng)緯天地，2020（5）：88-92.

[5］田璐.當(dāng)云岡石窟遇到數(shù)字化文化遺產(chǎn)觸手可及［N］．山西青年報(bào)，2023-09-12（8）.

[6」周世菊.基于數(shù)字化理念與方法的云岡石窟文化遺產(chǎn)保護(hù)［J］.山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（2）：108-116.

[7」陳剛.基于WebGL的三維文物模型輕量化與可視化研究[J」.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2022（5）：1587-1591.

[8］李錦輝.分布式存儲(chǔ)技術(shù)在文化遺產(chǎn)數(shù)字檔案中的應(yīng)用研究［J].檔案學(xué)通訊，2021（3）：104-110.

[9］王珊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論［M］.北京：高等教育出版社，2021:234-267.

[10］國(guó)家文物局.云岡石窟病害調(diào)查報(bào)告［R］.北京：文物出版社，2019-06-12.

［11］王晏民.近景攝影測(cè)量原理與應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2019：156-189.

[12］王鵬．云岡石窟與犍陀羅藝術(shù)的跨文化比較研究［J]．藝術(shù)遺產(chǎn)，2022（4）：89-95.

[13］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T50353-2013建筑工程建筑面積計(jì)算規(guī)范［S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013:144-152.

[14］王勖成.有限單元法［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2020：345-389.

［15］李斌.游戲化學(xué)習(xí)在文化遺產(chǎn)教育中的應(yīng)用效果研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2022（3):112-118.