黃先鋒（右）、張帆（中）與敦煌研究院工作人員在進(jìn)行掃描作業(yè)?！ ≠Y料圖片
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運(yùn)用現(xiàn)代攝影測(cè)量與遙感技術(shù)，對(duì)敦煌莫高窟進(jìn)行三維數(shù)字重建，從而實(shí)現(xiàn)“窟內(nèi)文物窟外看”——敦煌研究院與武漢大學(xué)兩代研究人員10余年來(lái)的接續(xù)攻關(guān)，讓文化遺產(chǎn)在數(shù)字化保護(hù)與傳承中綻放光彩，使越來(lái)越多人感受到敦煌石窟穿越時(shí)空的文化魅力。
一道斑駁的木門(mén)打開(kāi)，滿墻壁畫(huà)映入眼簾，飛天畫(huà)像衣袂飄飄，服飾紋樣纖毫畢現(xiàn)；視角轉(zhuǎn)換，石窟內(nèi)景象一覽無(wú)余，恍惚間與歷史“打了個(gè)照面”。
這不是在敦煌，而是在武漢大學(xué)數(shù)字文化遺產(chǎn)研究中心的辦公室里。研究中心成員、武大測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授黃先鋒輕點(diǎn)鼠標(biāo)，石窟的立體模型出現(xiàn)在電腦屏幕上。這項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)“克隆”出的三維模型幾乎無(wú)一形變，并且應(yīng)用于莫高窟數(shù)字展示中心球幕影院播放的高清影片，讓觀眾可以觀看石窟細(xì)節(jié)。
“窟內(nèi)文物窟外看”的成果，凝結(jié)著敦煌研究院和武漢大學(xué)兩代科研工作者10多年的接續(xù)奮斗。
歷經(jīng)歲月侵蝕，文物保護(hù)時(shí)間緊迫
2006年，武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授朱宜萱作為測(cè)量顧問(wèn)，為志蓮凈苑的數(shù)字化保護(hù)工程進(jìn)行最后驗(yàn)收。
志蓮凈苑是一個(gè)仿唐木構(gòu)佛寺建筑群，以敦煌莫高窟第172窟壁畫(huà)為藍(lán)本建造而成。朱宜萱帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)它的每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行了數(shù)字化處理，在計(jì)算機(jī)中再建了一座三維動(dòng)態(tài)數(shù)字化志蓮凈苑，通過(guò)虛擬漫游系統(tǒng)，可以展現(xiàn)建筑物的原始樣貌。
當(dāng)年，時(shí)任敦煌研究院院長(zhǎng)樊錦詩(shī)受邀擔(dān)任志蓮凈苑建筑顧問(wèn)，兩位年近古稀的學(xué)者一見(jiàn)如故。上世紀(jì)60年代，朱宜萱曾作為國(guó)家測(cè)繪總局第一分局的隊(duì)員，赴敦煌進(jìn)行航空攝影測(cè)量工作。
當(dāng)時(shí)，敦煌的文物保護(hù)工作剛剛起步，許多洞窟連門(mén)都沒(méi)有?？芍煲溯鎱s在洞窟內(nèi)駐足良久——她第一次近距離觀察到飛天壁畫(huà)，感到自己仿佛在與歷史對(duì)話：“那是無(wú)須語(yǔ)言的交流?！?/p>
然而，由于各種因素的影響，石窟內(nèi)有兩成壁畫(huà)已經(jīng)不同程度受損。第156窟的墨書(shū)《莫高窟記》，上世紀(jì)60年代尚依稀可見(jiàn)，如今已經(jīng)看不到了?！胺洪L(zhǎng)多次對(duì)我說(shuō)，敦煌和其他文化遺產(chǎn)一樣，不可再生，也不能永生，保護(hù)敦煌，時(shí)間緊迫?！敝煲溯婊貞洝?/p>
上世紀(jì)90年代，敦煌研究院開(kāi)始推動(dòng)數(shù)字敦煌工作，用測(cè)繪手段將敦煌石窟原貌復(fù)制下來(lái)，對(duì)石窟和相關(guān)文物進(jìn)行全面數(shù)字化采集、加工和存儲(chǔ)，搭建的數(shù)字模型可為文物考古、歷史研究提供重要參考。
那時(shí)，數(shù)字化還是個(gè)新詞，因?yàn)槟z片相機(jī)分辨率不高，缺乏精密儀器，也沒(méi)有成熟的技術(shù)，幾經(jīng)嘗試，都被迫停止。而志蓮凈苑數(shù)字化保護(hù)工程取得的成果，讓敦煌研究院看到了希望。
三維數(shù)字重建，讓石窟藝術(shù)活起來(lái)
朱宜萱的丈夫李德仁是兩院院士、著名測(cè)繪專家。受樊錦詩(shī)之邀，2007年，朱宜萱和李德仁一起赴敦煌考察?？粗?jīng)鮮艷的色彩、泥塑的紋理在時(shí)光中慢慢暗淡，他們痛心不已，“我們希望利用科技，使洞窟藝術(shù)超越時(shí)空，讓敦煌在數(shù)字中活起來(lái)。”朱宜萱說(shuō)。
經(jīng)過(guò)夫妻二人的反復(fù)研究論證，設(shè)計(jì)方案逐漸清晰：運(yùn)用現(xiàn)代攝影測(cè)量與遙感技術(shù)，對(duì)敦煌莫高窟進(jìn)行三維數(shù)字重建，在計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)立體敦煌，“當(dāng)我們點(diǎn)擊電腦上的‘敦煌’時(shí)，能從任意視點(diǎn)觀察到現(xiàn)實(shí)中肉眼難以看到的細(xì)節(jié)?！崩畹氯收f(shuō)。
2008年，70多歲的朱宜萱帶隊(duì)，武漢大學(xué)10余名研究人員來(lái)到敦煌。他們的主要任務(wù)是用激光設(shè)備對(duì)敦煌莫高窟進(jìn)行三維掃描，再用數(shù)碼相機(jī)拍攝洞窟的照片，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?！巴ㄋ椎卣f(shuō)就是先掃描出立體的骨架和形狀，再把色彩和紋理貼附上去，處理成高精度的彩色三維模型?！秉S先鋒說(shuō)。當(dāng)年30歲出頭的他剛評(píng)上副教授，團(tuán)隊(duì)多數(shù)成員是更年輕的博士生。
歷經(jīng)歲月侵蝕，石窟里的壁畫(huà)和佛像非常脆弱。“有些壁畫(huà)已斑駁不堪，稍有大意就可能造成破壞?！秉S先鋒說(shuō)，每次在洞中安放測(cè)繪儀器設(shè)備時(shí)，科研人員都倍加細(xì)心。因保護(hù)需要，許多石窟并未開(kāi)放，風(fēng)、光線及呼吸時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳，都會(huì)對(duì)洞內(nèi)文物造成破壞。每次進(jìn)洞，必須嚴(yán)格控制時(shí)間，接電、架燈、拍攝都得抓緊。
然而，費(fèi)盡周章采集到大量原始數(shù)據(jù)后，卻卡在最關(guān)鍵的一步。洞窟對(duì)色彩紋理還原度和精度的要求極高，“壁畫(huà)、佛像是曲面的，拍攝的照片容易發(fā)生形變。變形的圖片貼到立體的‘骨架’上去，總是對(duì)不準(zhǔn)?！秉S先鋒說(shuō)，三維掃描和二維圖像始終很難“對(duì)話”，由于拍攝光照不同，色彩也會(huì)發(fā)生細(xì)微變化，“同一件文物，左邊拍了一張，右邊拍了一張，中間連接處的顏色也不同?！?/p>
提升保護(hù)水平，傳承數(shù)字文化遺產(chǎn)
經(jīng)過(guò)這次考察，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化1∶1復(fù)制，建模校準(zhǔn)的復(fù)雜度成倍提升，傳統(tǒng)測(cè)繪的技術(shù)手段無(wú)法滿足。怎樣才能突破這個(gè)瓶頸？
為此，黃先鋒帶著博士生張帆、張志超再赴敦煌，一待就是一個(gè)暑假。經(jīng)過(guò)研究，團(tuán)隊(duì)確立了兩套技術(shù)方案，一套是在國(guó)外已有建模軟件的基礎(chǔ)上做修改，另一套方案是自己從頭開(kāi)發(fā)?！皣?guó)外的軟件限制很多，功能設(shè)置和框架無(wú)法突破已有的邊界，但文物數(shù)字化的精度要求又極高，所以我們干脆自己開(kāi)發(fā)，做自主可控的建模軟件。”黃先鋒說(shuō)。
自主研發(fā)的進(jìn)程一度很慢，誰(shuí)也不知道最終能否做出成果。可幾個(gè)人心里都憋著一股勁兒：“一定要攻關(guān)成功?！?/p>
頂著壓力，張帆寫(xiě)代碼，黃先鋒做調(diào)試，有時(shí)3人輪換著干，經(jīng)常連續(xù)編程20多個(gè)小時(shí)。兩個(gè)多月后，一款能夠解決復(fù)雜文物模型高質(zhì)量紋理映射的軟件工具誕生，關(guān)鍵環(huán)節(jié)終于打通。
掃清了技術(shù)障礙，李德仁又提出了“空地融合、室內(nèi)外一體化”數(shù)據(jù)采集的方案，“不只是莫高窟，敦煌的數(shù)據(jù)都應(yīng)采集記錄，這樣才能為文物保護(hù)提供更全面的參考?！?/p>
一年后，黃先鋒等幾名師生第三次來(lái)到敦煌，又駐扎了兩個(gè)多月。他們借來(lái)運(yùn)輸機(jī)，載著激光掃描儀進(jìn)行了大范圍航測(cè)，同時(shí)利用地面激光、近景攝影測(cè)量?jī)x器，對(duì)洞窟崖壁、古建筑等進(jìn)行了全方位測(cè)量，莫高窟的空中、中距、近距和微距數(shù)據(jù)全部獲得。
“過(guò)去沒(méi)有全貌3D數(shù)據(jù)，我們不知道洞窟之間的距離?，F(xiàn)在連墻壁的厚度都可以知曉，為洞窟應(yīng)該如何進(jìn)行加固保護(hù)提供了數(shù)據(jù)支撐?！睆埛榻B，2016年，他們?cè)俅尾杉鼗腿?D數(shù)據(jù)，比對(duì)10年前記錄的數(shù)據(jù)，莫高窟的保護(hù)水平進(jìn)一步提升。
這幾年，作為武漢大學(xué)數(shù)字文化遺產(chǎn)研究中心主力成員，張帆又陸續(xù)參與了靖江王陵、云岡石窟等多個(gè)文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)項(xiàng)目。
隨著時(shí)代發(fā)展，敦煌保護(hù)不斷出現(xiàn)新的挑戰(zhàn)。“我們的學(xué)生研究了壁畫(huà)虛擬修復(fù)、文物病害標(biāo)注和識(shí)別系統(tǒng)等，保護(hù)敦煌的接力棒，我們將一代代傳下去。”張帆說(shuō)。
張帆介紹，在世界范圍內(nèi)，利用數(shù)字技術(shù)保護(hù)文化遺產(chǎn)仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題，“實(shí)現(xiàn)更高效經(jīng)濟(jì)、更自動(dòng)精確，從完成數(shù)字化存檔到傳承和弘揚(yáng)數(shù)字文化遺產(chǎn)，我們未來(lái)要努力的地方還有很多。”
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2021年08月23日 12 版）
