黃先鋒（右）、張帆（中）與敦煌研究院工作人員在進行掃描作業(yè)?！　≠Y料圖片

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運用現(xiàn)代攝影測量與遙感技術(shù)，對敦煌莫高窟進行三維數(shù)字重建，從而實現(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余年來的接續(xù)攻關(guān)，讓文化遺產(chǎn)在數(shù)字化保護與傳承中綻放光彩，使越來越多人感受到敦煌石窟穿越時空的文化魅力。

一道斑駁的木門打開，滿墻壁畫映入眼簾，飛天畫像衣袂飄飄，服飾紋樣纖毫畢現(xiàn)；視角轉(zhuǎn)換，石窟內(nèi)景象一覽無余，恍惚間與歷史“打了個照面”。

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、武大測繪遙感信息工程國家重點實驗室教授黃先鋒輕點鼠標(biāo)，石窟的立體模型出現(xiàn)在電腦屏幕上。這項數(shù)字化技術(shù)“克隆”出的三維模型幾乎無一形變，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，文物保護時間緊迫

2006年，武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室教授朱宜萱作為測量顧問，為志蓮凈苑的數(shù)字化保護工程進行最后驗收。

志蓮凈苑是一個仿唐木構(gòu)佛寺建筑群，以敦煌莫高窟第172窟壁畫為藍本建造而成。朱宜萱帶領(lǐng)團隊對它的每個構(gòu)件進行了數(shù)字化處理，在計算機中再建了一座三維動態(tài)數(shù)字化志蓮凈苑，通過虛擬漫游系統(tǒng)，可以展現(xiàn)建筑物的原始樣貌。

當(dāng)年，時任敦煌研究院院長樊錦詩受邀擔(dān)任志蓮凈苑建筑顧問，兩位年近古稀的學(xué)者一見如故。上世紀60年代，朱宜萱曾作為國家測繪總局第一分局的隊員，赴敦煌進行航空攝影測量工作。

當(dāng)時，敦煌的文物保護工作剛剛起步，許多洞窟連門都沒有?？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，感到自己仿佛在與歷史對話：“那是無須語言的交流。”

然而，由于各種因素的影響，石窟內(nèi)有兩成壁畫已經(jīng)不同程度受損。第156窟的墨書《莫高窟記》，上世紀60年代尚依稀可見，如今已經(jīng)看不到了?！胺洪L多次對我說，敦煌和其他文化遺產(chǎn)一樣，不可再生，也不能永生，保護敦煌，時間緊迫?！敝煲溯婊貞?。

上世紀90年代，敦煌研究院開始推動數(shù)字敦煌工作，用測繪手段將敦煌石窟原貌復(fù)制下來，對石窟和相關(guān)文物進行全面數(shù)字化采集、加工和存儲，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，數(shù)字化還是個新詞，因為膠片相機分辨率不高，缺乏精密儀器，也沒有成熟的技術(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

朱宜萱的丈夫李德仁是兩院院士、著名測繪專家。受樊錦詩之邀，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)超越時空，讓敦煌在數(shù)字中活起來。”朱宜萱說。

經(jīng)過夫妻二人的反復(fù)研究論證，設(shè)計方案逐漸清晰：運用現(xiàn)代攝影測量與遙感技術(shù)，對敦煌莫高窟進行三維數(shù)字重建，在計算機上建立一個立體敦煌，“當(dāng)我們點擊電腦上的‘敦煌’時，能從任意視點觀察到現(xiàn)實中肉眼難以看到的細節(jié)?！崩畹氯收f。

2008年，70多歲的朱宜萱帶隊，武漢大學(xué)10余名研究人員來到敦煌。他們的主要任務(wù)是用激光設(shè)備對敦煌莫高窟進行三維掃描，再用數(shù)碼相機拍攝洞窟的照片，最后進行數(shù)據(jù)處理?！巴ㄋ椎卣f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。”黃先鋒說。當(dāng)年30歲出頭的他剛評上副教授，團隊多數(shù)成員是更年輕的博士生。

歷經(jīng)歲月侵蝕，石窟里的壁畫和佛像非常脆弱。“有些壁畫已斑駁不堪，稍有大意就可能造成破壞。”黃先鋒說，每次在洞中安放測繪儀器設(shè)備時，科研人員都倍加細心。因保護需要，許多石窟并未開放，風(fēng)、光線及呼吸時產(chǎn)生的二氧化碳，都會對洞內(nèi)文物造成破壞。每次進洞，必須嚴格控制時間，接電、架燈、拍攝都得抓緊。

然而，費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。洞窟對色彩紋理還原度和精度的要求極高，“壁畫、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，總是對不準(zhǔn)?！秉S先鋒說，三維掃描和二維圖像始終很難“對話”，由于拍攝光照不同，色彩也會發(fā)生細微變化，“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>

提升保護水平，傳承數(shù)字文化遺產(chǎn)

經(jīng)過這次考察，團隊發(fā)現(xiàn)要實現(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)測繪的技術(shù)手段無法滿足。怎樣才能突破這個瓶頸？

為此，黃先鋒帶著博士生張帆、張志超再赴敦煌，一待就是一個暑假。經(jīng)過研究，團隊確立了兩套技術(shù)方案，一套是在國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發(fā)。“國外的軟件限制很多，功能設(shè)置和框架無法突破已有的邊界，但文物數(shù)字化的精度要求又極高，所以我們干脆自己開發(fā)，做自主可控的建模軟件?！秉S先鋒說。

自主研發(fā)的進程一度很慢，誰也不知道最終能否做出成果?？蓭讉€人心里都憋著一股勁兒：“一定要攻關(guān)成功?！?/p>

頂著壓力，張帆寫代碼，黃先鋒做調(diào)試，有時3人輪換著干，經(jīng)常連續(xù)編程20多個小時。兩個多月后，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提供更全面的參考?！?/p>

一年后，黃先鋒等幾名師生第三次來到敦煌，又駐扎了兩個多月。他們借來運輸機，載著激光掃描儀進行了大范圍航測，同時利用地面激光、近景攝影測量儀器，對洞窟崖壁、古建筑等進行了全方位測量，莫高窟的空中、中距、近距和微距數(shù)據(jù)全部獲得。

“過去沒有全貌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)該如何進行加固保護提供了數(shù)據(jù)支撐?！睆埛榻B，2016年，他們再次采集敦煌全貌3D數(shù)據(jù)，比對10年前記錄的數(shù)據(jù)，莫高窟的保護水平進一步提升。

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、云岡石窟等多個文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護項目。

隨著時代發(fā)展，敦煌保護不斷出現(xiàn)新的挑戰(zhàn)?！拔覀兊膶W(xué)生研究了壁畫虛擬修復(fù)、文物病害標(biāo)注和識別系統(tǒng)等，保護敦煌的接力棒，我們將一代代傳下去?！睆埛f。

張帆介紹，在世界范圍內(nèi)，利用數(shù)字技術(shù)保護文化遺產(chǎn)仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題，“實現(xiàn)更高效經(jīng)濟、更自動精確，從完成數(shù)字化存檔到傳承和弘揚數(shù)字文化遺產(chǎn)，我們未來要努力的地方還有很多。”

《 人民日報 》（ 2021年08月23日 12 版）