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讓敦煌在數字空間永存

“瑞像九尋驚巨塑,飛天萬態現秋毫。”延續近2000年的敦煌文化,是世界現存規模最大、延續時間最長、內容最豐富、保存最完整的藝術寶庫,是世界文明長河中的一顆璀璨明珠,也是研究中國古代各民族政治、經濟、軍事、文化、藝術的珍貴史料。

如今,1:1實景洞窟三維模型的構建,將遠在大漠中的千年瑰寶展現在世人面前;數字敦煌上線,全球網民只要輕叩滑鼠,就可以瀏覽超高清壁畫圖像……“窟內文物窟外看”的實現,離不開科研人員數十年的接續攻關。本報採訪了參與數字敦煌項目的部分武漢大學研究人員,聽他們講述讓敦煌在數字空間永存的幕後故事。

全景復原洞窟

“敦煌莫高窟”來武漢了!最近一段時間,武漢人的朋友圈裏,這條消息刷屏了。

由武漢大學和敦煌研究院主辦的“萬里千年——敦煌石窟考古特展”,正在武漢大學萬林藝術博物館展出。外交部發言人趙立堅發佈微網志點讚:“武漢大學運用先進的文物掃描和複製技術,把敦煌石窟‘搬’進了學校博物館。”

走進萬林藝術博物館,一眼就能看到一尊震撼人心的巨大臥佛像,神情安詳,微含笑意。這裡還原的是莫高窟南端著名的158窟場景。158窟是莫高窟著名的涅槃窟之一,這尊涅槃像為石胎泥塑像,身長15.8米。洞窟正壁上部繪有菩薩、羅漢、梵釋天人、天龍八部、佛弟子及散花飛天,洞窟左壁內側畫有十大弟子舉哀圖。

這尊完美的複製品,是數字敦煌和3D列印相結合的産物。它被分成好幾塊搬運進場館內,再組合成一尊完整佛像。展出時,整個佛身嚴絲合縫,絲毫看不出拼接的痕跡。本次展覽一共有4個全景復原洞窟,參觀者在這些復原洞窟前久久佇立,沉浸式地探索、感受。

參觀者中,有一位80多歲的老者,他便是兩院院士、著名測繪專家李德仁。

“記得我和敦煌研究院名譽院長樊錦詩初次見面時,她跟我説:文化遺産不能永存,文化遺産也不可重生。我接著她的話講:文化遺産可以在數字空間永存。”李德仁院士告訴記者,自己和敦煌的緣分,從一場文化遺産的保護接力開始。

20世紀80年代,李德仁院士和他的夫人——武漢大學測繪遙感資訊工程國家重點實驗室朱宜萱教授,就開始著手保護正在遭受侵蝕的敦煌莫高窟文物。後來,隨著技術逐漸成熟,數字敦煌逐漸成為現實。

“利用我們的數據,可以用3D印表機把敦煌的臥佛列印出來。現場的文物不能碰,但數字化的文物可以任意變換。我們還利用數字成果做成了一系列的文創産品。”李德仁院士説,“借助人工智慧、增強現實,文物學家、歷史學家、考古學家在數字敦煌裏可以進行‘現場’科研,壁畫上動不了的‘飛天’,在元宇宙裏可以盡情歌舞。”

保護迫在眉睫

敦煌作為中國通向西域的重要門戶,古代中國文明同來自古印度、古希臘、古波斯等不同國家和地區的思想、宗教、藝術、文化在這裡匯聚交融。中華文明以海納百川、開放包容的廣闊胸襟,不斷吸收借鑒域外優秀文明成果,造就了獨具特色的敦煌文化和絲路精神。

每一個去過莫高窟的人,都會讚嘆它的精美。但是,石窟寺看起來堅如磐石,歷經千年,在柔韌的水、尖利的風以及熱脹冷縮、蟲咬蟻蛀的磨蝕、淘空下,大多面臨結構失穩、水害侵蝕、風化破壞等頑癥的折磨。

樊錦詩在《我心歸處是敦煌》一書仲介紹,目前,莫高窟壁畫病害主要有空鼓、起甲、酥鹼三種。

畫工繪製壁畫之前,要用泥土混合碎麥秸,然後塗抹在岩壁上作為壁畫的泥質地仗層。隋唐以前大都直接在地仗層上作畫,自隋唐開始,畫工會在地仗層上再抹上一層薄如蛋殼的白灰,經過打磨後才可以作為壁畫的底色。洞窟歷經千年之後,泥質的地仗層逐漸從岩體上脫離開來,形成了壁畫與岩體之間的空隙,這便是空鼓。一旦遭遇地震或大風,壁畫很容易整體脫落,掉至地面就會“粉身碎骨”,很難修復。

起甲的表現形式是壁畫白粉層及其上面的顏料層發生龜裂,進而形成鱗片狀翹起。翹起來的龜裂層,時間長了就會脫落。久而久之只剩下壁畫的泥層,嚴重的還會導致壁畫消失。

壁畫的酥鹼病害,被稱為壁畫的“癌症”,其現象是壁畫地仗泥層黏結性喪失,泥土顆粒逐漸掉落酥粉。在水和潮濕空氣的作用下,崖體及壁畫地仗層中大量的硫酸鈉和氯化鈉活動遷移,聚積在壁畫地仗層和顏料層中,反覆溶解、結晶,從而産生酥鹼病變。

李德仁介紹,近年來,敦煌地區氣候變化,濕度上升、降雨量增加、河道漲水,都不利於壁畫保存,遊客參觀時呼出的二氧化碳也會産生化學反應,對壁畫造成影響,保護工作迫在眉睫。

2005年前後,三維鐳射掃描技術得到快速發展。正巧朱宜萱和樊錦詩都參與了香港志蓮凈苑的數字化保護工程。志蓮凈苑是一個倣唐木構佛寺建築群,以敦煌莫高窟第172窟壁畫為藍本建造而成。朱宜萱帶領團隊對它的每個構件進行了數字化處理,在電腦中再建了一座三維動態數字化志蓮凈苑,通過虛擬漫遊系統,可以展現建築物的原始樣貌。志蓮凈苑數字化保護工程取得的成果,讓敦煌研究院看到了希望。

2005年,李德仁夫婦前往敦煌考察,見到了樊錦詩。大家討論後決定,在數字空間裏重建敦煌勝景:運用現代攝影測量與遙感技術,對敦煌莫高窟進行三維數字重建,在電腦上建立一個立體敦煌。

多年辛苦攻關

很快,武漢大學測繪遙感資訊工程國家重點實驗室和朱宜萱教授團隊開始了莫高窟整體測繪數據採集工作。

2007年11月,研究鐳射掃描、剛剛博士畢業的黃先鋒來到了敦煌莫高窟。他要做的,是用鐳射掃描石窟。第一次以崖體作為測試對象進行測試掃描,掃描器精度低、速度慢,效果很不好。經過構網、拼接、去噪等技術處理,數據品質依然不高。

幾個月後,黃先鋒再次來到敦煌。這一次,掃描器的問題解決了,但沒有能用的數據處理工具,數據處理的結果,依然無法真實反映塑像及其紋理的面目。

“壁畫、佛像是曲面的,拍攝的照片容易發生形變。變形的圖片貼到立體的‘骨架’上去,總是對不準。”一週後,黃先鋒再次帶著遺憾作別河西走廊。

2008年6月,不服輸的黃先鋒第三次來到莫高窟。這一次,團隊中還有一名成員,李德仁院士的博士生張帆。

經分析,塑像的數字化完全是在光照下進行的,而室內非自然光狀態下,因角度和視線的不同,呈現的圖像紋理是不一樣的。黃先鋒決定棄用國外的商業軟體,打造一款有自主智慧財産權的自主紋理映射軟體。

那段時間,團隊白天在石窟內採集數據,晚上繼續回到出租房開發軟體、研究技術。為表決心,他們在敦煌市區找了家路邊理髮店,一人花10元錢剪了個光頭,笑稱:“不完成任務,就別想著回去!”

就這樣,張帆寫代碼,黃先鋒做演算法設計,有時候白天採集數據,晚上寫程式,經常連續工作30個小時。三個月後,一款名為“貼圖大師”(ModelPainter)的軟體在出租屋誕生,以它為工具,獲得了敦煌塑像的高品質紋理重建,結果讓敦煌研究院大為滿意。

掃清了技術障礙後,李德仁又提出“空地融合、室內外一體化”數據採集的方案,他認為,不只是莫高窟,敦煌的數據都應採集記錄,這樣才能為文物保護提供更全面的參考。

2009年6月,黃先鋒帶領張帆等9人團隊開始攻堅莫高窟窟內外全方位數字檔案,動用機載鐳射掃描、地面鐳射掃描、攝影測量、手持式精細掃描等復刻敦煌。

敦煌有沙都之稱,尤其夏天,烈日之下、沙塵滾滾。有時剛打開盒飯,一陣風沙襲來,飯菜裏全是沙。戶外作業高溫暴曬,窟內又很陰冷,長時間在窟內作業,黃先鋒的雙腿都染上了風濕。

終於,歷經2年,構想成為現實,莫高窟的空中、中距、近距和微距數據全部獲得。“過去沒有全貌3D數據,無法知道莫高窟洞窟與洞窟之間的距離。現在連墻壁的厚度都可以知曉,為洞窟進行加固保護提供了數據支撐。”黃先鋒解釋。

這些年來,黃先鋒去敦煌的次數超過50次,累計待了一年以上。回憶起那段歲月,黃先鋒向記者感嘆:“當時真是立下了‘不做好項目終不還’的決心,當然,這裡邊離不開敦煌研究院的信任和支援。”想到70多歲的朱宜萱教授在敦煌科研現場親自登上20多米的高臺,進行立體攝影測量;80多歲的李德仁院士,依舊常年奔波在外,為團隊爭取科研資料和經費,團隊成員們不辭辛勞,黃先鋒動情地説,“我們希望做的,就是通過數字技術,讓文物得以永世流傳。”

傳承敦煌文化

一座球狀和線條混搭的建築拔地而起,黃色的外貌和周圍的戈壁渾然一體,這便是觀眾到敦煌莫高窟的第一站——數字展示中心看到的景象。在實地參觀莫高窟之前,觀眾在這裡觀賞《千年莫高》《夢幻佛宮》兩部高清電影,與千年前的匠人進行一場跨越時空的對話。

在數代科研人員的接力下,敦煌文物的數字化工作已達到很高水準,文物保護也開啟“攝影測量+自動建模”的新模式。

黃先鋒向記者展示了一款軟體,只要上傳一件文物不同角度的照片,便可生成文物的3D模型。不同於科研人員使用的專業設備,即使是普通人用手機拍攝的照片,軟體也能進行處理。

“除了對敦煌石窟和相關文物進行全面的數字化採集、加工和存儲,我們還做了崖體形變測量、壁畫色彩還原等。把莫高窟保護好,把敦煌文化傳承好,是中華民族為世界文明進步應負的責任。”李德仁院士介紹,“未來,我們還要繼續研究。例如,應用大數據技術對數據進行挖掘,總結不同年代繪畫風格,有助於確定壁畫的年代。”

朱宜萱也感到,敦煌文化保護傳承工作需要更多科研人員參與。回想起初見莫高窟的情形,朱宜萱思緒萬千。1963年至1971年,她作為國家測繪總局第一分局地形七隊隊員,在大西北的沙漠戈壁中進行過外業測量。1964年,進行航空攝影測量外業工作的她,騎著駱駝進了敦煌。

“當時莫高窟的保護剛起步,洞窟還沒有門,黑乎乎的,借著白天的光線才能看到一點壁畫,但是對我觸動很大:敦煌學是巨大的知識寶庫,值得我們去研究和保護。”朱宜萱説。

多年的敦煌工作經歷也給了黃先鋒這個“只懂技術的理科生”美的熏陶。他告訴記者,看了這麼多次敦煌壁畫,現在自己也能賞析一幅繪畫作品了。“敦煌壁畫裏的色彩搭配、線條處理等,真的很美!”

來源:人民日報海外版  責任編輯:石進玉

(原標題:讓敦煌在數字空間永存)