樊錦詩(shī)

內(nèi)容摘要：數(shù)字技術(shù)在敦煌莫高窟的保護(hù)與展示中已得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，對(duì)敦煌石窟藝術(shù)的全部信息進(jìn)行記錄，同時(shí)也應(yīng)用于洞窟壁畫(huà)現(xiàn)狀調(diào)查、日常監(jiān)測(cè)等保護(hù)工作，又為美術(shù)臨摹工作的線描稿起稿提供了技術(shù)支持。采用數(shù)字無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在洞窟實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理方面發(fā)揮了獨(dú)特的作用，為莫高窟洞窟的開(kāi)放管理水平提升提供了技術(shù)支持。三維激光掃描的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于洞窟考古測(cè)繪工作中，測(cè)量精度和準(zhǔn)確性得到了提高。在敦煌學(xué)信息資料建設(shè)方面，利用數(shù)字技術(shù)，建成了高效的圖書(shū)管理系統(tǒng)和文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息資源共享。采用數(shù)字技術(shù)，充分?jǐn)U展了敦煌石窟藝術(shù)展示的場(chǎng)所和空間。通過(guò)在建的敦煌莫高窟游客服務(wù)中心項(xiàng)目，可以使觀眾欣賞到高分辨率、高清晰度的洞窟建筑、彩塑和壁畫(huà)，同時(shí)也使洞窟得到有效保護(hù)。

關(guān)鍵詞：莫高窟；數(shù)字技術(shù)；保護(hù)；展示

中圖分類(lèi)號(hào)：K870.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4106(2009)06-0001-03

千余年來(lái)自然因素的作用和人為因素的影響，使敦煌石窟面臨著逐漸褪化的危險(xiǎn)。作為莫高窟的保護(hù)、管理和研究機(jī)構(gòu)——敦煌研究院，在中國(guó)政府與國(guó)內(nèi)外友好人士和機(jī)構(gòu)的幫助下，六十多年來(lái)投入了大量的人力、財(cái)力和物力，采取了積極有效的措施，對(duì)敦煌石窟進(jìn)行了卓有成效的保護(hù)，如石窟危崖加固，石窟崖頂風(fēng)沙危害綜合治理，石窟環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理，壁畫(huà)和彩塑病害的研究、治理和修復(fù)，等等。眾所周知，文物是不能再生的，也是不能永生的。盡管我們采取了許多保護(hù)措施，但是，敦煌石窟文物，特別是脆弱的壁畫(huà)逐漸褪化趨勢(shì)無(wú)法逆轉(zhuǎn)，作為檔案的攝影照片、錄像資料也難以持久保存敦煌藝術(shù)的信息，敦煌石窟的保護(hù)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外，敦煌石窟脆弱的壁畫(huà)和塑像及其狹小的洞窟空間，與迅速發(fā)展的旅游開(kāi)放所形成的矛盾日益突出。因此，如何能永久地保存、又能永續(xù)利用這份人類(lèi)珍貴的文化遺產(chǎn)，成為久久困擾我們的難題，也是我們孜孜不倦追尋的目標(biāo)和最高的職責(zé)。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展啟發(fā)了我們，20世紀(jì)80年代，我們開(kāi)始嘗試?yán)孟冗M(jìn)的攝影技術(shù)和數(shù)字技術(shù)記錄、存儲(chǔ)敦煌石窟藝術(shù)的探索。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，我們與國(guó)內(nèi)外大專(zhuān)院校、科研院所合作，共同開(kāi)展了敦煌數(shù)字儲(chǔ)存技術(shù)的研究。

一敦煌石窟藝術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)研究和應(yīng)用

1.敦煌石窟藝術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)研究的開(kāi)始

在美國(guó)紐約梅隆基金會(huì)的支持下，我們與美國(guó)西北大學(xué)合作采用覆蓋式拍攝和先進(jìn)的QuickTime虛擬現(xiàn)實(shí)兩種方式，分別用數(shù)字技術(shù)記錄敦煌石窟藝術(shù)的全部信息。覆蓋式拍攝可以獲得高分辨率的壁畫(huà)圖像，拍攝方法是用平行于壁面移動(dòng)的數(shù)碼相機(jī)，依次對(duì)洞窟壁畫(huà)分幅拍攝，然后把單幅數(shù)字圖像拼接成整壁壁畫(huà)圖像，并通過(guò)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)軟件處理，保證圖像色彩和幾何比例的準(zhǔn)確性；QuickTime虛擬現(xiàn)實(shí)能使圖像觀看者有進(jìn)入洞窟的感覺(jué)，并能在洞窟內(nèi)旋轉(zhuǎn)觀看，看到洞窟內(nèi)建筑、彩塑和壁畫(huà)的所有藝術(shù)品。

與此同時(shí)，敦煌研究院和國(guó)外一些收藏敦煌資料的單位授權(quán)梅隆基金會(huì)制作梅隆國(guó)際敦煌檔案，這是一部學(xué)術(shù)性的電子檔案，為文物保護(hù)及其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)者提供重要的信息資源。檔案可讓學(xué)者將圖像的具體細(xì)節(jié)拉近放大，看到本來(lái)看不到的畫(huà)面，進(jìn)行仔細(xì)研究，還可以瀏覽石窟內(nèi)景的拼接全景，得到身臨其境的感覺(jué)。檔案還可以讓學(xué)者在電腦顯示屏上同時(shí)對(duì)分散在世界各地的敦煌圖像進(jìn)行比較研究。

2.敦煌石窟藝術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)的繼續(xù)探索

在以上研究的基礎(chǔ)上，隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，我們不斷地探索和改進(jìn)壁畫(huà)數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)。首先，引入色彩管理系統(tǒng)，使圖像從拍攝、信息采集、圖像拼接與處理，圖像顯示及打印輸出等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)色彩一致和統(tǒng)一，并保證色彩還原的準(zhǔn)確；其次，由于硬件性能的提高和軟件的升級(jí)，圖像信息采集精度由75DPI提高到150DPI，提高了壁畫(huà)數(shù)字化獲取圖像的精度；第三，后期圖像拼接處理，由純手動(dòng)拼接提高為自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的方式；第四，隨著信息采集所使用的軌道和拍攝機(jī)架等設(shè)施的不斷改進(jìn)，提高了信息采集的準(zhǔn)確率；第五，所有的數(shù)據(jù)采用不同的介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，確保數(shù)據(jù)安全。

3.敦煌石窟藝術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)信息的應(yīng)用

目前，覆蓋式拍攝所獲得的高分辨率的壁畫(huà)圖像已經(jīng)應(yīng)用于敦煌石窟的保護(hù)、研究和弘揚(yáng)工作中。首先，在保護(hù)方面，高分辨率的敦煌石窟藝術(shù)圖像用于對(duì)洞窟壁畫(huà)保護(hù)必須采取的現(xiàn)狀調(diào)查，精確地記錄不同類(lèi)型的壁畫(huà)病害信息；為評(píng)估壁畫(huà)修復(fù)效果和日常監(jiān)測(cè)、調(diào)查洞窟壁畫(huà)保存狀況而提供依據(jù)。其次，利用覆蓋式拍攝圖像拼接技術(shù)所獲得的高清晰、高精度的圖像資料，為美術(shù)臨摹工作的線描稿起稿提供了技術(shù)支持，提高了美術(shù)臨摹工作的速度、效率，減輕了臨摹工作強(qiáng)度。

二數(shù)字無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于石窟微環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和游客流量統(tǒng)計(jì)

石窟的氣象環(huán)境因素，如溫度、濕度、二氧化碳濃度等都是影響到洞窟壁畫(huà)保存的重要因素，也直接影響洞窟的開(kāi)放參觀。用傳感器采集上述各種參數(shù)，并采用無(wú)線通訊技術(shù)將所有傳感器組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)大范圍長(zhǎng)期可靠的傳送；采用主動(dòng)式RFID技術(shù)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)洞窟內(nèi)游客流量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。

用數(shù)字無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)洞窟的各種環(huán)境變化，可以使我們實(shí)時(shí)掌握洞窟的狀況，并能夠根據(jù)洞窟環(huán)境的現(xiàn)狀，及時(shí)采取洞窟臨時(shí)性關(guān)閉或調(diào)整等策略，以此加強(qiáng)對(duì)洞窟的保護(hù)。

三三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于洞窟考古測(cè)繪

以往我們采用傳統(tǒng)手工測(cè)繪的方式繪制考古測(cè)繪圖，精準(zhǔn)度和工作效率都很低。現(xiàn)在，我們利用三維激光掃描技術(shù)獲取點(diǎn)云，并通過(guò)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)完成數(shù)據(jù)坐標(biāo)系的統(tǒng)一，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)人到Microstation系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)的幾何特征和點(diǎn)云強(qiáng)度勾勒出洞窟結(jié)構(gòu)和塑像線描圖，又通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)確定壁畫(huà)的三維位置，依據(jù)拼接圖像勾勒出壁畫(huà)物象的線特征，并且在考古測(cè)繪圖上按照分幅的圖幅大小插入標(biāo)有坐標(biāo)數(shù)據(jù)的網(wǎng)格線，便于后期整理成圖，并計(jì)算出圖像的準(zhǔn)確位置和實(shí)際大小。采用上述技術(shù)繪制的考古測(cè)繪圖，不僅精度高，而且提高了工作效率，從而準(zhǔn)確、科學(xué)地記錄了敦煌石窟藝術(shù)的全部信息。

四數(shù)字技術(shù)在敦煌學(xué)信息資料建設(shè)方面的應(yīng)用

在信息資料建設(shè)方面，利用數(shù)字技術(shù)：第一，我們建成了高效的圖書(shū)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了館藏中、英文圖書(shū)的異地管理和檢索；第二，初步建成了“敦煌學(xué)研究文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)”、“敦煌遺書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)”、“敦煌遺書(shū)總目數(shù)據(jù)庫(kù)”、“石窟檔案數(shù)據(jù)庫(kù)”等系統(tǒng)；第三，與英國(guó)國(guó)家圖書(shū)館合作建設(shè)國(guó)際敦煌學(xué)項(xiàng)目(IDP)，即利用高精度數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)，將我院和甘肅省內(nèi)所藏的敦煌藏經(jīng)洞出土文獻(xiàn)約八百多件全部制成數(shù)字檔案，上傳至國(guó)際敦煌學(xué)項(xiàng)目(IDP)數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到信息資源共享；第四，設(shè)立了

多媒體閱覽室，提供國(guó)內(nèi)的中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)(CNKI)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)，美國(guó)的JSTOR、ART-STOR等幾個(gè)大型學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程查詢(xún)；第五，利用哈蘇X5、易邁康848掃描儀，對(duì)我院保存的自20世紀(jì)50年代至今拍攝的4000余張傳統(tǒng)底片數(shù)字化掃描，初步建立了影像資源數(shù)據(jù)庫(kù)；第六，建立并不斷完善敦煌研究院網(wǎng)站(http://www.dha.ac.cn)。

五利用數(shù)字技術(shù)充分展示敦煌藝術(shù)，建立敦煌莫高窟數(shù)字展示中心

隨著敦煌石窟藝術(shù)數(shù)字技術(shù)不斷深入和發(fā)展，我們計(jì)劃建設(shè)敦煌莫高窟游客服務(wù)中心，該項(xiàng)目得到了國(guó)家的支持。游客中心建成后，不僅可以將游客過(guò)多對(duì)文物造成的威脅降至最低，使洞窟得到有效保護(hù)，而且能充分?jǐn)U展敦煌石窟藝術(shù)展示的場(chǎng)所和空間。高分辨率、高清晰度的洞窟建筑、彩塑和壁畫(huà)的展示，使觀眾欣賞到更加細(xì)致精美的敦煌石窟藝術(shù)，并獲取更為豐厚的敦煌石窟藝術(shù)信息。

敦煌莫高窟游客服務(wù)中心，將設(shè)置洞窟實(shí)景漫游廳、主題電影演播廳、多媒體展示廳及相關(guān)配套設(shè)施。洞窟實(shí)景漫游廳，用球幕影院形式放映球幕電影。球幕電影是通過(guò)數(shù)據(jù)采集、建模、貼圖、渲染、后期制作等五個(gè)步驟制作完成的；其中的關(guān)鍵是要處理好貼圖和渲染兩個(gè)步驟，需要解決超大數(shù)據(jù)量管理、圖像和模型的精確映射、圖像色彩的融合，以及高精度、180度球幕魚(yú)眼鏡頭場(chǎng)景渲染等。球幕電影能使觀眾感受到身臨其境并細(xì)致入微地觀看洞窟建筑、彩塑和壁畫(huà)。觀眾觀看主題電影，能獲取敦煌莫高窟誕生的歷史文化背景和敦煌藝術(shù)珍貴的價(jià)值，獲得豐富的敦煌歷史文化知識(shí)。觀眾還可以利用多媒體展示滿(mǎn)足其多種參觀需求，獲取大量的敦煌文化信息。

六敦煌數(shù)字化工作面臨的主要問(wèn)題

敦煌數(shù)字化工作是一項(xiàng)浩大的工程，以上所說(shuō)的只是一個(gè)開(kāi)端，要進(jìn)一步開(kāi)展數(shù)字化工作，我們還面臨很多的問(wèn)題，比如：

第一，我們希望準(zhǔn)確、快捷、完整地獲取數(shù)字信息數(shù)據(jù)，難題是由于高精度的信息獲取過(guò)程中存在大量的分幅和局部數(shù)據(jù)，制約了獲取平面圖像信息數(shù)據(jù)和三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)拼接的準(zhǔn)確性、快捷性，文字信息、平面影像數(shù)據(jù)以及三維空間信息數(shù)據(jù)之間缺乏統(tǒng)一關(guān)聯(lián)，從而影響了信息數(shù)據(jù)的完整性。

第二，我們希望能夠科學(xué)地整合與管理巨量信息數(shù)據(jù)，難題是將大量不同時(shí)段、不同目的和不同用途所產(chǎn)生的信息如何數(shù)據(jù)整合，又能讓使用者通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)源查詢(xún)到任意時(shí)間段、任意內(nèi)容等各種數(shù)據(jù)信息，并能夠源源不斷地吸收新的信息數(shù)據(jù)和研究資料。

第三，我們希望將先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)，應(yīng)用到文化遺產(chǎn)的保護(hù)、考古研究和展陳。難題是根據(jù)文化遺產(chǎn)的保護(hù)、考古研究和展陳的需求如何持續(xù)不斷地開(kāi)展數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新。