摘 要：石窟原是印度的一種佛教建筑形式，我國的石窟起初是仿制印度石窟的制度開鑿的，多建在中國北方的黃河流域，取材于佛教故事，興于魏晉，盛于隋唐。由于我國大多數(shù)石窟文物自建造之始一直處于露天環(huán)境中，自然風(fēng)化侵蝕嚴(yán)重、被盜事件屢發(fā)，造成今天現(xiàn)存的石窟損毀、丟失情況嚴(yán)重。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展石窟文化遺產(chǎn)的數(shù)字復(fù)原和復(fù)原后的傳播提上議事日程，文章以云岡石窟20窟西立佛為例，分析石窟文化遺產(chǎn)數(shù)字復(fù)原的途徑和傳播的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：石窟文化遺產(chǎn)；數(shù)字復(fù)原；傳播

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2025.01.007

我國歷史悠久，隨著時(shí)間的流逝，大多數(shù)文化遺產(chǎn)存在丟失和毀壞的問題，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)為了更好地保護(hù)、修復(fù)、復(fù)原文化遺產(chǎn)，文物三維信息采集、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、復(fù)原算法等數(shù)字化技術(shù)廣泛應(yīng)用到文物復(fù)原與展示利用中，不僅可以永久保存文物信息，更可以讓公眾能夠直觀、自主、便捷地欣賞中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。讓傳統(tǒng)文化以更易于公眾接受的方式進(jìn)行傳播，數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于文化遺產(chǎn)的復(fù)原與傳播是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，想要文化遺產(chǎn)實(shí)現(xiàn)不斷的傳承和發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于文化遺產(chǎn)領(lǐng)域勢在必行。

1 云岡石窟20窟西立佛現(xiàn)狀與主要問題

1.1 現(xiàn)狀

云岡石窟20窟為三世佛造像題材，于公元460年至470年間雕刻而成。從考古發(fā)掘遺跡可以看出第20窟與其他4座曇曜五窟一樣，具有寬大明窗的馬蹄形平面、穹隆頂?？唔斉c西壁早年崩塌，西立佛除僅存的身膝以下局部和頭光東部最外兩層的一部分以外，其余部分均已殘毀，只剩166塊在1949年前考古工作和1992年“八五工程”考古挖掘中發(fā)現(xiàn)的佛像殘石，20窟西立佛的原形態(tài)至今仍是未解之謎。

1.2 數(shù)字復(fù)原與傳播的主要問題

石窟文化遺產(chǎn)數(shù)字復(fù)原與利用方面的研究在國內(nèi)外尚不完善，云岡石窟20窟西立佛與大部分毀壞的需要復(fù)原的文物一樣，存在以下四點(diǎn)未解決的關(guān)鍵問題：一是依據(jù)不足。因?yàn)樵茖?0窟西立佛在建成初期就發(fā)生坍塌，西立佛的相關(guān)資料非常欠缺，沒有可以直接借鑒的歷史文物資料。二是算法欠缺。目前在石窟文化遺產(chǎn)數(shù)字復(fù)原領(lǐng)域還沒有成熟的算法可以借鑒利用，需要進(jìn)行原始的算法開發(fā)。三是沒有通用的虛擬修復(fù)平臺(tái)。目前文物虛擬修復(fù)平臺(tái)大多針對特定單一的文物進(jìn)行虛擬修復(fù)。四是殘損文物的傳播展示手段較為單一。

2 云岡石窟20窟西立佛數(shù)字復(fù)原研究思路

云岡石窟自開鑿以來1500多年的歲月里，一直處于風(fēng)吹日曬的露天環(huán)境中，長期受到自然風(fēng)化和災(zāi)害侵蝕，石像松動(dòng)甚至坍塌在所難免。除了自然環(huán)境的侵蝕，石窟文物人為因素破壞也相當(dāng)嚴(yán)重，發(fā)生過多次被盜事件，不管是自然毀壞還是人為因素破壞，現(xiàn)存的云岡石窟存在大量的殘缺佛像。云岡研究院在保護(hù)好現(xiàn)存文物本體的基礎(chǔ)上，也在積極探索對殘缺佛像的復(fù)原途徑。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，這些殘損的佛像可以通過數(shù)字化相關(guān)技術(shù)進(jìn)行復(fù)原。

2.1 研究思路

首先對20窟及窟前考古發(fā)掘的殘件進(jìn)行三維數(shù)字化掃描，并對殘件的顏料進(jìn)行分析確認(rèn)，利用虛擬修復(fù)平臺(tái)通過考古藝術(shù)復(fù)原和人工智能計(jì)算等方法，對20窟西立佛復(fù)原推測盡量高的可靠性，為實(shí)體復(fù)原提供依據(jù)。

2.2 研究目標(biāo)

本項(xiàng)目以傳統(tǒng)的數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，使用人工智能的方法，形成一套成熟的可適用于多種石窟類型的通用文物虛擬復(fù)原與利用系統(tǒng)，開創(chuàng)性建立文物通用虛擬修復(fù)算法與平臺(tái)，并研究通過多種傳播的方式向大眾展示文物數(shù)字復(fù)原與利用的意義。

2.3 研究解決的關(guān)鍵技術(shù)

一是通用虛擬修復(fù)平臺(tái)建設(shè)?；贒asViewer軟件系統(tǒng)平臺(tái)，綜合運(yùn)用C++、Html5等開發(fā)工具搭建虛擬修復(fù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)載入、修復(fù)、成果輸出等功能，并能支持復(fù)原模板、AI修復(fù)算法、殘件三變量的AI虛擬修復(fù)和人工手動(dòng)虛擬修復(fù)的通用虛擬修復(fù)平臺(tái)。二是考古藝術(shù)復(fù)原。搜集相關(guān)文獻(xiàn)資料和現(xiàn)存的西立佛遺跡，通過色彩研究、造型研究，推斷西立佛的色彩及平面和立體造型。主要包括服飾樣式、手勢、身體比例等。三是碎片拼接算法。基于語義的佛像人工智能虛擬修復(fù)技術(shù)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在云岡石窟20窟西立佛復(fù)原項(xiàng)目上的使用。

2.4 總體技術(shù)路線

第一步，對云岡石窟20窟和20窟西立佛166塊殘件進(jìn)行高精度三維數(shù)據(jù)采集，為云岡石窟20窟西立佛數(shù)字復(fù)原與利用項(xiàng)目完成最初的數(shù)據(jù)采集，通過拉曼測試得出顏料層。第二步，通過考古藝術(shù)復(fù)原、手工拼接和人工智能拼接的方式相互參考推測出云岡石窟20窟西立佛尺寸、造型和色彩等信息。第三步，通過3D打印等傳播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)云岡石窟20窟西立佛的傳播利用（圖1）。

2.5 項(xiàng)目研究過程

一是三維模型數(shù)據(jù)采集。通過三維激光掃描技術(shù)與近景攝影測量技術(shù)相融合的方式獲取云岡石窟20窟和西立佛166塊殘件的三維模型數(shù)據(jù)，并生成正射影像圖。三維數(shù)據(jù)采集是開展虛擬復(fù)原工作的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)了云岡石窟20窟西立佛的三維形態(tài)、尺寸、體積和紋理等信息（圖2）。

二是色彩研究。云岡石窟曇曜五窟色彩留存較少，20窟東立佛顏料層已全部脫落，整個(gè)現(xiàn)存色彩很少，在西壁下側(cè)衣紋處有紅色顏料，經(jīng)過拉曼測試得出顏料層為鐵紅，而且位置是在雕刻顏色的最內(nèi)層，是北魏時(shí)期原有的色彩。

三是人工拼接。利用云岡石窟20窟西立佛殘件掃描生成的正射影像圖，對云岡石窟20窟西立佛進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助的人工拼接，拼接結(jié)果反映了西立佛的局部造型特征（圖3）。

四是考古藝術(shù)復(fù)原。首先是整體造型復(fù)原研究。根據(jù)已經(jīng)拼接好的模型和20窟西壁以及地面留存的雕刻可以得知西立佛是左手，通過對西立佛殘石拼對復(fù)原，推測西立佛與18窟主尊樣式一致，左手握裾捫于胸前。差別是前者為通肩衣，后者為偏袒右肩衣。其次是服飾衣紋復(fù)原研究?，F(xiàn)存衣紋樣式是線面結(jié)合具有凹凸形式的衣紋，這種衣紋樣式在云岡石窟很少出現(xiàn)，在云岡石窟現(xiàn)存造像中只有九尊，分別是20窟大佛和東立佛、西立佛，17窟東壁坐佛以及16-1窟北壁中層佛龕坐佛，7窟北壁上層佛龕內(nèi)三尊造像以及8窟北壁上層佛龕倚坐佛像，根據(jù)現(xiàn)有的佛像衣紋可以推測出西立佛的衣紋服飾。再次是佛頭復(fù)原研究。由于佛頭不知去向，也沒有直接的圖片資料，只能通過曇曜五窟早期洞窟的佛造像頭像作為參考進(jìn)行推測?，F(xiàn)存三世佛主要洞窟有19窟、18窟、17窟、5窟。根據(jù)各個(gè)洞窟佛頭的特點(diǎn)推測出云岡石窟20窟西立佛佛頭的形狀。從次是手勢復(fù)原研究。左手根據(jù)現(xiàn)存石塊對西立佛殘石進(jìn)行拼對復(fù)原，除了接縫處有少量殘缺之外，手部基本上保存完整，樣式與18窟主尊手勢一致，左手握裾捫于胸前。右手下垂，手握衣襟，推測與20窟東立佛手勢一致。最后是輪廓復(fù)原研究。由足部殘留與頭光殘留可知其基本高度位置，其寬度位置參考166塊殘件的拼接成果，由此較為肯定地廓清了西立佛的高度與寬度界限（圖4）。

五是拼接算法研究。AI算法實(shí)現(xiàn)殘片相互位置關(guān)系的推算。整體思路為根據(jù)碎片邊緣輪廓、紋理等特征，計(jì)算每個(gè)碎片的剛性變換矩陣，先聚類再拼接?；诂F(xiàn)有佛像殘石數(shù)據(jù)，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)推算166塊佛像殘石的相對位置關(guān)系。首先是碎片聚類。在進(jìn)行拼接前，建立碎片樣本庫，利用深度學(xué)習(xí)算法對碎片進(jìn)行聚類，將相似的可能來自同一局部區(qū)域的碎片劃分在一組進(jìn)行拼接，逐步對佛像局部進(jìn)行拼接。其次是碎片外推修復(fù)。考慮到碎片的腐蝕缺失，利用Patch-based圖像修復(fù)算法對碎片進(jìn)行外推修復(fù)，即利用圖像合成算法預(yù)測出碎片缺失部分的可能樣子。再次是轉(zhuǎn)換坐標(biāo)預(yù)采樣。預(yù)測可能相鄰的碎片的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。從次是置信度判斷。尋找合適的匹配對碎片，利用相鄰匹配對的相似得分和置信度，對上一步驟中預(yù)測的碎片關(guān)系進(jìn)行判斷。最后是殘片拼接。利用貪婪算法，迭代拼接出最好的匹配結(jié)果。

六是虛擬修復(fù)平臺(tái)研究。對云岡石窟20窟西立佛的虛擬復(fù)原利用了多種方式進(jìn)行復(fù)原嘗試，為了對多種途徑的復(fù)原結(jié)果進(jìn)行整合，綜合運(yùn)用C++、Html5等開發(fā)工具搭建通用虛擬修復(fù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)載入、修復(fù)、成果輸出等功能。平臺(tái)通過匯集三維模型、修復(fù)圖片、視頻資源等不同格式的數(shù)字資源，打造文物虛擬復(fù)原資源共享互動(dòng)生態(tài)。通過為不同工作團(tuán)隊(duì)開展工作空間的方式，實(shí)現(xiàn)資源的獨(dú)立存儲(chǔ)及協(xié)作共享（圖5）。

2.6 數(shù)字復(fù)原成果

對云岡石窟20窟西立佛進(jìn)行的數(shù)字復(fù)原綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)和考古的方式，最終的復(fù)原成果具有很大的可靠性，為其他相似類型的文化遺產(chǎn)復(fù)原提供了一種全新的思路（圖6）。

3 云岡石窟20窟西立佛傳播策略研究

3.1 石窟文化遺產(chǎn)傳播策略

一是結(jié)合國家戰(zhàn)略，多層次豐富文化遺產(chǎn)故事。黨的二十大報(bào)告中提出“增強(qiáng)中華文明傳播力影響力，堅(jiān)守中華文化立場，講好中國故事，傳播好中國聲音”。我國石窟的開鑿與佛教在我國的傳播密不可分，佛教是由印度經(jīng)西域傳入我國的，我國的石窟文化遺產(chǎn)融匯了西方和中國的繪畫、雕塑等傳統(tǒng)技法和審美情趣，體現(xiàn)了我國和西域國家的社會(huì)史、佛教史、藝術(shù)史及交流史，所以石窟文化遺產(chǎn)的傳播可以與“一帶一路”等國家戰(zhàn)略規(guī)劃相結(jié)合，運(yùn)用石窟文化遺產(chǎn)的具體特點(diǎn)及地域特色反映國家大戰(zhàn)略，豐富石窟文化遺產(chǎn)的表達(dá)方式，挖掘石窟文化遺產(chǎn)更深層次的內(nèi)涵。

二是“傳統(tǒng)+現(xiàn)代”的方式，實(shí)現(xiàn)全方位立體化傳播。各種類型的新媒體在我們的社會(huì)傳播中發(fā)揮著巨大的作用，在這種環(huán)境下也為我們石窟寺文化遺產(chǎn)的傳播提供了便利。在保證報(bào)紙、書籍、電視、廣播等傳統(tǒng)媒體傳播方式的基礎(chǔ)上，應(yīng)利用社交媒體、短視頻、數(shù)字化呈現(xiàn)（AR、VR）等方法為石窟文化遺產(chǎn)的傳播賦予新的動(dòng)能，借助各種方式實(shí)現(xiàn)石窟文化遺產(chǎn)的全方位立體化的傳播。

三是做好頂層設(shè)計(jì)，引領(lǐng)傳播潮流。不管通過何種方式、何種形式對石窟文化遺產(chǎn)進(jìn)行傳播，都應(yīng)該注重頂層設(shè)計(jì)，官方始終作為領(lǐng)導(dǎo)者引領(lǐng)傳播方向，同時(shí)積極聯(lián)系專家學(xué)者與保護(hù)工作者參與到石窟文化遺產(chǎn)的傳播中去，保證傳播方式和內(nèi)容的良性循環(huán)，使之成為公眾隨處可見、喜聞樂見、廣泛聽見的中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

3.2 云岡石窟第20窟西立佛傳播實(shí)踐

云岡石窟20窟西立佛在完成復(fù)原的基礎(chǔ)上，我們通過多種方式向公眾和研究者展示此次復(fù)原成果。一是3D打印。為了使云岡石窟第20窟西立佛的復(fù)原成果更直觀地展現(xiàn)在公眾面前，我們利用數(shù)字化技術(shù)制作了高精度云岡石窟20窟西立佛數(shù)字模型，并利用3D打印技術(shù)將云岡石窟20窟西立佛數(shù)字模型進(jìn)行了等比例的復(fù)制，同時(shí)還將復(fù)原研究過程做了相對通俗的解釋，以簡約、概括為導(dǎo)向，重視文獻(xiàn)性以及陳述性，以復(fù)原流程進(jìn)行展線布置，做到完整、清晰、客觀地呈現(xiàn)給不同受眾群體及個(gè)人。二是2022年首屆北京藝術(shù)雙年展。為了讓公眾近距離接觸云岡石窟20窟西立佛文物殘件，了解石窟復(fù)原的全過程，西立佛殘件參加2022年12月30日首屆北京藝術(shù)雙年展，展覽通過“窮諸巧麗”“因巖結(jié)構(gòu)”“真容巨壯”三個(gè)單元，借由數(shù)字技術(shù)的幫助，與觀眾一起從全新的視角領(lǐng)略云岡石窟的風(fēng)采。三是西立佛復(fù)原小游戲。石窟文化遺產(chǎn)的傳播受眾相對其他內(nèi)容的受眾較小，為擴(kuò)大石窟文化遺產(chǎn)的傳播受眾，我們開發(fā)了西立佛復(fù)原小游戲，利用現(xiàn)存的殘塊讓使用者進(jìn)行拼接，將石窟文化遺產(chǎn)的復(fù)原更直觀、更有趣地展示給公眾，讓公眾參與文化遺產(chǎn)的復(fù)原，從而讓文化遺產(chǎn)的復(fù)原工作變成一種老少皆宜的游戲，擴(kuò)大受眾范圍。

4 結(jié)語

文物的數(shù)字化保護(hù)技術(shù)已成為一種重要的保護(hù)方法，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)文物保護(hù)的多項(xiàng)短板，有效避免了傳統(tǒng)修復(fù)模式耗時(shí)費(fèi)力且處處存在風(fēng)險(xiǎn)的缺點(diǎn)。利用三維激光掃描技術(shù)和近景攝影測量技術(shù)采集并重建文物三維模型，在此基礎(chǔ)上開展文物的數(shù)字復(fù)原工作，能最大限度減少修復(fù)過程中不必要的材料和時(shí)間消耗，提高工作效率；克服傳統(tǒng)修復(fù)工作對文物實(shí)體的干預(yù)，給文物保護(hù)修復(fù)工作人員提供一種更加適用和可持續(xù)的修復(fù)選擇。隨著多元傳播途徑的實(shí)踐和常設(shè)展覽的開展，不僅可以增強(qiáng)中華文化的影響力，同時(shí)將推動(dòng)石窟文化遺產(chǎn)復(fù)原、傳播等產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，對于文化遺產(chǎn)的保護(hù)與保存、研究與教育、傳承與弘揚(yáng)、創(chuàng)新與發(fā)展具有十分重要的意義。

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