云冈石窟的数字化建设(组图)

　　近年来，云冈石窟研究院通过与国内高校院所长期合作，逐步形成了依托高精度测绘技术(三维激光扫描技术)、地理信息系统技术(GIS)、计算机科学与网络技术等数字化手段，永久地保存珍贵文物及历史档案的方法。在此基础将数字化技术应用于各项管理中，极大地提升了文化遗产地的研究、保护、宣传和服务水平。

　　一、科学记录

　　云冈石窟是中华民族和全人类共同拥有的不可再生的珍贵遗产。尽管采取了许多保护措施，但石窟逐渐风化的趋势是不可逆的，对石窟的记录就显得尤为重要。针对云冈石窟高浮雕、圆雕难以测绘的特点，我院走过了一条从手工测绘到近景摄影测量、三维激光扫描测绘的数字化记录探索之路。

　　1.手工测绘

　　1939年至1944年，日本京都大学水野清一、长广敏雄等在云冈石窟考察，对石窟进行了较为系统的手工测绘，并将得到的图件122幅，发表于《云冈石窟——公元五世纪中国北部佛教石窟寺院的考古调查报告》。(图1)传统测绘方法是用绘画方法将极为复杂的石窟壁面通过各种线条表现出来。这种通过二维线条来表达三维壁面的方法，首先导致了信息的大量丢失，其次绘图者的主观意识和绘图技法对图纸精度影响非常大，存在着明显的缺点。

图1第2窟塔柱手工测绘实测图

　　2.近景摄影测量

　　1986~1988年和1994年，云冈石窟研究院与国家建设部城市综合遥感与制图中心合作，运用当时最先进的近景摄影测量技术，先后绘制第5、6窟，第12窟，第20窟和第1、2窟，第3窟，第4窟等洞窟的实测图87张，其中1986年完成的部分测绘图，先后发表于《中国石窟·云冈石窟》和申报世界遗产文本《云冈石窟》中。(图2)虽然近景摄影测绘能够满足石窟寺的准确测绘记录的要求，但由于其最终的图件形式为线描图，还是无法全面地记录石窟信息。不过，近景摄影测量技术的使用，标志着云冈石窟的数字化记录时代开始。

图2第2窟塔柱南壁近景摄影图

　　3.三维激光扫描测绘

　　2003年起，云冈石窟研究院与多家科研院校合作，开始尝试三维激光扫描技术的应用。三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，它通过高速激光扫描测量的方法，以“点云”的形式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据，可以快速、大量的采集空间点位信息，为建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。它可以深入到任何复杂的现场环境中进行扫描操作，并直接将各种实体的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。

　　2005年，云冈石窟研究院与北京建筑大学合作，采用地面三维激光扫描技术对云冈石窟东西长近1公里、高20多米的外立面进行测绘。通过近1个月的扫描测绘，共获取原始点云数据17.6G，首次制作了云冈石窟外立面完整点云数据及正射影像图各一套。

　　云冈石窟外立面正射影像图，准确描述了云冈石窟外立面的具体尺寸、洞窟布局及其相互关系、洞窟外部形态和石窟群整体形象。对于我们准确掌握和认识石窟，继而保护石窟具有重要意义。当然它在考古学上的价值也是值得肯定的，在此图基础上绘制的云冈石窟立面实测线图，弥补了云冈石窟长久以来没有全景正射实测线图的缺憾。(图3)

图3云冈石窟全景立面正射影像图与线图(局部)

　　近年来，云冈石窟研究院还先后完成了第1至4、9至13窟、云冈上堡的数字化记录，并建立了可调整视角、可量测、毫米级精度的洞窟点云数据档案。根据点云数据制作了大量的正射影像图、剖面图、等值线图等一系列数字档案。(图4)

图4第13窟点云数据(局部)

　　4.资料档案的数字化

　　通过技术手段对研究院收藏的大量珍贵书籍、历史档案、照片和录像等资料进行数字化处理，现已完成多部学术专著、维修资料、老照片及反转片的数字化，使这些珍贵资料得以永久保存。今年又对新拍摄的20余万张洞窟数码照片进行了科学分类和存储。随着更多洞窟数字化记录工作的开展，这些成果将逐步形成体系完整、内容充实的“云冈石窟资源数据库”，为云冈石窟今后的研究、保护及文化产业的发展奠定坚实的基础。

　　二、融合翻译

　　文物数字化的目的是利用各种数字化技术，更加全面、准确的认知文物，通过多学科的交叉融合将文物的内涵信息翻译出来，从各个方面推动文物事业的发展。

　　1.考古研究

　　考古研究以正射影像图、剖图、线图为主，由于正射影像图、剖图等图件具有毫米级精度、可量测的特性，极大提高了考古研究人员对石窟的认识。(图5)

图5第3窟后室北壁正射影像图

　　在正射影像图的基础上，经过一系列加工处理，即可得到代替传统拓片的“数字拓片”。尽管缺少了墨拓图像的艺术韵味，但图像表现更加完整、细致、准确。最重要的是，完全去除了墨拓作业对石雕艺术的直接损害。(图6)

图6第3窟菩萨头冠数字拓片

　　在考古线图绘制方面，我们彻底摒弃了以往硫酸纸+灯箱的模式，采用了正射影像图+显示器绘图仪的方法，具有矢量化、高效准确、线条流畅、便于修改的特性。(图7)

图7新方法绘制的第3窟后室实测图

　　2.科技保护

　　正射影像图、剖图等数字化图件对文物保护的设计、施工都具有重要的意义。例如，五华洞危岩体加固工程、窟檐工程都曾依据云冈石窟外立面正射影像图。(图8)此外，还通过建模分析的方法，对洞窟稳定性进行分析，从而达到预防性保护的目的。

图8第11至13窟外崖壁面危岩体加固设计

　　3.展示开放

　　2010年上线的云冈石窟官网(www.yungang.org)旅游版就采用了正射影像图与动漫风格相结合的方式，生动形象、全面系统地向广大访问者介绍景区动态、研究成果、遗产保护等相关信息，以及大同市及周边景点特色、路线等旅游信息，官网设置了中、英、日文多国语言页面板块，方便国内外游客更便捷地了解云冈石窟。(图9)

图9云冈石窟旅游网截图

　　而登录云冈石窟全景网络博物馆(baike.baidu.com/museum/yungang)，即可清晰欣赏到一尊尊壮丽恢弘、精美绝伦的佛像。参观者不仅可以随意选择观看的先后顺序，还可通过前后左右、放大缩小等自主控制，调整视角，全方位多角度的观赏石窟造像。2013年8月18日，经中央电视台“朝闻天下”栏目报道后，更是广为传播，大受好评。(图10)

图10云冈石窟数字博物馆

　　除虚拟展示外，还计划通过3D打印技术1:1复制第3窟、第12窟。完成后的复制洞窟将与云冈出土文物、精美照片和美术品一同成为云冈石窟艺术巡展的重要内容，对宣传云冈石窟、扩大山西影响都将起到重要作用。(图11)

图11云冈石窟第12窟前室

　　4.科学研究

　　2012年以来，云冈石窟研究院成立了“云冈数字中心”，与大同市勘察测绘院共同投资300余万元购置了系列化数字技术设备，组建了一支20多人的专业技术队伍。2014年6月，与浙江大学合作共建的“文物数字化研究中心”挂牌成立。凭借在石窟寺与雕塑类文物数字化实践与经验，积极开展数字化科研活动。先后与北京建筑大学合作开展了山西省科技攻关项目——“云冈石窟数字化工程示范研究”，山西省文物保护科学和技术研究课题——“石质文物风化速度定量测定研究”；与浙江大学、北京建筑大学、天津测绘院和大同测绘院合作开展了山西省文物标准委员会项目——“石窟寺与雕塑类文物三维数字化标准”与“基于三维激光扫描技术的砂岩质文物表面风化速度定量表述方法”的制定等科研项目。

　　三、智慧发展

　　在大数据、云计算、物联网、移动终端相互融合的时代，云冈石窟正着重打造融保护、研究、管理、展示为一体的数字化平台——“智慧云冈”。

　　未来，游客在景区用手机、平板电脑等移动终端，即可享受预约购票、语音讲解、浏览洞窟高处造像细节等服务；研究人员可以在办公室里，查询特定造像的位置、尺寸、相关文献等信息，提高研究效率；管理人员则可随时了解洞窟温湿度、游客密度等情况。数字化技术作为基础技术支持，必将更全面高效地推进云冈石窟的管理、保护、研究和开放。□宁波