科技拯救敦煌 数字展示为我们展示不一样的莫高窟_数字专 !莫高

旅游人物 2019-09-11137未知admin

  一提起莫高窟,大家的脑海里也许会浮现出美轮美奂的壁画、栩栩如生的佛像,但是,随着游客数量渐渐增多,千年莫高窟的保护与利用之间也产生了一定的矛盾。世界文化遗产——敦煌莫高窟,毗邻库姆塔格沙漠和祁连山脉,饱受风沙水害侵蚀。旅游旺季,日均6000多人次客流的人为损害,也让莫高窟不堪重负。一面是络绎不绝的游客,一面是千年文化遗产的保护难题,已经运用了数字技术的莫高窟给游客参观带来了哪些改变?

  上世纪90年代初,敦煌研究院发起现代技术保护莫高窟的“数字敦煌”项目,迄今已24年。目前莫高窟已有92个A级洞窟完成高分辨率数字采集与存储,其中的26个洞窟已完成整个洞窟的图像拼接,数字中心仍以每年20个洞窟的进度进行拍摄。“数字敦煌”项目意义重大,它既可以留存敦煌的文明,又能缓解旅游带给洞窟保护的压力,在文物保护与展示之间找到平衡点。在与日益迫近的风沙赛跑中,付出常人难以想象努力的敦煌文保团队,带给中国文物保护新启示。

  2014年6月13日下午3时许,晴朗的天气骤变,狂风四起,沙尘漫卷,天色浑黄。原本计划前往莫高窟观摩数字敦煌项目拍摄的计划,被迫取消。敦煌研究院数字中心副主任孙志军告诉记者,一旦遭遇恶劣天气,莫高窟就要临时关闭,洞窟里拍摄的摄影师也要提前结束工作下山。

  即便天气晴好,莫高窟492个洞窟中,绝大多数依然大门紧锁,只有少数三四十个洞窟之中的8个洞窟轮番对游人开放。

  即便保护的力度在逐渐加强,不可否认的是,莫高窟正在逐渐老去。存世千年的壁画,已经难以招架哪怕是飞沙粉尘之轻。

  莫高窟位于三危山和鸣沙山的交接处,开凿于石质疏松的砾岩之上,三面被沙漠和戈壁荒滩环绕,受蒙古高压影响,莫高窟所在的敦煌地区气候干旱,风沙频繁,年降水量40多毫米,蒸发量却高达4300多毫米,属极干旱内陆荒漠气候。

  远望莫高窟,可以清晰看到三危山脉一侧是布满砾石的砾质戈壁带;鸣沙山一侧则是高达数十米不等的连绵沙山,一直延伸到中国第三大沙漠——库姆塔格沙漠的腹地。

  研究表明,风沙是莫高窟壁画长久保存的头号天敌,沙尘暴造成的风蚀、粉尘和积沙等极易造成壁画脱落、彩塑受损、崖体坍塌等病害。

  地处沙漠腹地的敦煌,每年春季是当地沙尘暴高发季节。甘肃省气象部门数据显示,2014年以来甘肃地区累计出现沙尘暴13次,为近3年之最。4月23日敦煌特大沙尘暴更是对当地生产生活造成巨大影响。

  据当地气象局数据统计,莫高窟地区沙尘暴和大风天气日数分别占全年47.5%和48%,沙尘中的微小石状颗粒有8成以上是肉眼难以分辨的0.05~0.005mm大小的棱角状、次棱角状的坚硬石英、长石,在风力作用下会冲入洞窟,对壁画进行撞击、打磨,嵌入壁画缝隙,会使壁画起皮开裂,褪色甚至脱落。

  频繁的沙尘暴对莫高窟的影响十分明显。记者走访莫高窟发现,除了对窟内壁画的损害,窟外表岩体虽经后期加固,但连年风沙吹刮,厚达1-2厘米的部分墙体又开裂脱落,露出原始斑驳残损的墙体。

  有数据显示,莫高窟的年降尘量每平方公里可达365.4吨。粉尘的沉积,会对壁画进行挤压,使之脱落,这也是莫高窟壁画残损脱落的主要诱因之一。

  此外,洞窟积沙对窟内文物的损害也很大,积沙增多会使降水饱和、难以蒸发,雨季来临时积水渗进洞窟内会直接危害壁画和泥塑,使壁画酥碱、鼓胀,甚至脱落。

  除却自然的损害,人为破坏也对莫高窟壁画产生不可逆的影响。

  自1987年12月莫高窟申遗成功后,旅游价值提升,游客量也随之大增。目前,旅游旺季日接待游客量在6000人次以上,2012、2013两年的年游客量均超过70万人次。而据敦煌研究院等机构研究,每天合理的承载量是3000人。

  敦煌研究院研究发现,进入洞窟观看壁画,有限的空间内二氧化碳和人身上所带的湿气会迅速增多,这将加快壁画的氧化剥落。敦煌研究院多年监测研究显示,每15个人在一个洞窟中逗留10分钟,窟内温度就会上升5℃,二氧化碳的浓度也将大幅度提高。人为损坏也加剧了莫高窟的衰败。莫高窟数字展示中心

  为有效缓解游客对洞窟的损害,敦煌研究院和美国盖蒂保护研究所进行长达10余年的研究,利用一些先进手段,如实时监测温度、湿度、二氧化碳含量和空气渗透率等应用来检测洞窟内微环境,以合理控制游客承载量,一旦监控的二氧化碳等有害物质超标,洞窟将立刻关闭。

  莫高窟现存洞窟492个,壁画45000平方米,彩塑2400多身,受风沙、水祸和人为影响,据敦煌研究院保护研究所新近统计显示,492个洞窟中的壁画与彩塑,有50%以上出现褪色、起甲、酥碱、脱落等损害。

  敦煌研究院数字中心主任吴健说:“对比1907年拍摄的莫高窟照片,虽然现在的设备技术远超过当年,但拍摄的壁画却很模糊,这说明一百多年来,莫高窟壁画正在老化消失。长期自然因素和人为因素对莫高窟的损害,才出现了这样的后果。”

  吴健坦言,莫高窟作为不可移动文物,它的保护受环境限制,难度更大,因此我们就想到影像的方式,先将洞窟复制保存下来,一旦莫高窟消失了,至少还有影像资料留存。莫高窟数字展示中心

  樊锦诗为数字敦煌项目立项不停奔走,申请科研基金,开启数字敦煌项目,至今已经过去24年。

  敦煌莫高窟的数字展示中心,它位于莫高窟保护区域15公里外,总建筑面积达到了一万多平方米。从外表上来看,就好像大家熟知的飞天缎带。据莫高窟数字展示中心主任李萍介绍,数字展示中心是莫高窟保护利用工程的一个核心项目,总投资达到了3.4亿元,是在2014年8月1日投入运营的。据她介绍,在数字展示中心建成以前,大家的参观方式是直接进入洞窟,而讲解员用小手电指着壁画或者塑像来介绍,尽管大家距离的这个塑像或者是壁画距离的很近,但时间长了,游客可能会很累,快速参观也难以让游客获得更多有关莫高窟的知识。但是,数字展示中心播放的影片将莫高窟最具特色的洞窟全部展示了出来,而且局部细节的放大更让大家对莫高窟壁画塑像有更直观的印象,而细致讲解也能让游客对莫高窟有更深的了解,有助于在之后的实地参观中获得更大的信息量。对于莫高窟来说,数字展示中心缩短了游客在洞窟的一个滞留时间,减轻了洞窟长时间开放对文物保护的压力,使洞窟能够得以“休养生息、延年益寿”。

  先看展示、再入洞窟的方式会给游客带去更加丰富的参观体验。对莫高窟这样一个世界级的文化遗产来说,数字技术是不是也为它的保护带来了好处?

  据李萍主任介绍,莫高窟数字展示中心缩短了游客在洞窟内的滞留时间,减少了因为人体、空气流动以及湿度变化对壁画的破坏,减轻了洞窟长时间开放对文物保护的压力。而随着展示中心的投入使用,莫高窟的游客合理接待量由每天的三千人次提高到六千人次,至于莫高窟的这些守护者们所说的,莫高窟是珍贵的世界文化遗产,理应传承并发扬光大下去,不能由于保护就分离开。大家需要做的,就是寻找这两者之间最平衡的一种。

  早在上世纪90年代初,敦煌研究院院长、著名学者樊锦诗便提出了“数字敦煌”的概念,用数字化的方法永久地将莫高窟进行保护利用。2006年4月,敦煌研究院数字中心成立,规模浩大的“数字敦煌”项目也正式步入系统的轨道。尽管有时会享受传承敦煌文明的成就感,但也会“枯燥得想发疯”。“数字敦煌”摄影师坦言,这是一项浩大的工程,如果退休前能拍摄几十个洞窟,留下相应的影像文献资料,自己的工作就很有意义。

  数码相机出现后的5年内,敦煌研究院不到十个人的小团队拍摄了20多个洞窟,但是新的问题也随之而来。

  敦煌研究院数字中心主任吴健解释道:“75DPI分辨率对于文物的基本资料存储还能满足,但若满足出版或者其他要求就存在局限。拍摄的图片不能达到原大,如此方式保存下来的数字文件,将来应用的途径也不会太广泛。”

  2006年4月,敦煌研究院数字中心成立,吴健和副主任孙志军带领团队开始独立继续“数字敦煌”项目,当年就将拍摄精度提高到150DPI。但考虑到未来更广范围的应用,数字中心决定将拍摄精度提高到300DPI。

  “从75DPI提升到300DPI是什么概念?以1平方米壁画为例,用75DPI分辨率拍摄只要两张,用300DPI拍摄的线张,拍摄和后期图像拼接的工作量大幅度增加。”孙志军说,数字中心成立之初只有20多个工作人员,之前人手已是捉襟见肘,当影像品质达到300DPI后,工作更是忙得不可开交,经常加班到深夜。

  除了提高拍摄精度,如何在环境复杂的洞窟里更好地拍摄壁画,数字中心也积累了丰富的经验。

  吴健解释说,由于壁画本身为平面二维,用单幅相机无法拍摄,并且洞窟环境复杂多样,光线昏暗,普通照相机对于凿井、佛龛以及塑像都不能达到满意的拍摄效果。

  为此数字中心与美国西北大学合作,开发出“多视点拍摄与计算机结合处理”解决这一难题,通过一个轨道,多点、分层拍摄,最后通过计算机来合成,从而避免单幅拍摄壁画时畸变和光线不均等问题。对洞窟的拍摄并非一个部分只拍一张照片,而是根据洞窟形制选取不同的节点拍摄,再合成出完整的壁画。

  数字中心还对洞窟进行VR虚拟漫游节目制作,让洞窟在一个或者多个视点上全景式360度拍摄,全方位记录洞窟所有信息,包括顶和地面。这一技术也立刻得到了应用。

  虽然莫高窟以壁画著称,但窟内2000多座雕塑如何进行数字化,数字中心也在尝试探索。2012年,敦煌研究院与浙江一家公司合作,实现雕塑三维数字化,现在已将莫高窟的12尊雕塑进行三维重建,进行3D打印技术输出。

  在敦煌研究院数字中心里,吴健的办公室摆放着一尊3D打印的、色彩逼真的佛像,甚至佛身尘土都纤毫毕现。吴健表示,完成高精度、色彩逼真的数字壁画采集存储是基础,而在此基础上与虚拟漫游技术和三维测量技术等相结合,则是“数字敦煌”对莫高窟再现的一种手段。

  6月16日下午1时,位于敦煌莫高窟第三层栈道的407号洞窟内,乔兆福的眼睛从佳能1DS MARK III相机的取景器上离开,这个身高1.8米的中年男人从轨道器械上站起来,捶了捶僵硬的腰,招呼同事“下山吃饭”,结束了当天上午的拍摄工作。

  他所说的“下山”,就是到莫高窟景区外的食堂吃饭,“上山”就是到洞窟里进行拍摄。乔兆福和他的摄影、后期小组,每天都要在山上的洞窟里待上7个小时,拍摄并校验150张照片。如此“上山下山”的日子,乔兆福已经度过了整整8年。

  407号窟开凿于隋代,距今已有1300多年的历史。在莫高窟492个洞窟中,该窟属于中等规模、对游客开放的A级洞窟。

  这是乔兆福的团队今年拍摄的第一个洞窟。据其介绍,数字中心共有6个摄影小组和6个后期小组,按照每年20个洞窟的速度进行拍摄,从492个洞窟中的147个A级洞窟优先选取拍摄。

  “每个洞窟拍摄前都要制订一个总体设计方案,要先进行洞窟现场调查,现存壁画面积,墙面、佛龛等摄影距离是多少,墙面的平整度有无变化,洞窟有无摄影难点……形成一个详细的数字化工作方案,并作出拍摄时间、预计拍摄图片张数,镜头、布光使用等具体执行方案。” 在架设了拍摄轨道、灯箱,安放了校验电脑后,407号窟变得狭小局促,甚至难以同时站下4个人。

  乔兆福熟练地调整灯箱,让拍摄的画面布光均匀,随后调整相机光圈快门,保证曝光准确,拍摄后要分别在LCD和电脑上进行放大查看,确保照片的焦点准确……拍摄一张照片要3-5分钟。如此程序,乔兆福每天要重复数百次。

  由于洞窟地表高低不平,为了让相机轨道能够水平移动,乔兆福和同事就地取材,找来很多木楔垫在轨道下面,拍摄的时候要小心翼翼,避免误碰了木楔,影响平衡。 “相机在滑轨上久了,固定的卡扣容易松动,很容易出现偏离的情况,我每拍摄一条,就要调整校对一下水平,才能保证拍摄的图片是合格的。”

  据乔介绍,407号窟在他们团队拍摄的数十个洞窟里,还算是相对容易的。“有曲面的壁画在拍摄过程中难度最大,因为随着光线变化,画面的阴影也发生变化,为了解决这个问题,经过反复研究,我们总结出一套‘多视点拍摄与计算机结合处理’方法,采用一轨道多点分层拍摄,让拼接的画面能够保证最大程度上的统一。”

  乔兆福拍摄的图像,现场由后期小组现场对照《壁画数字化技术规范》进行检测,达到标准后进行图像存储,再开始下一行壁画的拍摄。为保证图片质量,图片的水平和垂直方向都要重合50%以上,只留中心部分使用。图像完成第一遍拼贴后,后期图像处理小组要进行互检,来保证数据的准确。

  乔兆福说,拍摄和后期的工作量比例大概在1∶4,随着文件的增多,后期拼接处理的难度将被放大数倍。此外,由于壁画残损、曲面、光线等原因影响,后期处理工作都不可估量地增大。

  除了工作量巨大,洞窟拍摄困难也很多。大型洞窟由于凿井较高,顶部的壁画有的要架设4层共7米多高的脚手架进行高空作业。“站在狭窄的高台上,别说拍摄,往下看看都有点害怕。”面积25平方米以内的小型洞窟占莫高窟总数的85%以上,这些洞窟空间逼仄,别说架设器材,就是连人进入都十分困难,“有的洞窟,只能把相机绑在木棍上伸进去拍摄。”

  洞窟内外较大的温差,也给长期洞窟内作业的摄影师带来很多职业病。6月16日下午2时,敦煌艳阳高照,当天最高气温超过30℃,而407号窟内却幽暗阴冷,记者穿着衬衫甚至能感到阵阵寒意。

  “底层的大洞窟内外温差很大,夏天外面地表温度超过40℃,底层的大洞窟最低气温只有5℃~6℃,在洞窟里拍摄都要穿上长袖的外套,否则待得久了,一两个月会后发现膝盖、脚跟疼痛,风湿病也比较普遍。”乔兆福说,“还有就是窟内外光线反差很大,在洞窟里黑暗的环境下工作时间长了,出来时眼睛也很疼。”

  在洞窟里拍摄是漫长枯燥的,乔兆福回忆,他参与拍摄耗时最长的一个洞窟为61号窟,这个洞窟高9.8米,壁画面积为756平方米,因为其体量太大,前后投入4个摄影小组20多名工作人员,共同工作两个半月,累计拍摄47000多张照片。

  问及多年洞窟里拍摄的感触,乔兆福坦言“很复杂”,“有的时候枯燥得让人发疯,需要停下来到洞窟外面走一走,散散心,才能继续工作。但看到取景器里那些千年以前的壁画、塑像,还有采集完成的数字作品,又顿时有了干劲儿。”

  作为一个文献摄影师,乔兆福觉得自己的身份很矛盾:摄影是一种创作形式,是个人的思想和观念的表达,但自从入行拍摄莫高窟以来,他拍摄照片的核心观念却是“不能体现自己的个性、想法,要完全按照规章流程去做”。

  乔兆福说:“算上数字中心成立前的文保工作,我做了十多年摄影师,拍摄了数十万张照片,却几乎没有自己的作品。数字敦煌是一个浩大的工程,是我们数字中心所有人共同的作品。就我个人来说,这工作的感觉跟修行类似,如果退休前能拍摄几十个洞窟,留下相应的影像文献资料,我就会觉得自己的工作很有意义。”

  中心主任吴健也坦言,莫高窟作为不可移动文物,它的保护受环境限制,难度更大,因此就想到以影像的方式,先将洞窟复制保存下来,一旦莫高窟消失了,至少还有影像资料留存。

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