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观察 宁波:云冈石窟数字化如何应用与存储数据?

发布时间:2021-01-23 05:58 作者:金宝搏

  不同于今日文物数字化的如火如荼,2005年,云冈石窟对窟内文物进行数字化时,国内“石窟界”数字化工作大多还没开启。

  2003年,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。

  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,首次制作云冈石窟外立面完整点云数据及正射影像图各一套。

  终于在2015年,与浙江大学、武汉大学、北京建筑大学等共同成立“数字云冈联合实验室”,文物数字化保护正式步入发展快车道。

  2016年,云冈石窟研究院数字处通过三维激光扫描技术,生成洞窟中各个方向的剖面图,使洞窟得以多角度展示,为云冈石窟建起了三维的“数字档案”,并上线“云冈石窟全景漫游”。

  2017年,云冈石窟研究院联合浙江大学文化遗产研究院,采用三维激光扫描技术和多图像三维重建技术相结合的技术路线D打印,系全球首次运用3D打印技术实现大体量、高精度文物复制。

  2019年11月11日,山西省文物标准化委员会公布,由云冈石窟研究院主持编写的《石窟寺文物三维激光扫描数字化采集技术规程》和《石窟寺文物近景摄影测量三维数字化采集技术规程》经山西省市场监督管理局审核批准,正式作为山西省地方性行业标准发布。

  如今,云冈石窟数字化更是走出云冈,走入北京明十三陵的长陵祾恩殿、山西运城广仁王庙、五台山南禅寺以及永乐宫和华严寺等,帮助其他文物单位建立数字档案。

  准确再现云冈石窟砂岩被风化的颗粒感和经历千年历史的沧桑感,云冈石窟已经为石窟文物提供了很好地范例。那么,云冈石窟研究院的数字化工作是如何进行的?如今石窟数字化的“行业标杆”如何练就?实际工作中,他们遇到了哪些困难?

  雅昌艺术网:同敦煌的二维文物不同,云冈石窟的文物是三维的。在三维石窟的数字化进程中,云冈石窟研究院遇到了哪些困难?

  宁波:同敦煌相比,云冈石窟的数字化是三维的,很多敦煌数字化用到的技术无法直接应用到云冈石窟上,我们也是用了10年时间攻克这个难关。

  而且和博物馆藏文物相比,云冈石窟的数字化具有急迫性。博物馆文物储存环境是恒温恒湿,安全是有保障的。但石窟暴露在户外,风吹雨淋,不保护很快就会被自然破坏。这也决定了,云冈石窟的数字化文物保护是第一要务,展示和传播只是第二要务。事实上,这一问题并不仅仅存在于云冈石窟,古建也是这样。所谓“地上文物看山西”,山西有全国70%以上的早期古建筑,一场火灾就可能毁灭殆尽。

  这是一些大方向上的困难,在实际工作中,我们也遇到了一些困难,最主要的问题是石窟文物的特殊性:

  第一,体量大。有些造像大至7.3米,最小的造像是2厘米,有些洞窟连绵一公里。

  第二,空间结构复杂以及造像雕刻精细。如前所说,洞窟大小差距极大,再加上云冈石窟是空间艺术,洞窟造像十分精细。即便转化为三维数字,要想在模型中,体现洞窟空间的纵深感和文物精细度,使观众有身临其境之感,依然是个难题。

  因此,如果要按照同一种数据标准采集洞窟,数据量将十分庞大。大量数据的存储和运用,又是难题。现在石窟正在逐年风化,也无暇顾它,只能先采集,把文物样貌留存住。

  我们现在做数字化的目的是把洞窟信息流传下来,以备未来修复。即便无法修复,也可以为后人留存一份云冈石窟图像。我们现在的三维采集精度能达到0.03mm/点间距,同像分量达到300DPI,分量重每毫米能达到12个像素点,分辨率能达到8k。对于一些体量庞大的造像,我们目前的做法是把造像划分区域,逐块采集,最后在计算机上再逐块拼贴。鉴于此,采集的线个月,但后期处理就至少需要半年时间。

  雅昌艺术网:您刚刚谈到数据的存储和运用,是一大难题。现在有无解决的办法?

  宁波:2021年,我们打算建立一个运算能力较强的超算中心。刚刚我说到,云冈石窟数字化的数据很大,合成模型大概需要500G-1T的数据,放在电脑里不好处理。那么,我们就可以放在超算中心,让数据在后台运算,在前台用普通的PC远程访问。有点类似于视频客户端。

  我们已经跟国家建议,在云冈石窟研究院建立区域性的数据中心,联合其他地区石窟数字化数据形成一个网络,最后形成国家洞窟大数据体系。在这个体系里,馆内数据可以交流,在保证文物安全的前提下也可以开放给公众应用,使这些数据成为社会资源。现在我们的想法是把这个体系打造成如同手机导航软件:数据在后台是安全的,软件只是起到调用的作用。

  云冈石窟研究院数字化室庞博手持三维激光扫描仪一边扫描一边检查电脑上的实时画面。新京报记者 浦峰 摄

  云冈石窟研究院数字化室王家鑫在设置站式三维激光扫描仪,该扫描仪可以记录整个洞窟空间尺度,与近景摄影测量、手持三维激光扫描一起完成数据采集。新京报记者 浦峰 摄

  雅昌艺术网:如果要建成网络,不同馆之间的文物数字化数据标准也是一个问题。

  宁波:对。数据过于庞大,传统的算法无法运算各馆组合起来的巨量数据,需要单独开发一套程序。

  宁波:大体完成总体洞窟的1/3。未来随着技术的不断发展,数字化的效果也会逐步完善,速度可能也会加快。

  雅昌艺术网:有了这1/3洞窟的数据化成果之后,在具体的工作当中,云冈石窟研究院如何应用和推广?

  宁波:留存资料后,实体保护是我们的第一目的。我们可以根据数字化成果查看原式图案、施工规划、控制工程量等等。撰写考古报告时,数字化也可留存、提供很多资料。

  展示,是留存资料的第二目的。2020年底,云冈石窟联合雅昌,把云冈石窟的一些洞窟“搬”到了上海宝龙美术馆。但并不是所有窟都能“搬”出去。那么,这时候洞窟数字化就可以轻而易举地让远在千里的观众观赏石窟。或许在不久的将来,只需要一个VR眼镜,就可以看到云冈石窟。

  雅昌艺术网:为什么会选择做12窟?馆内按照什么标准选择洞窟数字化先后顺序?

  宁波:选择12窟是因为它是较为代表性的洞窟——12窟又称音乐窟,包含了将近56种乐器,是古代乐器的集中体现。而且它的体量不算太大,放在美术馆的空间是合适的。这一次仅做了洞窟复制,下一步我们准备复原12窟乐器的音乐、服饰、石窟样式等等。

  在石窟选择上,我们首先要做的是那些损坏较为严重的洞窟,而不是云冈最为精妙的石窟;其次,我们每年都会协同修复等其他部门制定保护方案,决定先对哪些文物进行数字化,以便其他部门使用数据。修复后,我们也会对文物再做一次采集,记录文物的动态过程。

  宁波:从2003年至2014年,我们逐步建设了自己的数字化队伍,他们对文物是有敬畏心,有感情的。如何搭三脚架、如何施工、电火如何防范,我们都有详细的规章制度。

  雅昌艺术网:技术的更新是很快的。云冈石窟数字化运用的是先进的技术,但可能5年后,现在的技术很快就会落后,无法为文物修复提供材料。馆内是如何考虑这个问题的?

  宁波:这是一个问题,也不是问题。当几年前,我们还在用诺基亚的时候,也不太可能想到今天的智能手机会如此发达。但我们并不会因为未来可能发生的状况,而当下停止使用诺基亚。所以还是需要先把意识扭转过来,以现在的最高水平把数据留下,数字化进程中,这些数据才是未来最核心的资产。


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