寧波:雲岡石窟數位化,如何應用與存儲數據?

2021-02-15 雅昌文博展覽

不同於今日文物數位化的如火如荼,2005年,雲岡石窟對窟內文物進行數位化時,國內「石窟界」數位化工作大多還沒開啟。

一路走來,有艱辛,但更有滿滿的收穫。

展覽「大美之頌·雲岡石窟 —— 千年記憶與對話」在上海寶龍美術館開幕

2003年,雲岡石窟研究院與多家科研院校合作,開始嘗試三維雷射掃描技術的應用。

2005年,雲岡石窟研究院與北京建築大學合作,採用地面三維雷射掃描技術對雲岡石窟東西長近1公裡、高20多米的外立面進行測繪,首次製作雲岡石窟外立面完整點雲數據及正射影像圖各一套。

隨後10年,雲岡石窟研究院潛心研究數位技術,並在實踐中不斷探索。

終於在2015年,與浙江大學、武漢大學、北京建築大學等共同成立「數字雲岡聯合實驗室」,文物數位化保護正式步入發展快車道。

2016年,雲岡石窟研究院數字處通過三維雷射掃描技術,生成洞窟中各個方向的剖面圖,使洞窟得以多角度展示,為雲岡石窟建起了三維的「數字檔案」,並上線「雲岡石窟全景漫遊」。

2017年,雲岡石窟研究院聯合浙江大學文化遺產研究院,採用三維雷射掃描技術和多圖像三維重建技術相結合的技術路線,對雲岡石窟第3窟實現3D列印,系全球首次運用3D列印技術實現大體量、高精度文物複製。

2019年11月11日,山西省文物標準化委員會公布,由雲岡石窟研究院主持編寫的《石窟寺文物三維雷射掃描數位化採集技術規程》和《石窟寺文物近景攝影測量三維數位化採集技術規程》經山西省市場監督管理局審核批准,正式作為山西省地方性行業標準發布。

如今,雲岡石窟數位化更是走出雲岡,走入北京明十三陵的長陵祾恩殿、山西運城廣仁王廟、五臺山南禪寺以及永樂宮和華嚴寺等,幫助其他文物單位建立數字檔案。

雲岡石窟數位化過程

準確再現雲岡石窟砂巖被風化的顆粒感和經歷千年歷史的滄桑感,雲岡石窟已經為石窟文物提供了很好地範例。那麼,雲岡石窟研究院的數位化工作是如何進行的?如今石窟數位化的「行業標杆」如何練就?實際工作中,他們遇到了哪些困難?

為此,雅昌藝術網&藝術頭條獨家對話雲岡石窟研究院數位化室主任寧波。

「雲岡石窟全景漫遊」網站截圖

Q1:

雅昌藝術網:同敦煌的二維文物不同,雲岡石窟的文物是三維的。在三維石窟的數位化進程中,雲岡石窟研究院遇到了哪些困難?

寧波:同敦煌相比,雲岡石窟的數位化是三維的,很多敦煌數位化用到的技術無法直接應用到雲岡石窟上,我們也是用了10年時間攻克這個難關。

而且和博物館藏文物相比,雲岡石窟的數位化具有急迫性。博物館文物儲存環境是恆溫恆溼,安全是有保障的。但石窟暴露在戶外,風吹雨淋,不保護很快就會被自然破壞。這也決定了,雲岡石窟的數位化文物保護是第一要務,展示和傳播只是第二要務。事實上,這一問題並不僅僅存在於雲岡石窟,古建也是這樣。所謂「地上文物看山西」,山西有全國70%以上的早期古建築,一場火災就可能毀滅殆盡。

這是一些大方向上的困難,在實際工作中,我們也遇到了一些困難,最主要的問題是石窟文物的特殊性:

第一,體量大。有些造像大至7.3米,最小的造像是2釐米,有些洞窟連綿一公裡。

第二,空間結構複雜以及造像雕刻精細。如前所說,洞窟大小差距極大,再加上雲岡石窟是空間藝術,洞窟造像十分精細。即便轉化為三維數字,要想在模型中,體現洞窟空間的縱深感和文物精細度,使觀眾有身臨其境之感,依然是個難題。

第三,地理環境惡劣,有些洞窟開鑿於斷崖上,採集十分困難。

圖1第2窟塔柱手工測繪實測圖

圖3雲岡石窟全景立面正射影像圖與線圖(局部)

因此,如果要按照同一種數據標準採集洞窟,數據量將十分龐大。大量數據的存儲和運用,又是難題。現在石窟正在逐年風化,也無暇顧它,只能先採集,把文物樣貌留存住。我們現在做數位化的目的是把洞窟信息流傳下來,以備未來修復。即便無法修復,也可以為後人留存一份雲岡石窟圖像。我們現在的三維採集精度能達到0.03mm/點間距,同像分量達到300DPI,分量重每毫米能達到12個像素點,解析度能達到8k。對於一些體量龐大的造像,我們目前的做法是把造像劃分區域,逐塊採集,最後在計算機上再逐塊拼貼。鑑於此,採集的話,我們只需要1-2個月,但後期處理就至少需要半年時間。

圖4第13窟點雲數據(局部)

雅昌藝術網:您剛剛談到數據的存儲和運用,是一大難題。現在有無解決的辦法?

寧波:2021年,我們打算建立一個運算能力較強的超算中心。剛剛我說到,雲岡石窟數位化的數據很大,合成模型大概需要500G-1T的數據,放在電腦裡不好處理。那麼,我們就可以放在超算中心,讓數據在後臺運算,在前臺用普通的PC遠程訪問。有點類似於視頻客戶端。

我們已經跟國家建議,在雲岡石窟研究院建立區域性的數據中心,聯合其他地區石窟數位化數據形成一個網絡,最後形成國家洞窟大數據體系。在這個體系裡,館內數據可以交流,在保證文物安全的前提下也可以開放給公眾應用,使這些數據成為社會資源。現在我們的想法是把這個體系打造成如同手機導航軟體:數據在後臺是安全的,軟體只是起到調用的作用。

雲岡石窟研究院數位化室龐博手持三維雷射掃描儀一邊掃描一邊檢查電腦上的實時畫面。新京報記者 浦峰 攝

雲岡石窟研究院數位化室王家鑫在設置站式三維雷射掃描儀,該掃描儀可以記錄整個洞窟空間尺度,與近景攝影測量、手持三維雷射掃描一起完成數據採集。新京報記者 浦峰 攝

雅昌藝術網:如果要建成網絡,不同館之間的文物數位化數據標準也是一個問題。

寧波:對。數據過於龐大,傳統的算法無法運算各館組合起來的巨量數據,需要單獨開發一套程序。

雅昌藝術網:目前,館內的數位化進程如何?

寧波:大體完成總體洞窟的1/3。未來隨著技術的不斷發展,數位化的效果也會逐步完善,速度可能也會加快。

Q5:

雅昌藝術網:有了這1/3洞窟的數據化成果之後,在具體的工作當中,雲岡石窟研究院如何應用和推廣?

寧波:留存資料後,實體保護是我們的第一目的。我們可以根據數位化成果查看原式圖案、施工規劃、控制工程量等等。撰寫考古報告時,數位化也可留存、提供很多資料。

展示,是留存資料的第二目的。2020年底,雲岡石窟聯合雅昌,把雲岡石窟的一些洞窟「搬」到了上海寶龍美術館。但並不是所有窟都能「搬」出去。那麼,這時候洞窟數位化就可以輕而易舉地讓遠在千裡的觀眾觀賞石窟。或許在不久的將來,只需要一個VR眼鏡,就可以看到雲岡石窟。

雲岡石窟第12窟原窟與複製窟

Q6:

雅昌藝術網:為什麼會選擇做12窟?館內按照什麼標準選擇洞窟數位化先後順序?

寧波:選擇12窟是因為它是較為代表性的洞窟——12窟又稱音樂窟,包含了將近56種樂器,是古代樂器的集中體現。而且它的體量不算太大,放在美術館的空間是合適的。這一次僅做了洞窟複製,下一步我們準備復原12窟樂器的音樂、服飾、石窟樣式等等。

在石窟選擇上,我們首先要做的是那些損壞較為嚴重的洞窟,而不是雲岡最為精妙的石窟;其次,我們每年都會協同修復等其他部門制定保護方案,決定先對哪些文物進行數位化,以便其他部門使用數據。修復後,我們也會對文物再做一次採集,記錄文物的動態過程。

在第八屆中國博物館及相關產品與技術博覽會上,原比例複製的七立佛造像

在山西省大同市,工作人員對雲岡石窟進行維護保養。

圖片來源:大同晚報

雅昌藝術網:在採集的過程中,如何保證文物的安全?

寧波:從2003年至2014年,我們逐步建設了自己的數位化隊伍,他們對文物是有敬畏心,有感情的。如何搭三腳架、如何施工、電火如何防範,我們都有詳細的規章制度。

Q8:

雅昌藝術網:技術的更新是很快的。雲岡石窟數位化運用的是先進的技術,但可能5年後,現在的技術很快就會落後,無法為文物修復提供材料。館內是如何考慮這個問題的?

寧波:這是一個問題,也不是問題。當幾年前,我們還在用諾基亞的時候,也不太可能想到今天的智慧型手機會如此發達。但我們並不會因為未來可能發生的狀況,而當下停止使用諾基亞。所以還是需要先把意識扭轉過來,以現在的最高水平把數據留下,數位化進程中,這些數據才是未來最核心的資產。

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「人類沒有任何一種思想不被建築藝術寫進去」。作為西來像法在中華大地綻放出的第一朵奇葩,雲岡石窟兼容並蓄,融匯貫通,使不同文化背景下的人們都能對之產生聯想和共鳴。雲岡石窟是獨具魅力的藝術史研究課題,對中國乃至世界都具有重要意義。讓我們帶著好奇心、求知慾,走進這場中國文化之美的殿堂,感受東方石雕藝術的精魂,探索中國經典文化藝術,領略雲岡石窟的千年記憶與對話。主辦單位:雅昌文化集團、雲岡石窟研究院、上海寶龍美術館參展藝術家:郭工、管懷賓、何成瑤、黃箏、李勇政、倪有魚、任芷田、邵譯農、陽江組、鄒操(按姓氏拼音字母排序)藝術教育合作夥伴:藝芽文化、一心書院、劉老師家、曉雷鋒聯合工作室 *雲岡石窟:世界文化遺產,中國規模最大的古代石窟群之一,世界三大石雕藝術寶庫之一*2020-2026年全球巡展計劃:上海、深圳、北京、東京等各大城市*京東方為本次展覽提供了4K超高清互動顯示設備,美科圖像為本次展覽提供技術支持

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