數字化技術在壁畫保護中的應用

許寧

摘 要：壁畫是我國珍貴的歷史文化遺產，是我國的瑰寶，它反映了我國古代的歷史文明，具有極高的藝術價值。但隨著時間的推移，越來越多的壁畫出現了破損、褪色等問題，給我國保護歷史文化遺產帶來了巨大的挑戰。隨著21世紀的到來，科學技術迅速發展，數字化技術也得到了突飛猛擊的進步。如何將數字化技術應用到壁畫保護工作中成為越來越多的學者關注和研究的對象，將數字化技術應用到壁畫保護上也成為一種新的趨勢。

關鍵詞：數字化技術；壁畫保護；應用

中圖分類號：G122 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0021-02

1 中國古代壁畫的問題及現狀

中國古代壁畫是我國悠久文明的體現，是我國燦爛的歷史文化財產之一，它不僅體現了我國悠久歷史，更向我們展現了不同時期各少數民族的悠久文化和各族特色。體現中國悠久文明的壁畫有很多，本文重點以敦煌莫高窟、大昭寺壁畫、以及云岡石窟有重點研究對象，揭示多年來古代壁畫面臨的問題以及存在的機遇和挑戰。

敦煌莫高窟是重點研究對象之一。它是我國目前存在的保存相對完善的壁畫之一，它也是數字化技術應用的重要陣地之一。敦煌莫高窟壁畫是中國壁畫發展史上的重要一頁，它經歷了相當悠久的歷史，具有極高的史學價值和美學價值，是史學家、美術學家和文學家的重要參考依據和研究對象。敦煌莫高窟的壁畫主要宣傳的是佛教思想，繪畫方法主要是采用線描繪的方式，在加上豐富鮮艷的色彩，呈現出一幅幅色彩斑斕、栩栩如生的各個時期的不同風俗習慣的一連串故事。敦煌莫高窟地處古代絲綢之路，位于甘肅地區。這里人煙稀少、環境惡劣，壁畫易出現脫落、褪色的狀況，目前整個甘肅境內的壁畫都面臨極大的危機，對于壁畫的保存工作帶來了極大的壓力[1]。

大昭寺壁畫是西藏古代壁畫的典型之一，它于公元674年開始建設，中間耗費了巨大的人力和物力，最終建設面積達到了4000多平方米，是我國史學家和文學家研究和撰寫藏族歷史的重要史料之一。大昭寺壁畫也面臨著巨大的危機，壁畫的脫落、開裂、變形，橫梁年久失修，屋頂的殘缺破壞等都是急需壁畫保護人員解決的難題。目前大昭寺壁畫迫切需要研究人員應用先進的數字化技術來完成壁畫的保護和修復工作。作為我國古代不可替代的文化瑰寶，壁畫一旦毀壞就不能再生，如何在現有的技術下提取并重現古代壁畫的真正容貌成為壁畫保護和修復的關鍵。

2 壁畫保護技術及應用

壁畫作為研究古代歷史文明的重要史料，無論在文學、歷史等那一方面都有著重要的價值，研究者們針對壁畫的研究和修復也付出了巨大的努力。隨著21世紀的到來，新技術的發展和應用給壁畫保護領域帶來了新的機遇，在壁畫的提取、臨摹、分割、修復等方面取得了一定的成果，為保護和修復壁畫做出了巨大的貢獻[2]。

2.1 傳統的壁畫圖像分割技術

壁畫保護中的其中一種就是壁畫分割技術，它是壁畫保護和修復過程中關鍵技術。在實際的操作中應用最廣的是圖像分割技術，它的操作方式包括特征值分割法、邊緣檢測分割法、區域提取分割法、遞歸像素分割法四種。因為這些方法在色彩鮮艷的壁畫上應用的效果不盡相同，使得用這四種方法分割各有各的優勢和缺點，應用的場景也略有不同。

特征值分割法和邊緣檢測分割法由于它們的精準度和穩定性較好，常被應用在圖像分割的實際操作過程中，但由于壁畫的色彩范圍較為廣闊，特征值應用的難度很大，所以特征值分割法很少應用在壁畫的分割過程中。應用較普遍的則是邊緣檢測分割法，利用壁畫表面的突變情況，通過檢測結果進行圖像的分割。邊緣檢測分割法有三種不同的檢測方法，分別是從檢測各種彩色點，檢測亮度明顯的彩色點，根據三分量的特點分層次檢測三個方法，這三種方法可以根據壁畫的特點和具體情況使用，這也是邊緣檢測分割法應用普遍的一個原因。但邊緣檢測分割法有一個很大的問題就是無法確保邊緣的連續性。所以，在實際的應用過程中一般先采用邊緣檢測分割法把壁畫分成幾個大區域，再通過其他的方法對細節進行分割。另外的兩種方法因為分割的精度不穩定等因素在實際中應用較少[3]。

2.2 高光譜數據處理技術的應用

古代壁畫在一定程度上扮演著歷史的記錄者，它把當時當地的歷史文化、風俗經濟、宗教傳統、以及信仰等都一一的記錄在壁畫中；另外，也通過壁畫的創作過程向我們展現當時的繪畫水平和制作工藝。可見壁畫的保護和修復對史學家以及文學家的重要意義。但是隨著時間的推移，壁畫在歲月的長河中經受各種的洗禮和破壞，有一些已經變得模糊不再清晰，有些還出現了破損、殘缺。可見光對于模糊不清的壁畫的處理能力有限，傳統上是采用紅外線來進行操作的，紅外線具有較好的穿透力，能夠穿透壁畫的原始色彩；另外，壁畫的制作中所使用的木炭、石墨等原料能夠很好的吸收紅外線，可以輕松方便的形成壁畫的原始輪廓信息[4]。

隨著技術的發展和進步，高光譜技術得到了發展和應用，這是一種全新的技術，它既包含可見光又包含紅外線，這些光譜信息可以迅速的對壁畫的原始輪廓進行分析和獲得，可以更加客觀真實的記錄壁畫的信息。高光譜數據處理技術中的一個常用的分析方法是主成分分析法。主成分分析法的實質是獲取壁畫信息的特征向量，工作人員常基于特征向量對壁畫的基本信息進行分析和研究。這種高光譜數據處理技術得到的壁畫信息較為可靠，得到了研究人員較為廣闊的實踐和應用。

2.3 三維激光掃描技術的應用

在壁畫的保護和修復過程中最重要的是完成壁畫的模型構建，其中最關鍵的步驟就是紋理映射。紋理映射不僅可以使我們更加清楚的了解壁畫各區域之間的聯系，而且能夠通過分析紋理信息了解壁畫的原始狀況。使我們獲得更真實、穩定的壁畫信息。隨著數字化技術的進步，為了更好的完成壁畫的模型構建過程，研究者應用三維激光掃描技術來完成壁畫的紋理映射，獲得完整、真實、可靠的壁畫信息。三維激光掃描技術是運用三維坐標的原理，多角度的拍攝，使壁畫信息重疊來避免視覺偏差，使獲取的信息更加的可靠。另外，三維激光掃描技術還可以通過多站點數據配準來實現壁畫信息的提取。多站點數據配準可以通過一個復雜的數學運算將多個坐標系中的數據整合到一個坐標系中，實現數據的搬運。使壁畫信息的整理和分析更加的方便，可靠[5]。

2.4 數字圖像修復技術在文物壁畫中的運用

數字圖像修復技術是通過計算機對壁畫進行輔助保護的一項技術。它可以運用某些數學模型或算法對壁畫局部丟失的信息進行補全復原，從而達到恢復壁畫完整性的目的。它作為一個新興的技術得到了越來越多研究者的關注。近些年來，隨著許多研究成果的出現，數字圖像修復技術在壁畫保護中的應用越來越普遍，成為壁畫保護的一項基本技術[6]。它配合壁畫保護應用廣泛的其他技術獲得了不俗的成果，使得壁畫保護和修復得到了更一步的發展。

3 結語

古代壁畫是歷史文明的見證者和記錄者，是中華民族的文化瑰寶，是史學家、文學家研究歷史的重要史料之一，具有極高的文化價值和史學價值，所以對于古代壁畫的保護和修復是一個任重而道遠的工作。本文中的這些技術對壁畫的保護工作產生了深遠的影響，雖然這些數字化技術仍然有許多的缺陷和不足，但我相信，隨著技術的發展和不斷接近，數字化技術在壁畫保護上的應用一定會變得日臻完美，不斷提高壁畫修復的速度、精度和穩定性，對壁畫的保護和修復做出卓越的成就。

參考文獻

[1]周世菊.基于數字化理念與方法的云岡石窟文化遺產保護[J].山西師范大學學報：自然科學版，2016，（2）：108-111.

[2]梁金星，萬曉霞，劉強，李嬋，王琪.敦煌彩繪文物數字化保護色卡制作方法研究[J].敦煌研究，2016，（02）：117-124.

[3]白天佑.莫高窟壁畫數字化重要性芻議[J].美術教育研究，2011，（12）：18-19.

[4]楊學勇.敦煌學數字化的探索與問題[J].情報雜志，2008，（3）：145-146.

[5]韓春平.從學術資源保障看敦煌學的數字化道路——敦煌學數字化背景問題探討[J].情報資料工作，2007，（4）：56-58.

[6]蔡廣杰.大昭寺三維數字化應用初探[J].首都師范大學學報：自然科學版，2009，（03）：83-86.