圖形圖像處理技術在敦煌壁畫修復中的應用研究

葉鳳華 李亞

摘要：通過研究古代壁畫，我們可以從中獲取大量珍貴的信息，其中包括古代人們的生活方式、興趣愛好、歷史文化等。因此，作為我國歷史文明不斷變遷的見證者——壁畫蘊含豐富的藝術價值，是我國歷史文化的瑰寶。但是，壁畫遭受著人為與自然雙重因素的影響，不斷地出現龜裂、褪色、脫落等問題，面對這些問題，專業修復人員必須予以重視，然而傳統的修復方式不僅費時費力，甚至可能在修復中出現更加嚴重的二次傷害。面對這一前提，將計算機技術充分應用在壁畫的修復工作中這一方法已然成為當前研究的重點方向之一。

關鍵詞：計算機；修復；壁畫；信息

正文：

敦煌這一富含多種寓意的名詞本身就具有兩千余年的歷史，占據著我國絲綢之路上不可忽視的重要地理位置。敦煌的莫高窟體現了我國獨具特色的民間佛教藝術，集建筑、泥塑、壁畫于一身，自漢代以來取多種文化藝術之精華，形成了當今世界上規模最大的佛教藝術圣地，影響深遠。敦煌莫高窟的壁畫在自然的侵蝕作用和多種人為因素的影響下已經受到了巨大的損害，已有的傳統技術因不具備高效率并不能幫助人們迅速修復、保護珍貴的壁畫藝術，必須應用圖形圖像處理技術。

一、計算機輔助壁畫臨摹

早在上世紀四十年代開始，我國就開始對莫高窟壁畫進行臨摹，以期對其進行信息的記錄與保存。隨著計算機技術的進步，人們開始將相機、掃描儀等工具運用到這項工作中，但隨著圖像的傳遞，壁畫的清晰度不斷下降。在敦煌壁畫的保護中，壁畫數字化不僅能夠將圖像永久高清保存，還為下一步的壁畫修復與輔助保護、展示工作做鋪墊。計算機輔助壁畫臨摹主要包括以下兩個步驟。

（一）生成線圖

隨著人們對壁畫圖像的邊緣提取的要求越來越高，以前常用的圖像分割與邊緣提取算法越來越難以滿足人們的需求。為了獲取更高標準的壁畫線稿，必須在考慮數學、藝術、計算機等角度的基礎上對現有的算法進行改進。

首先必須對壁畫進行預處理，提取邊緣信息。圖形圖像分割方法中，特征閾值或舉類、邊緣檢測等傳統技術處理后的灰度圖像雖然具備較好的結果，但不適用于彩色壁畫的圖像分割中。同時，對復雜的圖像進行處理時，單一技術有時很難獲取優秀的邊緣特征，而加入交互方法可以高效解決這一問題。壁畫因受損會隨機出現中可能存在的裂紋、起甲等問題，其中的狹長結構可能會被檢測為線條結構，因而損壞部分會混入非目標對象。因此接下來應該在樣本的學習下完善壁畫中缺失或破損的部分，由于壁畫圖像線條的復雜度較高，通過建立線條的矢量圖和色彩樣本信息庫，再進行大量的機器學習，得到最終的壁畫線描替換部分。在前兩個步驟的基礎上運用多種差值算法與矢量技術實現重點線條的交互再處理，模擬出原壁畫圖像所屬風格的線描圖像。

（二）色彩填充

在獲得線描提取圖像后采用模式識別、人工智能、形態學操作等技術實現敦煌壁畫的計算機輔助色彩填充過程。首先要選中正確的色彩填充區域，在這個過程中先運用交互方法根據構圖位置粗略選出填充位置，其次在這些位置運用特征點匹配的方法得出色彩填充的精確位置。接著要篩選出填充的顏色，在參考原圖像的基礎上，運用多種推理方法選出填充顏色

參考原壁畫的色彩信息。最后定義填充時的筆畫模型，包括運動軌跡、線條粗細等信息，選擇特定效果的筆刷對色彩填充區域進行繪制。同時要注意到為了能夠在繪制的時候增加精準度要引入多個參數體現色彩的變化。

二、計算機輔助壁畫修復

對照修復壁畫缺損位置時由于壁畫的風格統一性和元素的高重復性，通常具備兩個參考對象，分別是同類完整圖像和該缺損圖像周圍的信息。計算機輔助壁畫修復簡單來說即為模擬人工修復的過程，將壁畫的缺損部分當做空白信息，最大程度地利用已知線索來推理缺損信息。

現有的應用較為廣泛的計算機輔助壁畫修復方法主要有三類，分別是基于偏微分方程的圖像缺損信息修復、基于紋理合成的圖像缺損信息修復與綜合偏微分方程和紋理合成的圖像缺損信息修復方法。偏微分方程修復方法由缺損區域邊緣沿等照度線方向平滑的向內部擴散傳播能量一次完成壁畫的修復工作，優越點在于較好的理論基礎和較快的運算速度，因為應用度較為廣泛?；诘鷥灮膱D像缺損信息修復算法給出支持迭代的函數，運用貪婪算法思想獲取初值、計算權值，最后通過迭代求解出缺損區域中每一個像素的最佳結果。這種方法改進了傳統貪婪修復算法中的錯誤累積現象，較大程度地保持了壁畫中紋理與色彩的完整致性，且該算法的魯棒性較好。而綜合修復算法把壁畫圖像分割為結構和紋理兩部分利用偏微分方程方法在修復圖像確實部分時在延伸圖像缺損區域周圍的結構線上完成度較高，而基于紋理合成的修復算法在修復紋理等細節上結果更好。進一步的算法優化研究也占據了壁畫修復工作的前沿。

三、總結

在多媒體技術迅速發展的當今社會，將計算機技術尤其是圖形圖像處理技術合理應用至古代壁畫保護行業是一項刻不容緩的措施，也是相關專業從事者的應盡職責，不僅可以減少人為對珍貴壁畫不可逆的二次傷害，還能夠大大降低壁畫修復工作的難度和風險，甚至共享壁畫修復的方法原理和案例，幫助人們高效率工作。圖形圖像處理技術已突破了經典方法與技術的局限性，將進一步促進智能技術與多媒體技術等多學科研究的相互滲透，形成新的學科與研究方向。

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作者簡介：葉鳳華（1977.04-），女，湖南漢壽人，當前職稱：副教授，學歷：博士，研究方向：審美人工智能。