多福寺大雄寶殿壁畫的數(shù)字化采集

□江濤

崛圍山多福寺位于太原市西北20公里柴村鎮(zhèn)呼延村崛圍山山巔。大雄寶殿是多福寺內(nèi)重要建筑，坐北向南，位于前院正北面。創(chuàng)建于唐貞元二年（786年），初名崛圍教寺，是文殊菩薩道場(chǎng)之一，宋末毀于戰(zhàn)火。明洪武年間（1368年—1398年）重新修建。明弘治年間改名為多福寺。是國(guó)務(wù)院公布的全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位之一。

多福寺大雄寶殿壁畫數(shù)字化保護(hù)采用的核心三維數(shù)字化信息采集技術(shù)，具有非接觸、快速、高保真還原等特點(diǎn)，可在最小干預(yù)的原則下全面采集壁畫的各項(xiàng)信息，建立完善多福寺大雄寶殿壁畫數(shù)字化信息數(shù)據(jù)庫(kù)。在壁畫的保護(hù)、管理、修繕展示及利用等多方面發(fā)揮著很大作用。

一、壁畫數(shù)字化采集的技術(shù)路線及方法

壁畫信息采集類別可以分為四個(gè)主要部分，大雄寶殿三維空間信息、壁畫色彩信息、壁畫病害信息和壁畫顏料成分與結(jié)構(gòu)信息。

對(duì)大雄寶殿進(jìn)行三維空間信息采集采用了GPS定位，誤差控制和三維激光掃描儀。數(shù)據(jù)采集完成后使用相關(guān)軟件操作平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終獲得大雄寶殿整體三維空間信息模型。在此模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行精密測(cè)繪，繪制出大雄寶殿的平立剖圖件、繪制大雄寶殿的正射影像圖和壁畫凹凸分析圖。

壁畫色彩信息主要采用線性CCD高分辨率掃描設(shè)備和數(shù)碼相機(jī)補(bǔ)充掃描的方法。數(shù)據(jù)采集完成后，使用專業(yè)圖像處理軟件進(jìn)行圖像拼接和色彩校正，最終生成完整的壁畫高分辨率圖像數(shù)據(jù)，并使用KRPANO軟件制作了高分辨率快速全景展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持PC、平板和手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行快速訪問和瀏覽。

壁畫本體病害信息主要根據(jù)查閱歷史資料和現(xiàn)場(chǎng)病害認(rèn)定繪制的草圖和壁畫高分辨率圖像信息來測(cè)繪病害圖標(biāo)，并根據(jù)不同病害分布情況得出綜合結(jié)論并提出保護(hù)建議。

壁畫顏料檢測(cè)分析主要是現(xiàn)場(chǎng)采集壁畫脫落標(biāo)本，再將標(biāo)本整理編號(hào)，使用X熒光、X衍射和拉曼光譜的技術(shù)對(duì)標(biāo)本進(jìn)行分析，得出結(jié)論。

二、壁畫色彩信息采集

1.方法

多福寺大雄寶殿壁畫色彩信息采集采用了三維激光掃描、全站儀測(cè)量、CRUSE Scanner CS180STW高清晰壁畫掃描和單反相機(jī)與燈光組拍攝相結(jié)合的方式。該方式是利用三維激光掃描和全站儀測(cè)量進(jìn)行整體誤差控制，再利用高清晰壁畫掃描儀進(jìn)行色彩信息采集，最后使用單反相機(jī)與燈光組拍攝進(jìn)行補(bǔ)充。

2.實(shí)施步驟

壁畫數(shù)字化信息采集項(xiàng)目分為外業(yè)與內(nèi)業(yè)。外業(yè)包含現(xiàn)場(chǎng)勘察、全程色彩管理和數(shù)據(jù)采集。內(nèi)業(yè)包含數(shù)據(jù)拼接和成果編制。

外業(yè)可以細(xì)分為工作環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)勘查、采集設(shè)備色彩管理、壁畫表面特征信息三維數(shù)據(jù)采集，壁畫色彩信息數(shù)據(jù)采集。

（1）場(chǎng)地準(zhǔn)備

工作人員前往項(xiàng)目實(shí)施地，收集項(xiàng)目基礎(chǔ)資料，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，了解現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，測(cè)量作業(yè)空間，確定工作難易程度及工作量。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的情況，制定詳細(xì)的工作計(jì)劃，明確工作周期及工作進(jìn)度，明確職責(zé)分工，落實(shí)專人負(fù)責(zé)，根據(jù)客觀條件，統(tǒng)籌安排。

（2）色彩管理

色彩管理是應(yīng)用數(shù)字技術(shù)客觀描述物體顏色特性以及顏色特性，在計(jì)算機(jī)輸入輸出設(shè)備正常呈現(xiàn)以及轉(zhuǎn)換的技術(shù)。色彩管理即以軟件的方式來進(jìn)行設(shè)備的色彩校準(zhǔn)，對(duì)不同的色彩空間進(jìn)行特性比，針對(duì)不同的輸入設(shè)備進(jìn)行顏色傳遞，以取得最佳色彩匹配。

相機(jī)的色彩管理是在相機(jī)拍攝時(shí)，架設(shè)兩個(gè)LED 1000C冷光源作為固定光源，制作一個(gè)專門的色彩特性文件，對(duì)相機(jī)進(jìn)行色彩管理。

（3）數(shù)據(jù)采集

壁畫表面特征三維信息數(shù)據(jù)采集：在使用激光掃描設(shè)備采集大雄寶殿空間信息的同時(shí)，將壁畫載體進(jìn)行統(tǒng)一采集，并且使用全站儀，將壁畫各個(gè)邊角以及特征明顯部位進(jìn)行測(cè)量。待后期生成大雄寶殿完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，再集中將壁畫載體的四個(gè)墻面單獨(dú)輸出，并生成激光反射信息，用于后期壁畫整體誤差控制。

壁畫色彩信息數(shù)據(jù)采集：為保證壁畫色彩信息采集的完整性，將德國(guó)CRUSE Scanner CS180ST-W高清晰壁畫掃描儀與尼康D3X相機(jī)和LED1000C與LED500C燈光組相結(jié)合。色彩信息采集過程中以CRUSE Scanner CS180ST-W高清晰壁畫掃描儀為主要色彩信息采集工具，后期對(duì)CRUSE Scanner CS180ST-W高清晰壁畫掃描儀因工作環(huán)境限制而無法采集的部分，使用尼康D3X與LED燈光組合進(jìn)行色彩信息補(bǔ)充掃描，以保證壁畫色彩信息數(shù)據(jù)采集的完整性。

整體掃描：在數(shù)據(jù)采集前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了隔離警戒線，防止在設(shè)備調(diào)試、移動(dòng)、數(shù)據(jù)采集過程中對(duì)其他文物進(jìn)行觸碰，工作人員在隔離警戒線安全工作區(qū)域內(nèi)工作。選擇分辨率參數(shù)不同的燈光，進(jìn)行預(yù)掃描，參考本體壁畫對(duì)比，選擇壁畫表面色彩信息與特征還原度高的燈光進(jìn)行壁畫色彩信息采集。經(jīng)過數(shù)據(jù)比對(duì)，本項(xiàng)目采用了單燈進(jìn)行壁畫色彩信息采集。色彩信息數(shù)據(jù)采集過程中，實(shí)時(shí)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，保證數(shù)據(jù)采集完整性與精度，對(duì)色彩數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份，異機(jī)存儲(chǔ)。

局部補(bǔ)充掃描：由于多壁面相交處與窗戶附近空間狹小，無法使用CRUSE高清晰壁畫掃描儀直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所以在CRUSE掃描完成后，對(duì)無法掃描部分用尼康D3X與LED1000C、LED500C燈光組合進(jìn)行色彩信息數(shù)據(jù)高清補(bǔ)拍，保證數(shù)據(jù)采集的完整性。后期再使用專業(yè)圖像處理軟件與高清掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫拼接。

（4）數(shù)據(jù)處理

色彩校正：數(shù)字圖像從數(shù)據(jù)掃描到數(shù)據(jù)處理，各個(gè)環(huán)節(jié)都存在著可能導(dǎo)致圖像顏色失真的因素，監(jiān)控設(shè)備添加標(biāo)準(zhǔn)的色麗ilProfiler色彩管理系統(tǒng)，并校正色彩信息。

壁畫數(shù)據(jù)拼接：對(duì)原始色彩掃描信息進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，就是是采用相同的基于輪廓特征的拼接技術(shù)，精確找出原始圖像重疊部分的位置，與三維表面掃描數(shù)據(jù)特征進(jìn)行重疊，然后確定兩張圖像的變換關(guān)系，最后進(jìn)行局部對(duì)齊、全局調(diào)整和拼接融合。

輸出成果：為保證快速瀏覽多福寺大雄寶殿壁畫高清晰成果數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目采用了KRPANO全景展示系統(tǒng)。完整壁畫拼接PSB文件拖入KRRANO批量處理軟件，系統(tǒng)軟件自動(dòng)對(duì)PSB文件進(jìn)行切割處理，生成不同分辨率的圖片，利用生成的HTML、SWF文件，進(jìn)行快速高質(zhì)量高清晰對(duì)壁畫進(jìn)行全景瀏覽。

（5）成果

利用原始掃描數(shù)據(jù)與激光強(qiáng)度反射信息圖像拼接成完整壁面的二維圖像數(shù)據(jù)，各壁面保存格式為PSB，整體畫面分辨率達(dá)到300DPI，內(nèi)嵌ICC色彩管理配置文件，形成了色彩高清晰、高還原、高精準(zhǔn)的成果數(shù)據(jù)。

三、數(shù)字化陳展

1.大雄寶殿整體三維空間數(shù)據(jù)

三維激光掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)處理，生成以離散點(diǎn)為基元帶有三維坐標(biāo)的三維模型。其中點(diǎn)數(shù)約4億個(gè)。該數(shù)據(jù)不需要維持全局的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，可以方便地實(shí)現(xiàn)多分辨率重采樣技術(shù)，更容易利用空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立層次結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)繪制或者快速計(jì)算。

利用完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，重新構(gòu)面，使用專業(yè)三維速模軟件，重新構(gòu)建一個(gè)完善的三維模型。它是以三角面形式，維持整個(gè)大殿的拓?fù)潢P(guān)系和紋理坐標(biāo)，便于后期測(cè)繪、出圖和修改等。

2.大雄寶殿壁畫三維信息數(shù)據(jù)

將多種數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)處理，會(huì)生成完整壁面的高分辨率數(shù)字影像，形成整套的84幅壁畫的圖影資料。其中東山墻8.64G，后檐墻東側(cè)7.4G，后檐墻西側(cè)6.84G、西山墻8.58G，該數(shù)據(jù)共4個(gè)文件，大小共計(jì)31.8GB（PSB文件）。形成了色彩高清晰、高還原、高精準(zhǔn)的成果數(shù)據(jù)。

隨著三維數(shù)據(jù)采集工作的推進(jìn)和數(shù)字化新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，獲取的三維數(shù)據(jù)信息會(huì)更加精細(xì)、準(zhǔn)確，三維數(shù)據(jù)資源應(yīng)用也勢(shì)必帶來更大的運(yùn)用空間。在接下來的工作中，太原市崛圍山文物保管所將利用三維數(shù)據(jù)資源植入智能手機(jī)和個(gè)人移動(dòng)設(shè)備，支持多種格式的輸入與輸出。廣大民眾可擺脫時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地瀏覽參觀，領(lǐng)略多福寺及其壁畫的規(guī)模、特點(diǎn)及其蘊(yùn)含的深厚文化信息。