Photoshop虛擬修復在奉國寺壁畫保護中的應用

樊丹丹，劉 成，容 波，王 飛，孫 劍，雷 君

(1. 西北大學文化遺產學院，陜西西安 710069； 2. 秦始皇帝陵博物院，陜西西安 710600；3. 義縣文物管理局，遼寧錦州 121100； 4. 西安博物院，陜西西安 710061)

0 引 言

計算機圖像虛擬修復技術是指依據原有信息，按照一定規則復原缺損區域信息的技術。現有的數字圖像修復技術主要分為非紋理合成和紋理合成[1]。非紋理合成的圖像修復方法主要應用于一些小尺度破損的圖像，這種技術是利用待修復區域的邊緣信息，由精到粗的方法來估計等照度線的方向[2]，將已知區域的信息利用傳播機制復制到待還原區域，實現圖像還原。該技術實際上是偏微分方程中的PDE算法[3]。紋理合成則主要用于修復圖像中大塊破損區域的補全[4]，其方法是在較完整的區域中找到和破損區域最相近的像素進行對比，把最佳匹配塊復制到破損區域去填充圖像，逐步完成修復。這也是當前最常見的圖像修復[5]，Photoshop虛擬修復方法正屬于此類。

基于Photoshop實現的古代壁畫虛擬復原研究，是在對古代壁畫繪制的顏料和制作技法進行調查分析的基礎上，應用計算機Photoshop軟件對其進行虛擬的色彩修復、線條修復以及殘缺補繪等，最后調整色彩中的HSV值還原古老壁畫的本來面貌[6](通過科學分析先確定每一種顏色的色調H、飽和度S、明度V值，然后對比修復結果，糾正錯誤的色彩信息)。

本研究以遼寧省義縣奉國寺壁畫為研究對象，根據對壁畫病害調查、顏料鑒定、色彩分析等，利用樣本塊的紋理合成技術，通過計算機圖像處理，對現有壁畫的線條病害、顏料病害和結構病害進行虛擬修復。

1 奉國寺壁畫概況

奉國寺位于遼寧省錦州市義縣，于遼開泰九年(公元1020年)建成，屬遼代皇家寺院。由于朝代更迭，幾經戰亂，再加上地震等自然災害，目前寺內除主殿大雄殿為遼代建筑外，山門、天王殿等皆為清代或近代重修[7]。

大雄殿面闊九間、進深五間，為中國遼代佛教寺院中最大的單體木構建筑[8]。殿內四壁滿繪壁畫，據佛像造型和繪畫風格可定為元代壁畫，壁畫以間口分幅，其中南墻東西盡間各繪千手觀音1幅，東西墻各繪佛像5幅，北墻除當心間外左右各繪觀音像4幅，共計20幅[9]。佛像間以須彌山相隔，既渾然一體，又自成單元。在繪畫技法上，使用“鐵線描”等技法，畫面線條流暢，背光、須彌山等又通過暈染的手法使畫面富于變化[10]。

奉國寺壁畫規模大，繪制水平高，且具有明確的斷代依據，對研究元代的佛教發展、壁畫風格和壁畫繪制技法具有極高的歷史、藝術和科學價值[11]。

2 奉國寺壁畫病害調查與虛擬修復研究

2017年西北大學文化遺產學院受義縣文物管理局的委托，對奉國寺進行了壁畫的現狀調查，調查依據中華人民共和國文物保護行業標準WW/T 0061—2014[12]。調查結果表明目前奉國寺壁畫保存狀況堪憂，病害種類多，面積大，不僅破壞了壁畫的畫面完整，還影響著壁畫的結構穩定，因此必須要對壁畫進行修復保護，確保壁畫的安全。

奉國寺壁畫病害包括覆蓋、劃痕、表面污染、顏料層脫落、變色、起甲、龜裂、地仗層疏松、地仗脫落、酥堿、裂隙等，其病害面積和比例如圖1所示。

圖1 奉國寺大雄殿壁畫病害統計圖Fig.1 Statistical chart of mural diseases of the main hall in Fengguo Temple

奉國寺壁畫病害類型復雜，畫面殘缺嚴重，對之后的保護修復造成了不小的阻礙，因此在實際修復前需要運用Photoshop虛擬修復技術對壁畫進行畫面的修復、補配，科學還原壁畫的本來面貌，一方面為之后的保護修復工作提供參考，另一方面可以確定壁畫保護修復的最終效果，避免多次修復對壁畫造成損害[13]。基于Photoshop虛擬修復的分類和操作方法，本研究將奉國寺壁畫的病害分為線條病害、顏料病害和結構病害3類，對其分別進行病害虛擬修復的研究。

2.1 線條病害

線條病害主要指墨線的殘損。線條是中國繪畫的藝術語言，畫家謝赫曾提到的“六法”論[14]，一是“氣韻生動”，二是“骨法用筆”，即所謂的流暢美中不失力量。但墨線隨著歲月的變化，會出現殘缺(圖2a)、褪色(圖2b)等病害，破壞畫面的流暢性。不過根據線條的統一性和連貫性，對此類病害中線條的缺失部分可以準確預測，對于褪色區域可以通過對未褪色部分的色度檢測確定補色標準，因此通過Photoshop虛擬修復技術可以實現對此類病害的準確修復。

圖2 奉國寺大雄殿壁畫線條病害圖Fig.2 Mural line diseases of the main hall in Fengguo Temple

2.2 顏料病害

奉國寺壁畫的顏料病害主要包括顏料層脫落(圖3a)、龜裂(圖3b)、起甲(圖4a)和表面覆蓋(圖4b)等。

壁畫顏料層脫落會造成壁畫表面內容缺失，影響壁畫的美觀性和藝術性。由于奉國寺同題材壁畫的畫面布局和繪畫風格都大致相同，僅為佛像手印和服飾的差異，因此可以通過同一墻面其余壁畫的比對，確定壁畫缺失部分的內容。

顏料層龜裂一方面會破壞壁畫的完整性，另一方面裂紋相連發展會形成顏料層的薄弱面，引起顏料層的大面積脫落。對于此類病害，在進行虛擬修復時，可以利用Photoshop技術將裂紋去除，還原壁畫。

圖3 奉國寺大雄殿壁畫顏料病害圖Fig.3 Mural pigment diseases of the main hall in Fengguo Temple

圖4 奉國寺大雄殿壁畫顏料病害圖Fig.4 Mural pigment diseases of the main hall in Fengguo Temple

壁畫起甲是顏料層已經形成卷翹，其沒有畫面信息的缺失，但由于起甲部分與壁畫本體已經不處于同一個平面，因此在虛擬修復時需要對壁畫進行降維處理[15]，再通過虛擬修復技術重新貼合在壁畫層面。

壁畫表面覆蓋物多為灰塵、動物糞便等。進行虛擬修復時，需要對比未覆蓋區域進行色彩樣本和數據提取，但此方法僅適合于沒有繪畫細節的單色區域；如果覆蓋區域下為手勢、服飾等差別部分，則需要通過多光譜成像等技術確定覆蓋位置下的繪畫內容，再進行畫面復原。

2.3 結構病害

結構病害是除線條病害和顏料病害之外其余病害類型的總稱。其主要包括壁畫的裂隙(圖5a)、壁畫的空鼓變形(圖5b)等。

奉國寺20幅元代壁畫中有13幅壁畫都存在裂隙問題，且裂隙的開裂程度可以達到壁畫的粗泥層，斷裂面與壁畫本體嚴重錯開。對于這種直接影響壁畫結構穩定性的病害，在進行虛擬修復壁畫時一是要對開裂位置進行復合，二是要對凸起變形位置進行復原[16]。

壁畫的空鼓變形是由于20世紀80年代壁畫使用了環氧樹脂和玻璃纖維布作為壁畫新的支撐體，而環氧樹脂因老化收縮變形后引起了地仗層的脫離與空鼓[17]。利用軟件在此類病害部位對空鼓變形位置進行修正即可。

圖5 奉國寺大雄殿壁畫結構病害圖Fig.5 Mural structure diseases of the main hall in Fengguo Temple

3 虛擬修復技術在奉國寺壁畫保護中的應用

奉國寺壁畫保存現狀堪憂、畫面破壞嚴重、病害類型眾多、病害機理復雜，短期內無法進行保護修復工程，因此需要通過Photoshop虛擬修復技術對壁畫的畫面進行還原，指導今后保護修復的方向，同時也可以通過虛擬再現的方式使觀眾更好地了解壁畫全貌，便于壁畫價值的傳播。

3.1 虛擬修復原則

3.1.1最小干預 在虛擬修復過程中對于不確定且沒有完整證據支撐的缺失或覆蓋部分不進行主觀性質的修補；對于畫面變色、褪色部分進行色彩復原時，如果不影響畫面的藝術表達，亦不進行色彩變動，保留壁畫的歷史信息[18]。

3.1.2價值展示為先 虛擬修復與實際本體修復不同，是通過各種現代技術對壁畫畫面進行還原，更注重畫面的整體藝術性，因此在確定的情況下需要盡可能多地還原壁畫信息，以展示壁畫的價值為先[19]。對于裂隙、空鼓等病害，在實際修復中考慮到壁畫的安全性，不可能將其完全恢復到原狀，但在虛擬修復時可以對這類病害進行處理，使其回到本來面貌。

3.1.3為壁畫保護服務 虛擬修復只是一種手段，在虛擬修復過程中不能本末倒置，應該將其修復結果與之后的壁畫保護工程緊密地結合在一起，為壁畫本體保護提供建設性意見，確保本體保護可以取得更好的效果[20]。

3.2 虛擬修復方法

3.2.1線條病害 以線造型是奉國寺壁畫的重要藝術表現形式。奉國寺壁畫描繪的藝術形象包含了人物、山水、法器等，其用筆細而下垂，成圓弧狀，最講究線條之間的疏密排列變化，整體具有工麗嚴謹而又不失奔放灑脫的特點[21]。壁畫根據人物的身份、傳達的個性、服飾等采用完全不同的表現形式，畫面繼承了唐宋以來傳統的白描技法，人物的手、足、臉采用細而均勻的暗紅色游絲描，線條提按變化不大，多為圓曲轉線[22]。所著長袍的衣紋線一氣呵成，有時風動流暢，有時則謹慎細膩，胸前領口飄帶、袖口在細小的花瓣之上勾勒出絲絲筋絡，輕柔嬌嫩。正所謂“是以虛實相生，疏密相用，繪事乃成”[23]。背景中的山水景致及云卷紋畫面較為素雅，山石以墨線勾勒，筆勢婉轉較有變化，并施以小斧劈皴，再施色石青和石綠淺絳設色。而云卷紋先以濃墨勾勒，再以淡墨暈染，最后淺絳設色，蓮花座采用雙線勾勒層次感極強，在整體空間的營造上增強了藝術的表現力。

奉國寺壁畫中線條病害的虛擬修復主要針對線條的殘缺情況(圖6)，一為可辨識性的殘缺；二為不可辨識性的殘缺。在運用Photoshop軟件的輔助修復中，要著重把握其線條流露的節奏和韻律美[24]：一則為線條自身的節奏和韻律，主要表現在繪畫過程中由提按、行頓、轉折、輕重、疾緩等所表達的變化；二則是每根線條的長短、粗細、繁簡、疏密、濃淡、虛實等展露出來的節奏感。

1) 可辨識性殘缺。可辨識性殘缺是由已有的壁畫信息去推測殘缺部分的繪制內容，奉國寺壁畫中可辨識性缺失的主要內容常在人物四肢、衣服紋飾、圖案的裝飾、佛像背光、山水景致等位置出現。這類殘缺一般情況下可進行準確的虛擬修復。其修復方法為：

(1) 針對完全殘缺的內容應用計算機選擇Photoshop工具欄中的仿制畫筆種類，并調整其大小、硬度、透明度、流量等參數，再運用已推測的信息補配殘缺內容。

(2) 針對墨線模糊、褪色的情況，運用色彩差的原理重復提取原墨線痕跡，通過疊加使模糊淺淡的線條色彩恢復清晰。

2) 不可辨識性殘缺。不可辨識性殘缺是指殘缺的壁畫很難通過現有的視覺信息來進行修復，特別是人物的五官、手印、關鍵動態部位以及背景無規律云卷紋殘缺。這類缺失是壁畫虛擬修復中的重點，也是難點。其修復方法為：

(1) 判斷原有的繪畫運筆軌跡和用筆技法選擇具有類似效果的模擬筆刷[25]，以此來達到補配的藝術效果。

(2) 選擇一個具有類似特征的原型，將原型復制后移動到殘缺區域，進行大小、方位、邊緣細節等變型處理等使之符合人的視覺感受。

(3) 根據壁畫的整體構圖、外輪廓特征以及人物布局等對原型進行調整，使之與人以及所依存的環境相融合[26]。對于墨線的修復，不僅要完成線條所展現的形體塑造，而且要領會、解讀畫面的豐富情感。這一部分的修復需要具備相關繪畫知識。

圖6 壁畫殘缺線條的虛擬修復Fig.6 Virtual image reconstruction of broken lines of murals

3.2.2顏料病害 奉國寺壁畫色彩以紅、青綠、靛藍為主，并輔以黑、白、金、黃等，色彩豐富而富麗精工。從圖像特征上看，壁畫中主體佛像大面積地使用了紅色，畫面卻絲毫不顯單調，主要在于用色主次分明、位置經營巧妙。不僅具有視覺上的結構穩定，而且畫面極具擴張力。著色技法以重彩勾填為主[27]。重彩勾填是中國傳統重彩畫經典技法，用墨線作為骨架，勾好輪廓，然后填色。勾填的顏色多為覆蓋力強、濃重的礦物色，并做到色不壓線、線不壓色，保留墨線和色塊的相對獨立性和關聯性，即在墨線所界定范圍內把色彩均勻涂開。但為了達到和諧的色彩畫面，除了建立主次分明的色彩秩序以外，還需要具有色相、明度漸變的方式來表達體積、明暗、空間[28]。這種著色技法一般從輪廓線開始向內染，起筆部分顏色渾厚，色彩飽和度高，結束部分顏色淺，以此使色彩產生濃淡虛實的變化，形成明暗關系。古代壁畫受西域的影響，對飾品圖案、建筑裝飾等一般用重彩勾填法，對人物的服飾、皮膚、山水、花鳥等多用漸變暈染法[29]。

顏料病害的虛擬修復不同于線條病害，更需甄別古代壁畫的著色技法。一般來說修復重彩勾填病害的色彩區域時，只需選取相同色相較高、完好的區域樣本[30]，然后導入到待修復的區域，最后再進行色彩的矯正即可。而對于漸變區域的修復，則需要考慮模擬筆刷、色彩差原理、靈活調整透明指數等多種方法，才能使最后的視覺效果自然生動(圖7)。

以圖7所示局部山水的虛擬修復為例介紹顏料病害的修復流程，此區域的繪畫技法屬于典型的重彩勾填，也就是指將色彩均勻地涂在線條所界定的范圍內，病害為顏料層褪色，在修復具有這一類的色彩區域時：

1) 選擇污點修復工具，并調整大小、硬度、模式、類型等參數，先清除表面黑色絮狀污染物以及顏料層由于起甲和龜裂而產生的短淺裂紋。

2) 對表面缺失部分應用快速選擇工具將缺失內容進行閉合框選，再利用近似匹配原理進行內容識別填充。

3) 對褪色、變色部分的修復，選用仿制圖章工具采集同區域保存完好的顏色樣本導入到病害區域。

4) 最后調整色彩的HSV值，即可還原壁畫的原貌。

圖7 壁畫顏料區域病害的虛擬修復Fig.7 Virtual image reconstruction of pigment areas of murals

3.2.3結構病害 雖然壁畫結構病害種類繁多、數量龐大，不同病害產生的情況差異較大，但在修復中大體都要經過病害識別、圖像預處理、特征提取、分類修復等基本步驟。

病害識別要在現場與壁畫進行比對，不能僅僅依靠高清圖片，同時也要輔助多光譜成像、超景深顯微系統對病害細節進行確定[31]。圖像預處理是需要對壁畫表面覆蓋物進行清除，對于壁畫龜裂所產生的裂縫和起甲形成的卷翹進行復原，以保證后期可以更準確地識別病害類型。然后依據病害調查情況對病害進行特征提取，最后依據不同結構病害的特征設計虛擬修復方案(圖8)。

圖8 層次結構病害的虛擬修復Fig.8 Virtual image reconstruction of structural layout of murals

如圖8所示的結構病害為地仗層出現的縱向裂隙。修復這類破壞性較大的病害時，由于病害面積較大，修復結果往往要以畫面的整體融合性為主，使之最大程度符合人的視覺效果，一般分為以下2種情況：

1) 結構病害出現在有繪畫內容的壁畫上，先調整污點修復工具的參數對圖像進行預處理，復合開裂、凸起的變形位置，然后再補繪病害下的缺失內容。

2) 結構病害出現在單色的壁畫背景上，修復過程不能概念化，仿制圖章、內容識別、近似紋理匹配等原理需要相結合靈活運用，最后運用加深、減淡工具對與周圍銜接處的細節進行處理，達到真實自然的效果。

4 結 論

如今虛擬修復技術已成為輔助壁畫保護工作的重要方法，對壁畫的信息共享、保護修復、學術研究和參觀鑒賞等具有極大的作用，同時也能為壁畫虛擬展示提供了更具象、立體的效果。

通過Photoshop虛擬修復技術對奉國寺壁畫修復的結果可知，此類修復方法可以實現對確定區域的準確修復，且壁畫還原效果好。Photoshop技術具有對壁畫色彩和線條的特性模擬處理能力，在對原壁畫不造成任何傷害的情況下，可以更好地還原古代壁畫的真實面貌，達到美學效果與歷史信息的雙重保留，為古代壁畫的數字化虛擬修復帶來新的契機，可加快我國壁畫研究數字化進程，對實體修復指導意義重大。基于Photoshop虛擬修復技術在不破壞原壁畫的前提下，能最大程度地展現古代壁畫圖像的信息，并且更加客觀、理性和準確，減少了人為和主觀因素的干預，更利于還原古代壁畫的本來面貌。且Photoshop是最常見的圖片處理軟件，操作簡單，工作人員在短期的學習之后就可以在文物保護中應用，易推廣。

計算機技術的發展為古代壁畫的虛擬修復提供了強有力的技術手段，是世界文物保護領域一次重大的技術革新。選用Photoshop技術對古壁畫虛擬修復，是現代技術與古代藝術相結合的重要探索。修復過程融入了藝術家的專業知識、繪畫技法以及對壁畫的解讀，在視覺上可以達到與人工修復極為相似的藝術效果，是數字化保護文物發展的重要方向。