河北蔚縣明清壁畫數字化保護與科技創新研究*

杜 琛 史新月

（河北美術學院,河北石家莊 050700）

一、引言

我國文化遺產豐富，其中明清時期的壁畫是我國古代文化遺產中的重要組成部分。然而，隨著時間的推移和環境的變化，這些壁畫逐漸失去了原有的光彩，甚至有些已經面臨著消失的危險，這些珍貴的文化遺產正受到不斷的破壞和損失，明清壁畫的保護和傳承面臨著巨大的挑戰。

蔚縣位于河北省張家口市，古稱蔚州，為“燕云十六州”之一，2018年5月2日，國務院同意將蔚縣列為國家歷史文化名城，2021年11月3日，蔚縣被文化和旅游部命名為2021—2023年度“中國民間文化藝術之鄉”。在蔚縣記載的八百余處古建筑中，至少四百余座尚存有古代壁畫，這些壁畫遺存具有極廣的時間跨度，尤其是現存的明、清兩代壁畫遺存，數目多且質量極佳，至純的畫面氛圍顛覆了學界對明、清壁畫面貌“世俗”的感受定式，代表了明、清民間壁畫的最高藝術水準。

蔚縣明清壁畫具有濃郁的中國文化特色，是中國傳統文化的重要表現形式之一。壁畫通常以墻面為載體，使用天然礦物顏料、植物顏料及金屬性材料進行繪制，具有豐富的色彩層次和明快的視覺效果。壁畫遺存形式多樣、題材廣泛，囊括民俗、宗教、歷史、神話、文學、戲曲等題材，反映了明清時期社會的多元化特征，具有豐富的文化內涵和藝術價值，需要得到有效的保護和傳承。

為了保護和傳承這些文化遺產，數字化保護與科技創新手段成了一種新的途徑。數字化技術的發展使得對這些古老的壁畫進行數字化記錄成了可能，并且科技創新的應用也使得對這些壁畫進行保護和修復變得更加簡便和有效。通過對河北張家口蔚縣明清壁畫進行數字化保護與科技創新研究，探索數字化保護和科技創新手段在文化遺產保護中的應用，提高人們對明清壁畫的認識和保護意識，促進文化遺產的保護和傳承工作。

針對蔚縣明清壁畫的保護需求主要包括建筑保護、色彩保護、防治污染和數字化保護等。蔚縣明清壁畫通常位于古建筑內部或外部，這些古建筑通常歷經了數百年的風雨侵蝕和自然災害，墻體往往已經出現了裂縫、掉落和松動等情況，因此保護建筑本身就是保護明清壁畫的前提條件。蔚縣明清壁畫的用色稚純，但由于在繪制及近代修復時化學顏料的使用，色彩容易脫落或褪色，傳統的保護手段如化學修復和物理修復，存在一定的局限性，不能徹底解決壁畫保護問題，因此，需要采用新的數字化保護手段。通過數字化保護，可以實現明清壁畫的三維重建、數字化修復和傳播等，使得明清壁畫的保護和傳承更加方便和高效。只有通過綜合運用多種手段，探索活態的壁畫保護系統，同時把握文化遺產保護協同發展思路，充分發揮壁畫藝術的社會職能和美育功能，讓文化遺存活起來，轉化為當代的文化創造力，才能夠有效地保護明清壁畫這一重要的文化遺產。

二、數字化保護與科技創新的技術手段

隨著現代攝影技術及彩色感光技術的運用，加之計算機輔助技術的成熟，在重現圖案方面又具有高清晰高保真的優點，同時可有效避免傳統記錄手段難以長久保存的弊端，經由計算機存儲的數字信息具備優良的可傳播性與可復制性，同時能夠方便信息的管理、檢索和使用，真正實現珍稀文物的保存與利用，對明清壁畫數據庫的建立有著深遠意義[1]。

壁畫數字化保護是指將壁畫數字化處理，將壁畫的圖像、色彩和肌理等信息進行數字化存儲和分析，同時也可以通過數字化技術實現對壁畫的修復和還原，為明清壁畫的保護和傳承提供有效的解決方案，使得壁畫得以保護和傳承的一種新型保護方式[2]。例如，通過數字化儲存，可以將明清壁畫的原貌保存在數字媒體中，方便研究和學習；通過數字化復原，可以對壁畫進行三維重建，還原其原貌；通過數字化保護，可以對壁畫進行數字化保護和備份，避免遺失和毀壞；通過數字化修復，可以對壁畫進行自動或半自動的修復和保護。數字化保護為人們提供更加便捷、直觀的壁畫展示方式，為壁畫的傳播和推廣提供了更多可能性[3]。

科技創新是指通過技術和知識的不斷進步，不斷開發新產品、新技術、新業務模式等的過程。科技創新不僅僅是技術的革新，更是一種創新的方式和理念，涵蓋了從基礎研究到社會服務等各個環節。在壁畫保護領域，科技創新具有極其重要的意義。壁畫保護是一項非常細致和復雜的工作，需要借助于各種高科技手段和技術手段?？萍紕撔驴梢詾楸诋嫳Ｗo提供更加先進和高效的保護手段，有助于實現壁畫的數字化記錄、修復、保護和展示。通過科技創新，可以開發出更加先進的壁畫數字化保護技術，提高數字化處理的精度和效率，實現對壁畫的更加全面和深入的保護。例如，人工智能可以自動識別壁畫的病害和損傷，輔助修復和保護工作；虛擬現實技術可以讓人們以更加真實和直觀的方式了解壁畫的歷史和文化背景；云計算可以實現對壁畫信息的高效存儲和傳輸，方便壁畫信息的保護和共享。此外，科技創新還可以為壁畫保護提供更加全面和深入的理解，從而更好地探究壁畫的歷史和文化背景，為壁畫保護提供更加可靠和高效的保護手段，促進壁畫文化的傳承和發展。

數字化保護需要依托于各種高科技手段和技術手段，而科技創新則可以提供更加先進和高效的數字化保護技術實現對壁畫的更加全面和深入的保護和傳承，二者密不可分。

圖1 數字化保護與科技創新關系圖

三、數字化保護與科技創新在蔚縣明清壁畫保護中的應用

1.數字化儲存和備份技術的應用

數字化存儲和備份技術在明清壁畫保護中具有重要應用價值。壁畫的保存往往需要長期的時間跨度，加上外部環境的不確定性，壁畫保護的難度非常大。數字化存儲和備份技術可以幫助我們實現對壁畫信息的全面和深入的保護，使得壁畫信息可以得到更好地保存和傳承。

數字化存儲和備份技術可以將壁畫信息轉化為數字化形式，并存儲在電腦或者其他存儲介質中。這種數字化方式可以大大減少外界因素對于壁畫的損害，同時也可以使得壁畫的信息得到更好地保護和傳承。數字化存儲和備份技術還可以實現對壁畫信息的多次備份和遠程傳輸，保證信息的完整性和可靠性。

數字化存儲和備份技術可以結合激光掃描、三維重建等技術手段，實現對壁畫信息的全面和深入的保護。例如，利用激光掃描技術可以實現對壁畫信息的高精度掃描和采集，將壁畫信息轉化為數字化數據；利用三維重建技術可以實現對壁畫信息的三維建模和可視化展示，讓人們更加直觀地了解壁畫的歷史和文化價值。

數字化存儲和備份技術的應用，可以為明清壁畫保護提供更加全面和深入的保障，可以有效減少因為天災人禍或其他原因導致壁畫信息丟失和損壞的風險[4]。因此，在明清壁畫保護領域，數字化存儲和備份技術是一項非常重要的技術手段，具有非常重要的應用價值。

2.數字化復原技術的應用

數字化復原技術是一種基于計算機技術和圖像處理算法，對已經損毀或部分缺失的文物進行數字化還原和修復的方法。在明清壁畫保護中，數字化復原技術可以大大提高壁畫的保存和展示效果，具有重要的應用價值。數字化復原技術的主要應用包括以下幾個方面：

紋理復原。蔚縣明清壁畫作為一種藝術形式，其紋理和顏色都是其重要的特征之一。數字化復原技術可以通過對原始圖像進行紋理分析和紋理匹配等操作，將部分缺失的紋理還原出來，從而保護和展示壁畫的原貌。

形態復原。蔚縣明清壁畫中的人物形象、建筑結構和裝飾元素等都具有豐富的文化內涵和藝術價值。數字化復原技術可以通過對原始圖像進行形態分析和形態匹配等操作，將部分損壞的形態元素還原出來，從而完整地呈現壁畫的意境。

色彩復原。明清壁畫中的色彩是其重要的表現形式之一。但由于時間和環境的影響，壁畫色彩逐漸褪去或者變得模糊。數字化復原技術可以通過對原始圖像進行色彩分析和色彩匹配等操作，將壁畫的色彩還原出來，從而重現壁畫的原貌。

數字化復原技術是明清壁畫數字化保護中不可或缺的一部分，具有重要的實踐意義和應用價值。

圖2 蔚縣夏源村關帝廟百工圖“兌換金銀”（左圖），及其結構與色彩復原圖

3.數字化保護和修復技術的應用

數字化保護和修復技術在明清壁畫保護中也具有重要的應用價值。傳統的壁畫修復技術大多采用手工修復，這種方式存在一定的風險，可能會對原有壁畫造成進一步的損害。而數字化修復技術則可以避免這種風險，使得修復更加準確和安全。

數字化修復技術的基本原理是利用計算機技術，將壁畫的數字圖像進行處理和修復，以恢復其原有的形態和顏色。數字化修復技術通常分為兩種類型：一種是基于圖像處理的修復技術，另一種是基于三維重建的修復技術。

基于圖像處理的修復技術主要利用數字圖像處理技術，對壁畫數字圖像進行處理和修復，以消除噪點、修復缺損和恢復顏色等。這種修復技術能夠快速、準確地恢復壁畫的原貌，同時避免了手工修復的風險?；谌S重建的修復技術則是利用計算機視覺技術，對壁畫進行三維重建，以便進行精細的修復和恢復。這種修復技術需要使用一些高精度的數字化工具，如激光掃描儀、三維相機等，可以恢復出更加精細、真實的壁畫形態和顏色。

數字化修復技術的應用可以為明清壁畫的保護提供更加全面、高效的方案。同時，數字化修復技術也能夠更好地保護壁畫的原貌，保留壁畫的文化價值和歷史價值，為后世留下更多的文化財富。

4.虛擬現實技術在明清壁畫保護中的應用

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是一種基于計算機生成的仿真環境，通過頭戴式顯示器、手柄等設備，將用戶帶入到虛擬的三維場景中，使得用戶能夠身臨其境地感受其中的景象與環境。虛擬現實技術在明清壁畫保護領域也具有很大的應用潛力[5]。

虛擬現實技術可以實現對明清壁畫的數字化重現。通過掃描和數字化處理，將明清壁畫的圖像、色彩、線條等細節信息轉化為數字化的數據，并通過虛擬現實技術實現展示。這樣不僅可以保護原始的明清壁畫，還能夠在一定程度上還原明清時期的生活場景，讓觀眾更加真實地了解歷史。同時，虛擬現實技術可以實現文物數字化展覽。利用虛擬現實技術，可以將明清壁畫數字化展出，使得觀眾可以在沒有時間、空間限制的情況下進行互動式的觀賞。這樣不僅可以方便人們對明清文化的了解和學習，同時也可以保護文物的安全性和完整性，避免文物由于長時間的展覽而受到更多的損壞和破壞。

結論

文章對明清壁畫數字化保護與科技創新進行了深入探究，旨在解決明清壁畫在傳承與保護過程中面臨的難題。

明清壁畫是中國傳統文化的重要遺產，具有重要的歷史、文化和藝術價值。數字化保護與科技創新可以有效地保護和傳承明清壁畫，延長其壽命和保存其原貌。數字化保護與修復可以通過數字化儲存、數字化復原、數字化保護、數字化修復等方式，為明清壁畫的保護和傳承提供有效的解決方案。科技創新應用可以為明清壁畫的保護和傳承提供新的技術和方法，例如虛擬現實技術、人工智能技術、無損檢測技術、材料科學技術、人機交互技術等。通過數字化保護與科技創新，可以更好地保護和傳承明清壁畫，為中華民族的文化傳承做出積極的貢獻[6]。

未來，隨著科技的不斷發展和進步，數字化保護與科技創新手段將會變得更加先進和高效：更高精度的數字化保護技術可以保留壁畫更精微的細節和色彩；人工智能技術的完善能夠輔助開展自動化的數字化修復和圖像數據的識別和分類；高度集成化、智能化和自適應化的數字化保護平臺能夠更加適應不同的數字化保護需求。我們相信，在數字化保護與科技創新的推動下，蔚縣明清壁畫的保護和傳承工作將會取得更加顯著的進展。