莫高窟45窟西龛数字建模



莫高窟45窟数字图像与3D建模绑定形成的数字模型



最终形成的莫高窟45窟球幕渲染图像效果图（本文图片由莫高窟数字展示中心项目提供）

    “十一”国庆期间，敦煌莫高窟数字展示中心自9月10日正式启用后迎来了首批黄金周游客，其中推出的大型球幕电影《梦幻佛宫》引起众多游客的关注。该影片以数字化为基础，利用当代先进的信息技术和展示手段，以全方位、立体化的虚拟洞窟场景，引领游客徜徉在流光溢彩的千年敦煌艺术中。

   那么，人们在《梦幻佛宫》中看到如此细致入微、令人震撼的洞窟壁画、彩塑的影像是如何采集的，洞窟如何实现数字化？敦煌研究院数字中心的相关负责人向记者揭开了球幕电影背后的奥秘。

    技术攻关实现保护初衷

    莫高窟早在1961年就被国务院公布为全国重点文物保护单位。随着游客量的持续增长，石窟自然损耗呈现加速趋势。2003年全国政协十届一次会议上，敦煌研究院院长樊锦诗同25位全国政协委员一道提出了《关于建设敦煌莫高窟游客服务中心的建议》的提案，建议利用现代数字技术向游客展示莫高窟历史文化背景和精美洞窟艺术，之后再适度实地参观洞窟，以缓解文物保护和开放利用间的矛盾。

    20分钟的影片《梦幻佛宫》是莫高窟数字展示中心项目建设的核心内容之一，其制作过程大致分为典型洞窟数字化采集、高精度球幕CG渲染和影片后期这3个阶段。

    敦煌研究院数字中心副主任刘刚参与了数字展示中心建设的整个过程，他告诉记者，敦煌研究院在该电影制作前期，先后选取11个典型莫高窟洞窟进行了高质量的数字化影像采集，以确保达到高精度球幕电影展示画面的质量需求。据了解，洞窟数字化过程中需运用高分辨率数字摄影、色彩校正、智能拼接、3D扫描技术、3D建模技术等大量先进技术，经过反复试验、修正，才能获得最终的高清敦煌壁画与洞窟数字图像和3D模型资料。由于洞窟数字化的技术要求很高，该项目组织专门技术队伍，分别进行洞窟扫描、洞窟拍摄、洞窟三维建模、壁画图像拼接与处理、洞窟高精度纹理绑定等工作，参与洞窟数字化采集的技术人员就超过50人。

    “将数字化技术与古老的石窟相结合，不仅可以成功实现珍贵壁画的文物信息保存，还可有效压缩游客在洞窟内的参观时间，改善莫高窟的开放环境，实现敦煌莫高窟‘永久保存、永续利用’的目标。”刘刚说。

    高标准、真实还原洞窟面貌

    为更好地展现出洞窟壁画、彩塑的每一个细节，敦煌研究院要求洞窟的数字化要真实还原洞窟原貌。“近年来快速发展的数字摄影技术和图像处理技术，使获取高精细壁画图像有了可行性，效率也有极大提高。另外，三维扫描技术出现和发展，也使数字化还原一个真实的洞窟有了可能。”刘刚说，通过精细的数字化技术，使敦煌壁画的绚丽画面、细腻的纹理都可以清晰地向人们呈现。这一系列技术的合理应用，为《梦幻佛宫》的完美呈现奠定了坚实的技术基础。

    敦煌研究院数字中心摄影室主任孙洪才说，一般一个洞窟需要拍摄4000至5000张片子，较大的洞窟甚至需要拍4万多张片子，并且，拍摄图片时要精准把握拍摄的精度和时间，像《梦幻佛宫》中呈现的壁画、彩塑，其拍摄精度均达到300dpi。一幅壁画图片，对其横向、纵向拍摄的图片分别都有几十排，为了减少镜头的畸变，每张图片之间的重叠度为50%。截至目前，敦煌研究院前期图片的数字化采集已完成了120多个洞窟，后期合成了20多个洞窟。

    记者了解到，《梦幻佛宫》中洞窟壁画的数字摄影和拼接处理借鉴了敦煌研究院持续进行的壁画数字化研究技术的经验。除图像获取和拼接外，数字展示中心在球幕影片的制作过程中，特聘请技术人员对洞窟进行三维扫描，以获取洞窟的结构，形成洞窟的三维模型。“此时获取的洞窟结构是立体无色的，为了充分表现敦煌壁画的精美，需要将拍摄的洞窟壁画图像纹理绑定到洞窟三维模型上，从而达到与实际洞窟一致的目标。” 刘刚告诉记者。

    将洞窟壁画图像纹理与三维模型绑定是此次技术上的难点，在没有先例经验可以借鉴的情况下，数字展示中心项目组不断探索，克服技术上的困难，通过与武汉大学的合作，有效解决了壁画图像同洞窟模型的绑定融合问题。

    高精度球幕展示，效果震撼

    目前高质量的平面数字电影分辨率是4k，而球幕电影的分辨率则要求达到8k，即分辨率达到7680×4320。为了给游客提供最佳的观影体验，敦煌莫高窟数字展示中心特别采用球幕电影的展示方式来展现洞窟艺术。《梦幻佛宫》是全球首部展现文化遗产的8k高分辨率球幕电影，实现了莫高窟经典洞窟沉浸式的实景再现，体验效果震撼。

    刘刚说，敦煌研究院在数字展示中心专门设置了两个可以同时分别接待200人的球幕影厅，用来播放《梦幻佛宫》。球幕影厅采用了当今国际上最新的数字球幕技术，内置18m直径无缝、透声铝合金球形银幕，6台4k Sony LCOS超高清投影仪同时向四周和顶投射图像，经融合拼接产生完整的球幕影像；影片和音响的播放则由后台各30余台电脑支持，做到图像、声音实时同步，从而营造出一个逼真的虚拟洞窟，让人仿佛置身其中，尽情感受千年壁画的绚烂和辉煌。

    此外，该球幕影厅系统内还配备了多语言红外语音系统，为外国游客观赏影片提供不同的语种服务。

    莫高窟洞窟的数字化是一项持续性的工作，千百年珍贵的壁画信息需要及时保存，向游客展示的影片也需要及时进行内容更新。“随着计算机技术和计算机图像处理技术的发展，相信未来我们能够完成更高质量的壁画与洞窟数字化，并制作更好的影片来展示莫高窟持久的魅力。”刘刚说。

    相关链接

    敦煌莫高窟位于甘肃省敦煌市东南25公里处，开凿在鸣沙山东麓断崖上，俗称千佛洞，始建于十六国的前秦时期，历经十六国、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代的兴建，形成巨大的规模，现存有洞窟735个，壁画4.5万平方米、泥质彩塑2415尊，是我国现存规模最大、保存最完好、内容最丰富的古典文化艺术宝库，也是举世闻名的佛教艺术中心，有“东方世界艺术博物馆”之称。

    2007年12月，由敦煌研究院主持的《敦煌莫高窟保护利用工程项目》被国家发改委批准立项，2008年开工建设。其中风沙防治、崖体加固、栈道改造、安防工程4个子项目于2012年全部竣工并投入使用，其核心子项目游客服务设施——莫高窟数字展示中心于2014年9月10日正式竣工启用。