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“複製”一個雲岡石窟(一)

  

  編者按

  11月4日,《新京報》官網刊髮長篇通訊《“複製”一個雲岡石窟》,詳細介紹雲岡石窟研究院通過數字技術採集石窟信息、利用3D打印技術逼真再現洞窟原貌的艱辛過程。“走進雲岡”專刊現予轉發,以饗讀者。

  位於山西大同的雲岡石窟,一千五百年屹立不倒。但通過精細的測量手段,保護它的人知道,每年在自然狀態下,洞窟每平米平均有超過10立方厘米砂岩剝落。

  看似微不足道的形變,放在十年、百年、千年的尺度裏,便十分可觀。雖然文物保護的手段越來越豐富,但石窟的退化遵照自然的法則,無法徹底遏制。

  保護者正通過別的方式,挽留這些精美而歷經滄桑的佛像。雲岡石窟研究院通過數字化技術,正在將石窟的信息全部記錄、重現在數字空間裏,再利用3D打印,將這些洞窟等大、逼真地再現。

  夜拍十一窟

  10月20日晚上7點,雲岡石窟研究院數字化室潘鵬跟同事打着手電,走進雲岡第十一窟的窟檐。窟檐是一座三層仿古木質建築,為了保護石窟所建,緊貼在石窟外面,相當於一層外殼。“殼”內還可以安裝設備,為石窟調節乾濕度。

  這一天大同氣温驟降,晚上已經低於10度。他們穿着抓絨開衫,外面套上衝鋒衣,冷氣依然侵入身體,保温水壺必不可少。

  一台無影燈和棚閃燈投向工作區,將黑暗的石窟照亮。李澤華和王超拿着單反相機,拍攝東壁最後剩餘的一部分,在內壁投下巨大的影子。為了補光均勻,相機都安裝了特別的環形LED補光燈。窟檐裏的工作準備區,立着十幾個棚閃燈、無影燈,各種器材的黑色充電器鋪了一地。

  他們站立的地方,是距離地面十多米的腳手架,腳手架上鋪着木板,行走時會晃動。腳手架的鋼管從地面升起來,縱貫石窟,每隔約1.5米左右分為一層。

  第十一窟的數字化採集在今年國慶假期後啓動,前幾天剛完成窟頂第一層的工作,第一層木板隨即拆除。現在是從上往下數的第二層,仰頭就是窟頂。王超從木板上小心走過,腳邊不遠,木板邊緣已經露出半個佛頭。當天白天,洞窟裏還進行了另外兩種採集工作:手持三維掃描和站式三維掃描。

  龐博手持三維激光掃描儀,如超市收銀的掃碼器大小,一點點在壁面前移動,與之相連的電腦上實時出現掃描出的畫面。沒接收到的地方,就形成一個黑洞,他一邊掃一邊盯着電腦檢查,隨時彌補缺失。

  站式激光掃描儀則在整層基本採集完時啓用,定位在一點,自動對周邊空間進行360度掃描。站式激光掃描儀對穩定性要求極高,掃描時周邊不能有任何晃動,除了負責操作的王家鑫,其餘人全部退出洞窟。近景攝影測量、手持三維激光掃描和站式三維激光掃描,三種採集方式各有所長。

  “攝影的優勢是像素比較高,紋理十分清晰,但由於是二維轉三維,空間結構有誤差。激光掃描的空間座標準,可以對攝影測量進行校準,使得三維結構更準確。”雲岡石窟研究院數字化室第十一窟數字化項目負責人潘鵬解釋。站式三維掃描則可以記錄整個洞窟的空間尺度,就像定製一個尺寸標準的框架,將此前採集的三維圖像裝進去。最終產出的結果,是準確的三維彩色模型。

  這三種方式結合的技術方案,雲岡石窟數字化團隊探索了10多年才形成。

  雲岡的5.9萬多尊佛造像,最高達17.3米,最小僅2釐米高,拇指大小。他們一寸寸採集圖片和數據,正在將讓這些佛造像在數字空間裏“重生”,永遠保持今天的容貌和色彩。

  3D大佛的誕生

  一夜的趕工,第十一窟的第二層數據採集全部結束。

  近景攝影組的兩台單反相機,每台每天大約要按1萬次快門,一共採集近2萬張照片。一個項目完工,要採集50萬張以上,快門基本被按到失效。最困難的部分是佛龕內的死角,他們得換用卡片相機,“凹”出各種姿勢,伸到佛像的耳後、側面拍攝,腳下要注意安全,手上又不能觸碰文物。

  10月21日一早,工人師傅入場,拆除第二層的木板。拆完以後,木板將移到第三層鋪設。整個過程持續一到兩天,整層的數據採集需要一天半到兩天,加起來,每一層的工作需要4天完工。

  “一共搭了九層,還有七層,那就是28天左右。”潘鵬算了一下,“必須抓緊工期了,要不然到時候就很冷了。”他預計到11月下旬,窟內的採集就要停止了。前車之鑑就在眼前,前幾年歲末年初,他們做了第十二窟的數據採集,當時氣温低到相機自動關機,設備接連出了問題。

  數據處理員趙曉丹的工作環境稍好,不用在窟內受凍。在辦公室,她負責將前方拍攝的照片導入電腦,快速瀏覽檢查,剔除不合要求的照片,然後導入圖像處理軟件。軟件會自動提取每張照片的特徵點,抽離色彩信息和幾何特徵,變成間隔0.02毫米的一個個點源。由點連成線,三條線組成一個面,面與面合成空間,完成從二維照片到三維模型的初步處理。

  雲岡石窟研究院數字化室的辦公室裏,五台電腦承擔着這項工作,每台電腦的顯示器連接多達5台主機,才能滿足運算能力。這樣“疊羅漢”式的配置,能夠用一夜時間處理當天拍攝的1~2萬張照片,白天則繼續處理前晚加班採集的數據。

  每當一個新的採集項目啓動,這些計算機都嗡嗡作響,夜以繼日。最讓趙曉丹擔心的是,有時候算了一夜,結果計算出的模型出了差錯,他們稱之為“跑飛了”。有時,龐大的運算量還會讓計算機宕機,只能從頭再來。不過,雲岡石窟研究院正在建設文物系統第一個先進計算中心,他們將“鳥槍換炮”,擁有更大、更快的運算能力。

  這時,遠在深圳的合作工廠裏,數十台3D打印機將三維模型的數據,打印成數百個立體模塊。其後,美術師與工人師傅一起,為與洞窟等大的十幾米高3D模型上色。這個過程將持續8個月。去年夏天,平面設計出身的趙曉丹在深圳待了兩個月,為此前採集完數據的第十二窟模型上色,“畫面十分壯觀。”

  巴黎聖母院的警示

  今年6月,浙江大學藝術與考古博物館迎來一個完整的雲岡洞窟。通過3D打印和組裝,第十二窟被等比例“複製+粘貼”到杭州。這是浙江大學文化遺產研究院與雲岡石窟研究院聯合完成的世界首個可拆卸3D打印數字化石窟,雙方希望這個石窟未來能走向全球巡展。

  第一個等比例3D打印的石窟,是2017年在青島城市傳媒集團廣場永久落地的第三窟。第三窟是雲岡最大的石窟,整個項目歷經數據採集、數據處理、3D打印、結構體設計施工、打印件拼裝、光源設計安裝、噴砂上色等工序,歷時2年。

  “如果你想看雲岡石窟,必須來到現場,所以有人一輩子都不知道雲岡石窟是什麼樣子。”雲岡石窟研究院數字化室技術員王家鑫説,“最好的方式,就是讓文物走到大家身邊。”

  不過,一開始,石窟數字化的目的並非為了展示,而是出於對文物保護的迫切需要。直觀來看,雲岡石窟可能每隔十年都有可見的變化。現代技術佐證了這一感受,從2012年起,配合雲岡五華洞窟檐保護工程,雲岡石窟研究院對第九、十窟的列柱進行了持續表面落沙量監測。監測結果表明,在未修建窟檐前,1平米的面積上,平均每年大約會剝掉落10點多立方厘米的砂岩。

  在一些石窟最內側的北壁,因山體滲水導致的壁面剝落尤為劇烈,造像已經模糊不清,甚至退化成近乎一個平面,無法知道曾經是什麼樣。留存當下的數字資料,將為未來彌補這種遺憾。

  去年4月,巴黎聖母院遭遇火災。慶幸的是,此前完成的激光掃描數字化採集,用10億多個數據點記錄了聖母院的全貌,可為重修提供依據。這件事提醒全世界文化遺產機構,為應對不測之虞,必須儘早建立數字檔案。

  浙江大學文化遺產研究院副院長李志榮認為,當前石窟寺數字化最核心的目的,是瞭解我國石窟寺文物本體基本現狀,用數字化方法,將中國大地上石窟所有信息在21世紀老老實實、系統記錄下來。

  近期目標來看,她希望5年之後,使中國能得到一個包含石窟寺翔實基本信息的大數據庫,各石窟寺都能收穫紮實的數字檔案,使得其他各項事務都能升級。

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