科學(xué)儀器助力敦煌壁畫(huà)復(fù)原

　　壁畫(huà)是人類(lèi)最早的繪畫(huà)形式之一。它與建筑物融為一體，筆觸勾勒故事，回溯盛世繁華，記載千年笑容，承載著人類(lèi)流淌著的文明。

　　我國(guó)的敦煌莫高窟以其精美壁畫(huà)聞名。這座古老的城鎮(zhèn)位處河西走廊，經(jīng)受佛教洗禮已然有千年歷史。隨著大量科研投入，數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用，這座經(jīng)歷興起、繁盛、落寞、沉寂的大漠瑰寶再次被開(kāi)啟，浩瀚壁畫(huà)震驚世人，推動(dòng)文化薪火相傳。近日，武漢大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)和敦煌研究院接續(xù)攻關(guān)壁畫(huà)保護(hù)、重現(xiàn)技術(shù)10余年，實(shí)現(xiàn)“窟內(nèi)文物窟外看”的愿景，重現(xiàn)莫高窟往日輝煌，對(duì)話(huà)歷史，交流文明。

　　文物保護(hù)預(yù)防并重 檢測(cè)儀器輪番上陣

　　莫高窟集壁畫(huà)、彩塑、建筑于一體，屹立黃沙大漠中。由于本身材料、自然、人物因素引起了諸多問(wèn)題，如壁畫(huà)顏料起甲、粉化、脫落，微生物污染畫(huà)面，水鹽運(yùn)移造成地仗酥堿、皰疹，塑像結(jié)構(gòu)體中木骨架的糟朽、斷裂，頻繁參觀打破洞窟相對(duì)穩(wěn)定的小環(huán)境等。

　　面對(duì)脆弱的文物，保護(hù)是首要目標(biāo)。早在上世紀(jì)70年代末，莫高窟文物保護(hù)人員就將新材料加固石窟，壁畫(huà)彩塑病害機(jī)理等技術(shù)投入到莫高窟的修復(fù)和保護(hù)中。

　　如今，便攜式設(shè)備讓實(shí)驗(yàn)室動(dòng)了起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了儀器設(shè)備直接對(duì)壁畫(huà)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。文物修復(fù)保護(hù)人員可利用X射線(xiàn)熒光分析裝置，10秒檢測(cè)出試塊顏料中所有的元素;利用差熱分析儀分析壁畫(huà)的材質(zhì);此外還可通過(guò)激光共聚焦顯微拉曼光譜儀、紅外光譜儀、光學(xué)相干斷層掃描系統(tǒng)對(duì)壁畫(huà)細(xì)節(jié)進(jìn)行掃描、檢測(cè)，科研人員從而獲取壁畫(huà)材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、病害特征、誘發(fā)病害的因素等，針對(duì)這些信息制定保護(hù)計(jì)劃，做到有據(jù)可依，精準(zhǔn)治療。

　　不僅如此，敦煌研究院也研究了適用于壁畫(huà)保護(hù)的專(zhuān)用儀器和裝備，研發(fā)了空鼓病害灌漿、起甲病害回貼、酥堿病害脫鹽加固技術(shù)等壁畫(huà)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)。在壁畫(huà)保護(hù)的質(zhì)量控制方法和效果評(píng)價(jià)體系方面，研究人員則是根據(jù)修復(fù)材料的粘度、pH值、分子量、玻璃化溫度、材料粘結(jié)性、材料滲透性等修復(fù)量化指標(biāo)編制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　保護(hù)在前，預(yù)防緊跟。敦煌研究院結(jié)合大數(shù)據(jù)、GIS地理信息等新興技術(shù)，設(shè)立石窟監(jiān)測(cè)中心，在莫高窟內(nèi)外均部署多類(lèi)檢測(cè)設(shè)備，包括氣象、微環(huán)境、本體、崖體等監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)莫高窟的氣象、風(fēng)沙、水環(huán)境、內(nèi)部溫度、濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)管控。這套預(yù)警裝置通過(guò)對(duì)莫高窟壁畫(huà)和建筑物長(zhǎng)久的安全監(jiān)測(cè)，及時(shí)感知風(fēng)險(xiǎn)因素，防患于未然。

　　科研工具高精度測(cè)量、三維情景再現(xiàn) 文物容貌永駐

　　莫高窟修復(fù)和保護(hù)持續(xù)進(jìn)行，如何讓其輝煌重現(xiàn)人世間而不受破壞是近期科研人員苦苦研究、攻克的技術(shù)難點(diǎn)。

　　隨著高分辨率相機(jī)和采集工具問(wèn)世，科研人員利用現(xiàn)代攝影測(cè)量與遙感技術(shù)，將莫高窟搬運(yùn)到電腦屏幕上，實(shí)現(xiàn)“窟內(nèi)文物窟外看”，觀看莫高窟細(xì)節(jié)，置身于玄幻奇妙的全景式文化觀賞中。文化遺產(chǎn)在數(shù)字技術(shù)中傳承文明，綻放光彩。

　　壁畫(huà)從莫高窟走到電腦上需要攝影采集、圖像處理、定位糾正、全景漫游、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)六大步驟。

　　其中，攝影采集最為關(guān)鍵。首先科研人員應(yīng)用掃描激光儀掃描莫高窟內(nèi)部、地面、崖壁、古建筑等進(jìn)行了多方位激光測(cè)量，獲得莫高窟的空中、中距、近距、微距等敦煌全貌3D數(shù)據(jù)。

　　接著，科研人員再用具有十億級(jí)像素的“飛天號(hào)”數(shù)字相機(jī)架在攝影采集架上，利用軌道進(jìn)行散點(diǎn)分幅為敦煌莫高窟量身拍攝。該設(shè)備自動(dòng)拼接功能和焦點(diǎn)合成技術(shù)，這些讓“飛天號(hào)”用一幅照片即可拍攝一個(gè)完整的中型佛龕。

　　值得注意的是測(cè)量采集文物時(shí)，測(cè)繪時(shí)間、二氧化碳等需要嚴(yán)格控制，防止原始建筑、壁畫(huà)受侵蝕。

　　如果將掃描莫高窟看作立骨構(gòu)架，那么就是數(shù)據(jù)處理就是填充血肉。在數(shù)據(jù)處理部分，武漢大學(xué)和莫高窟研究團(tuán)隊(duì)研制出解決復(fù)雜文物模型高質(zhì)量紋理映射的軟件工具，打通關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該設(shè)備高度還原壁畫(huà)的色彩和精度， 構(gòu)建高度還原的建模，完成整幅壁畫(huà)的數(shù)字化一比一復(fù)制數(shù)字圖像。最后，科研人員再通過(guò)虛擬漫游系統(tǒng)展現(xiàn)建筑物原始樣貌，讓壁畫(huà)活起來(lái)。

　　在科學(xué)儀器的助陣下，科研人員高保真、永久性地保存珍貴的壁畫(huà)資料，并利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)將壁畫(huà)類(lèi)遺產(chǎn)永久地記錄下來(lái)，總結(jié)壁畫(huà)遺產(chǎn)數(shù)字化的內(nèi)涵，將藝術(shù)、技術(shù)、學(xué)術(shù)于一體。人們輕點(diǎn)鼠標(biāo)，在網(wǎng)上可免費(fèi)觀看莫高窟數(shù)十個(gè)經(jīng)典洞窟高清全景，飛天壁畫(huà)衣袂飄飄，石窟內(nèi)景一覽無(wú)余。

　　千年前，岌岌無(wú)名的工匠們無(wú)聲地將一生心血灌筑在莫高窟中，千年后人們通過(guò)蛛絲馬跡尋找當(dāng)年的民間大師，重現(xiàn)承載世紀(jì)大漠的瑰寶。保護(hù)文化遺產(chǎn)是血脈傳承、宿命傳遞，開(kāi)放也是文化遺產(chǎn)的使命。如今，研究人員還需平衡好文化遺產(chǎn)保護(hù)與開(kāi)發(fā)，科學(xué)儀器大力投入以及文化產(chǎn)業(yè)數(shù)字化就是一個(gè)“好路子”。

　　莫高窟的科學(xué)保護(hù)和數(shù)字化呈現(xiàn)不僅讓文化遺產(chǎn)保存地更長(zhǎng)久，還有助于研究考古、歷史等，甚至推翻舊日理論，同時(shí)也讓更多的人開(kāi)始近距離了解、享用文化遺產(chǎn)，這就是科學(xué)技術(shù)的可為之處。

　　大漠遺珠輝煌至今。人在世外，心處大漠，敦煌藝術(shù)大展正在開(kāi)啟。