莫高窟45窟西龕數(shù)字建模

莫高窟45窟數(shù)字圖像與3D建模綁定形成的數(shù)字模型

最終形成的莫高窟45窟球幕渲染圖像效果圖(本文圖片由莫高窟數(shù)字展示中心項(xiàng)目提供)

       “十一”國(guó)慶期間，敦煌莫高窟數(shù)字展示中心自9月10日正式啟用后迎來(lái)了首批黃金周游客，其中推出的大型球幕電影《夢(mèng)幻佛宮》引起眾多游客的關(guān)注。該影片以數(shù)字化為基礎(chǔ)，利用當(dāng)代先進(jìn)的信息技術(shù)和展示手段，以全方位、立體化的虛擬洞窟場(chǎng)景，引領(lǐng)游客徜徉在流光溢彩的千年敦煌藝術(shù)中。

       那么，人們?cè)凇秹?mèng)幻佛宮》中看到如此細(xì)致入微、令人震撼的洞窟壁畫、彩塑的影像是如何采集的，洞窟如何實(shí)現(xiàn)數(shù)字化?敦煌研究院數(shù)字中心的相關(guān)負(fù)責(zé)人向記者揭開(kāi)了球幕電影背后的奧秘。

       技術(shù)攻關(guān)實(shí)現(xiàn)保護(hù)初衷

       莫高窟早在1961年就被國(guó)務(wù)院公布為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。隨著游客量的持續(xù)增長(zhǎng)，石窟自然損耗呈現(xiàn)加速趨勢(shì)。2003年全國(guó)政協(xié)十屆一次會(huì)議上，敦煌研究院院長(zhǎng)樊錦詩(shī)同25位全國(guó)政協(xié)委員一道提出了《關(guān)于建設(shè)敦煌莫高窟游客服務(wù)中心的建議》的提案，建議利用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)向游客展示莫高窟歷史文化背景和精美洞窟藝術(shù)，之后再適度實(shí)地參觀洞窟，以緩解文物保護(hù)和開(kāi)放利用間的矛盾。

       20分鐘的影片《夢(mèng)幻佛宮》是莫高窟數(shù)字展示中心項(xiàng)目建設(shè)的核心內(nèi)容之一，其制作過(guò)程大致分為典型洞窟數(shù)字化采集、高精度球幕CG渲染和影片后期這3個(gè)階段。

       敦煌研究院數(shù)字中心副主任劉剛參與了數(shù)字展示中心建設(shè)的整個(gè)過(guò)程，他告訴記者，敦煌研究院在該電影制作前期，先后選取11個(gè)典型莫高窟洞窟進(jìn)行了高質(zhì)量的數(shù)字化影像采集，以確保達(dá)到高精度球幕電影展示畫面的質(zhì)量需求。據(jù)了解，洞窟數(shù)字化過(guò)程中需運(yùn)用高分辨率數(shù)字?jǐn)z影、色彩校正、智能拼接、3D掃描技術(shù)、3D建模技術(shù)等大量先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、修正，才能獲得最終的高清敦煌壁畫與洞窟數(shù)字圖像和3D模型資料。由于洞窟數(shù)字化的技術(shù)要求很高，該項(xiàng)目組織專門技術(shù)隊(duì)伍，分別進(jìn)行洞窟掃描、洞窟拍攝、洞窟三維建模、壁畫圖像拼接與處理、洞窟高精度紋理綁定等工作，參與洞窟數(shù)字化采集的技術(shù)人員就超過(guò)50人。

       “將數(shù)字化技術(shù)與古老的石窟相結(jié)合，不僅可以成功實(shí)現(xiàn)珍貴壁畫的文物信息保存，還可有效壓縮游客在洞窟內(nèi)的參觀時(shí)間，改善莫高窟的開(kāi)放環(huán)境，實(shí)現(xiàn)敦煌莫高窟‘永久保存、永續(xù)利用’的目標(biāo)�！眲�剛說(shuō)。

       高標(biāo)準(zhǔn)、真實(shí)還原洞窟面貌

       為更好地展現(xiàn)出洞窟壁畫、彩塑的每一個(gè)細(xì)節(jié)，敦煌研究院要求洞窟的數(shù)字化要真實(shí)還原洞窟原貌�！敖�年來(lái)快速發(fā)展的數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)和圖像處理技術(shù)，使獲取高精細(xì)壁畫圖像有了可行性，效率也有極大提高。另外，三維掃描技術(shù)出現(xiàn)和發(fā)展，也使數(shù)字化還原一個(gè)真實(shí)的洞窟有了可能�！眲�剛說(shuō)，通過(guò)精細(xì)的數(shù)字化技術(shù)，使敦煌壁畫的絢麗畫面、細(xì)膩的紋理都可以清晰地向人們呈現(xiàn)。這一系列技術(shù)的合理應(yīng)用，為《夢(mèng)幻佛宮》的完美呈現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

       敦煌研究院數(shù)字中心攝影室主任孫洪才說(shuō)，一般一個(gè)洞窟需要拍攝4000至5000張片子，較大的洞窟甚至需要拍4萬(wàn)多張片子，并且，拍攝圖片時(shí)要精準(zhǔn)把握拍攝的精度和時(shí)間，像《夢(mèng)幻佛宮》中呈現(xiàn)的壁畫、彩塑，其拍攝精度均達(dá)到300dpi。一幅壁畫圖片，對(duì)其橫向、縱向拍攝的圖片分別都有幾十排，為了減少鏡頭的畸變，每張圖片之間的重疊度為50%。截至目前，敦煌研究院前期圖片的數(shù)字化采集已完成了120多個(gè)洞窟，后期合成了20多個(gè)洞窟。

      《夢(mèng)幻佛宮》中洞窟壁畫的數(shù)字?jǐn)z影和拼接處理借鑒了敦煌研究院持續(xù)進(jìn)行的壁畫數(shù)字化研究技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。除圖像獲取和拼接外，數(shù)字展示中心在球幕影片的制作過(guò)程中，特聘請(qǐng)技術(shù)人員對(duì)洞窟進(jìn)行三維掃描，以獲取洞窟的結(jié)構(gòu)，形成洞窟的三維模型�！按藭r(shí)獲取的洞窟結(jié)構(gòu)是立體無(wú)色的，為了充分表現(xiàn)敦煌壁畫的精美，需要將拍攝的洞窟壁畫圖像紋理綁定到洞窟三維模型上，從而達(dá)到與實(shí)際洞窟一致的目標(biāo)。” 劉剛告訴記者。

      將洞窟壁畫圖像紋理與三維模型綁定是此次技術(shù)上的難點(diǎn)，在沒(méi)有先例經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，數(shù)字展示中心項(xiàng)目組不斷探索，克服技術(shù)上的困難，通過(guò)與武漢大學(xué)的合作，有效解決了壁畫圖像同洞窟模型的綁定融合問(wèn)題。

高精度球幕展示，效果震撼

      目前高質(zhì)量的平面數(shù)字電影分辨率是4k，而球幕電影的分辨率則要求達(dá)到8k，即分辨率達(dá)到7680×4320。為了給游客提供最佳的觀影體驗(yàn)，敦煌莫高窟數(shù)字展示中心特別采用球幕電影的展示方式來(lái)展現(xiàn)洞窟藝術(shù)�！秹�(mèng)幻佛宮》是全球首部展現(xiàn)文化遺產(chǎn)的8k高分辨率球幕電影，實(shí)現(xiàn)了莫高窟經(jīng)典洞窟沉浸式的實(shí)景再現(xiàn)，體驗(yàn)效果震撼。

      敦煌研究院在數(shù)字展示中心專門設(shè)置了兩個(gè)可以同時(shí)分別接待200人的球幕影廳，用來(lái)播放《夢(mèng)幻佛宮》。球幕影廳采用了當(dāng)今國(guó)際上最新的數(shù)字球幕技術(shù)，內(nèi)置18m直徑無(wú)縫、透聲鋁合金球形銀幕，6臺(tái)4k Sony LCOS超高清投影儀同時(shí)向四周和頂投射圖像，經(jīng)融合拼接產(chǎn)生完整的球幕影像;影片和音響的播放則由后臺(tái)各30余臺(tái)電腦支持，做到圖像、聲音實(shí)時(shí)同步，從而營(yíng)造出一個(gè)逼真的虛擬洞窟，讓人仿佛置身其中，盡情感受千年壁畫的絢爛和輝煌。

此外，該球幕影廳系統(tǒng)內(nèi)還配備了多語(yǔ)言紅外語(yǔ)音系統(tǒng)，為外國(guó)游客觀賞影片提供不同的語(yǔ)種服務(wù)。

     莫高窟洞窟的數(shù)字化是一項(xiàng)持續(xù)性的工作，千百年珍貴的壁畫信息需要及時(shí)保存，向游客展示的影片也需要及時(shí)進(jìn)行內(nèi)容更新。

     敦煌莫高窟位于甘肅省敦煌市東南25公里處，開(kāi)鑿在鳴沙山東麓斷崖上，俗稱千佛洞，始建于十六國(guó)的前秦時(shí)期，歷經(jīng)十六國(guó)、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代的興建，形成巨大的規(guī)模，現(xiàn)存有洞窟735個(gè)，壁畫4.5萬(wàn)平方米、泥質(zhì)彩塑2415尊，是我國(guó)現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完好、內(nèi)容最豐富的古典文化藝術(shù)寶庫(kù)，也是舉世聞名的佛教藝術(shù)中心，有“東方世界藝術(shù)博物館”之稱。