中国计算机报

        案例名称：敦煌石窟数字化

　　项目类别：图像数字化处理

　　关键词：数字化虚拟现实数据库

　　系统特点：电子洞窟游览向导和虚拟实景漫游等数字化手段的应用，将减少对洞窟内文物的损耗，对文物保护起到很好的作用；《敦煌遗书数据库》将敦煌莫高窟藏经洞内珍贵文献进行备案

　　中国有五千年的悠久历史，千年文明遗留下大批珍贵的文物和古迹，保护好这些文物是子孙后代肩负的重要责任。在经济快速发展的今天，社会发展和经济建设与文物保护的矛盾更加突出，许多珍贵的文物和遗址面临濒危境地，抢救性地保护珍贵文物，就显得非常迫切与重要。

　　作为中国现存规模最大、内容最为丰富的石窟长廊和文化艺术宝库，敦煌壁画保存了十六国时期至清代长达1700多年的各个历史时期反映佛教题材的作品，具有极高的文物价值。至今保存有洞窟735个，壁画45000平方米，彩塑2000多身，并有藏经洞出土的约50000件文献分散在世界各地。

　　也许再过一个百年，敦煌石窟由于自然风化不得不关闭时，你只须轻点鼠标，通过屏幕，即可在计算机上实现敦煌石窟网际漫游，到莫高窟的任意一个洞窟的任意一个角落，而且看到的均是光线充足、色彩斑斓的壁画的真实再现。由敦煌研究院牵头组织的国家重点科技计划专题“濒危珍贵文物信息的计算机存储与再现”课题使这一切都不再是梦想。

　　数字化：

　　文物保存的最佳手段

　　敦煌壁画的数字化是采用信息技术手段将有珍贵历史文物价值的敦煌壁画经数字摄影和计算机图像处理，以实现壁画图像信息完整存储和再现的一整套技术方法。由于数字化信息具有无损复制和良好的传播性，便于保存、管理、使用、检索和查询等优点，因此，它是对敦煌壁画这类珍贵文物信息进行保存的最佳手段。

　　敦煌壁画的特点是内容多、数量大。因此对敦煌壁画进行数字化处理会面临存储数据量大、处理复杂等难点。当前壁画数字化主要完成高质量壁画图像的制作保存，并同虚拟洞窟漫游技术相结合。数字化壁画图像信息可以广泛应用于学术研究、保护修复、展览、旅游指导、石窟管理以及特定产品开发等各个方面。有许多国内外专家们称，数字技术的引入将是永久性无损保存敦煌艺术的最佳手段。

　　在提出“敦煌壁画数字化”的概念后，早在1998年启动的敦煌壁画数字化拍摄和洞窟虚拟漫游制作工作就已经由敦煌研究院与美国梅隆基金会、美国西北大学共同开展，通过数期密切合作，双方已经完成了莫高窟22个典型洞窟（包括安西榆林窟）完整的平面图像数字档案拍摄和42个洞窟的虚拟漫游建设。敦煌研究院保护研究所副所长王旭东博士说，计算机图像的色彩还原极为逼真，壁画中的许多部分甚至比肉眼分辨得更清楚。

　　在进行数字化应用过程中，敦煌壁画的计算机录入工作主要分为三个部分：编制已拍摄的洞窟目录、洞窟测量、虚拟洞窟摄影。

　　对洞窟目录的编制也是一项系统的对敦煌石窟的再考察过程，是便于将来进行文件管理而做的目录编制工作；

　　洞窟测量是使用考古学全新的技术进行的。使用的测量工具是全站仪，在制作三维立体图时使用了Surver Pro、Surveylink、Microsoft Excel、Microsoft Word、AutoCAD 2002等工具软件；

　　虚拟洞窟摄影是比较复杂的项目，它是利用高分辨率的数码相机根据洞窟形状选取不同的节点拍摄的。每个节点分为60度、45度、0度、-45度、-60度五圈场景组成。拍摄完成后用软件Quick Time VR Authoring Studio处理。经处理后的照片就可以放在计算机中供游客欣赏了。

　　拍摄时的节点位置，就是游览者的位置。游客可以在不同的位置，向不同的方向看，也可以放大某个局部仔细研究。利用虚拟石窟技术，游客就可以在计算机前自己选择洞窟，自由地欣赏千年的艺术珍品，而没有时间空间限制，再也不必在黑暗中挑灯欣赏模糊的壁画艺术。由于采用仿自然光的灯光效果，所以游客在观看时光线十分柔和，基本与自然光线下的观看效果是一样的。

　　应用：不断延伸的广阔天地

　　对于目前已经实施的数字化手段在敦煌壁画中的应用，粗略来看，将在以下几个方面起到重要的应用：

　　便利敦煌学研究

　　数字化技术可以广泛应用于学术研究、保护修复、展览、旅游指导、石窟管理以及特定产品开发等各个方面。左图为莫高窟周围建立的全自动沙尘监测系统，右图为莫高窟精美壁画

　　

　　敦煌壁画的研究在整个敦煌学研究中占十分重要的地位，数字化的敦煌壁画为敦煌学者提供了极好的研究条件，这一直是促进敦煌壁画数字化研究的一个原动力。

　　敦煌壁画的保护研究和修复作业

　　数字化的敦煌壁画信息不仅保存了壁画原本信息，同时所记录的图像信息真实反映了壁画保护的现状，它为制定壁画保护措施和研究壁画变化的原因提供了可靠的依据，是壁画保护的重要档案资料。

　　对壁画病害以及壁画颜色变化的研究，可使用基于数字化壁画图像的计算机模拟技术，为研究提供形象直观的变化过程，并能辅助制定具体的修复工作方法，从而避免对壁画造成直接破坏。此外，洞窟自然照明条件很差，为了改善洞窟参观照明条件，今后将有计划地在洞窟内设置照明设备。计算机模拟可以提供不同的照明设计方案，既提高工作效率，又简化工作程序。

　　洞窟管理与宣传

　　许多国内外展览活动对敦煌壁画提出参展要求，除了用临摹作品反映敦煌壁画的伟大艺术，在今后还可以采用数字化壁画图像成果参展。

　　面对日渐加重的旅游压力，只有不断提升洞窟游览管理水平，有计划地发展各种电子向导技术，改善游览硬件环境，同时开发虚拟实景漫游系统，使用创新技术吸引游客，并让他们充分享受高科技带来的乐趣。

　　可以开发基于数字化敦煌壁画的高科技宣传品、旅游纪念品，并延伸开发基于丰富敦煌题材图案的各种产品，丰富市场。

　　敦煌遗书：数字中的文化宝库

　　作为敦煌珍贵文物的另外一部分，是藏经洞约50000件文献，这些文献是研究古代文化的珍贵资料。如何将这些资料文献进行有效整理并方便游客查阅，也成为敦煌数字化应用的一个重要方面。《敦煌遗书数据库》是目前对这些文献数字化的具体实施体现。

　　从目前数据库收录情况来看，《敦煌遗书数据库》还很不完善，据目前已公布的世界各地收藏的敦煌遗书目录统计，遗书的数量约50000件，而目前的数据库收录的法藏、英藏、北图藏约20000件左右，仅占全部遗书的50%左右。

　　将约50000件遗书全部收录在该数据库中，还需要很长时间。计算机技术发展日新月异，容量更大、速度更快的新机型不断涌现，使编制容纳大量遗书内容的实用性数据库成为可能。

　　《敦煌遗书数据库》的应用程序需涵盖敦煌遗书的基本信息，包括：遗书的收藏地、统一编号（卷号）、名称（经名）、标志、分类号、对应号、题记、说明、本文、按、图等相对完整的敦煌遗书目录所包括的信息内容。数据库的应用程序须有相对完备的数据库维护功能，能进行数据的录入、数据检索、数据修改等。应用程序还应能满足对数据统计和分析的要求。例如，在收藏地（KSCD）的信息中，该数据库以代码的形式反映遗书的收藏地点，方便读者的查阅。

　　数据库是存放在系统内的有一定的组织形式的数据集合。为了确保数据的唯一性和查询的方便快捷，需要给数据库定义主关键词。在数据库中把“统一编号（KTYZ）”作为主关键词。因为它既不会是空值，也不会重复，唯一确定了数据库中的每一条纪录。

　　为了查询方便，显示数据有续、规整，还需要给数据库中的表添加索引。在本数据库中添加了“统一编号”这一项的索引，定义为“升序、无重复”。“升序”即按“统一编号”对数据项中序号自动排序和识别大小写。

　　在数据应用程序中，为了根据用户的不同需要对数据进行排序，采用SQL查询语句中的“ORDER BY字段名”排序语言实现按不同的字段对数据进行排序和操作。如，用户希望将现有的数据按“经名”进行排序列表，程序将运行更新子程序，在其中添加“ORDER BY LJMZ”语句，实现按“经名”对数据进行排序的操作。程序中提供了四种排序方式供用户选择：“按经名排序”、“按统一编号排序”、“按分类号排序”和“按收藏地排序”。

　　数据库有ACCESS和PARADOX两种数据库类型，既便于用户使用SCCESS直接打开、修改，也使用户使用《敦煌遗书数据库》时对数据库的访问更加安全、快捷。

　　记者手记

　　记录并保护好我国历史悠久的文化遗产，是每个中华子孙的责任。怎样才能将灿烂的古代文化永久保存下来？这是每一代学者苦苦探求的课题。对敦煌壁画的数字化保护和利用说明，将高新技术手段应用到文物保护中，将使这种保护工作更好进行。

　　在这个案例中，保护敦煌的人们进行了大规模计算机存储与再现系统的研究，将近景摄影测量技术获得的高精度立体照片进行几何纠正和色彩还原，经过数字扫描建立起庞大的数据库。于是，汗牛充栋的图片、文字全部溶化在二进制数码的海洋中，墙上和洞中的千般姿态、万种风情，也都在瞬息之间化作一串串神奇的比特，供人们长程传播、无损复制、随意检索和查询，观众将在虚拟的洞窟中，从任何距离和角度鉴赏到高清晰、高保真的三维图景。

　　这应该是敦煌信息存储技术史上真正意义的革命。用现代信息技术进行莫高窟壁画信息保护研究，是文物保护领域一种新的探索和尝试，也将为文物保护工作提供更加先进和有力的手段。高科技的加盟，使我们的祖先在漫漫戈壁滩上创造的灿烂文明，历经1700多年的风沙而不至湮没，使我们的子孙后代依然能与“飞天”共舞。