数字化技术在壁画保护中的应用

许宁

摘 要：壁画是我国珍贵的历史文化遗产，是我国的瑰宝，它反映了我国古代的历史文明，具有极高的艺术价值。但随着时间的推移，越来越多的壁画出现了破损、褪色等问题，给我国保护历史文化遗产带来了巨大的挑战。随着21世纪的到来，科学技术迅速发展，数字化技术也得到了突飞猛击的进步。如何将数字化技术应用到壁画保护工作中成为越来越多的学者关注和研究的对象，将数字化技术应用到壁画保护上也成为一种新的趋势。

关键词：数字化技术；壁画保护；应用

中图分类号：G122 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0021-02

1 中国古代壁画的问题及现状

中国古代壁画是我国悠久文明的体现，是我国灿烂的历史文化财产之一，它不仅体现了我国悠久历史，更向我们展现了不同时期各少数民族的悠久文化和各族特色。体现中国悠久文明的壁画有很多，本文重点以敦煌莫高窟、大昭寺壁画、以及云冈石窟有重点研究对象，揭示多年来古代壁画面临的问题以及存在的机遇和挑战。

敦煌莫高窟是重点研究对象之一。它是我国目前存在的保存相对完善的壁画之一，它也是数字化技术应用的重要阵地之一。敦煌莫高窟壁画是中国壁画发展史上的重要一页，它经历了相当悠久的历史，具有极高的史学价值和美学价值，是史学家、美术学家和文学家的重要参考依据和研究对象。敦煌莫高窟的壁画主要宣传的是佛教思想，绘画方法主要是采用线描绘的方式，在加上丰富鲜艳的色彩，呈现出一幅幅色彩斑斓、栩栩如生的各个时期的不同风俗习惯的一连串故事。敦煌莫高窟地处古代丝绸之路，位于甘肃地区。这里人烟稀少、环境恶劣，壁画易出现脱落、褪色的状况，目前整个甘肃境内的壁画都面临极大的危机，对于壁画的保存工作带来了极大的压力[1]。

大昭寺壁画是西藏古代壁画的典型之一，它于公元674年开始建设，中间耗费了巨大的人力和物力，最终建设面积达到了4000多平方米，是我国史学家和文学家研究和撰写藏族历史的重要史料之一。大昭寺壁画也面临着巨大的危机，壁画的脱落、开裂、变形，横梁年久失修，屋顶的残缺破坏等都是急需壁画保护人员解决的难题。目前大昭寺壁画迫切需要研究人员应用先进的数字化技术来完成壁画的保护和修复工作。作为我国古代不可替代的文化瑰宝，壁画一旦毁坏就不能再生，如何在现有的技术下提取并重现古代壁画的真正容貌成为壁画保护和修复的关键。

2 壁画保护技术及应用

壁画作为研究古代历史文明的重要史料，无论在文学、历史等那一方面都有着重要的价值，研究者们针对壁画的研究和修复也付出了巨大的努力。随着21世纪的到来，新技术的发展和应用给壁画保护领域带来了新的机遇，在壁画的提取、临摹、分割、修复等方面取得了一定的成果，为保护和修复壁画做出了巨大的贡献[2]。

2.1 传统的壁画图像分割技术

壁画保护中的其中一种就是壁画分割技术，它是壁画保护和修复过程中关键技术。在实际的操作中应用最广的是图像分割技术，它的操作方式包括特征值分割法、边缘检测分割法、区域提取分割法、递归像素分割法四种。因为这些方法在色彩鲜艳的壁画上应用的效果不尽相同，使得用这四种方法分割各有各的优势和缺点，应用的场景也略有不同。

特征值分割法和边缘检测分割法由于它们的精准度和稳定性较好，常被应用在图像分割的实际操作过程中，但由于壁画的色彩范围较为广阔，特征值应用的难度很大，所以特征值分割法很少应用在壁画的分割过程中。应用较普遍的则是边缘检测分割法，利用壁画表面的突变情况，通过检测结果进行图像的分割。边缘检测分割法有三种不同的检测方法，分别是从检测各种彩色点，检测亮度明显的彩色点，根据三分量的特点分层次检测三个方法，这三种方法可以根据壁画的特点和具体情况使用，这也是边缘检测分割法应用普遍的一个原因。但边缘检测分割法有一个很大的问题就是无法确保边缘的连续性。所以，在实际的应用过程中一般先采用边缘检测分割法把壁画分成几个大区域，再通过其他的方法对细节进行分割。另外的两种方法因为分割的精度不稳定等因素在实际中应用较少[3]。

2.2 高光谱数据处理技术的应用

古代壁画在一定程度上扮演着历史的记录者，它把当时当地的历史文化、风俗经济、宗教传统、以及信仰等都一一的记录在壁画中；另外，也通过壁画的创作过程向我们展现当时的绘画水平和制作工艺。可见壁画的保护和修复对史学家以及文学家的重要意义。但是随着时间的推移，壁画在岁月的长河中经受各种的洗礼和破坏，有一些已经变得模糊不再清晰，有些还出现了破损、残缺。可见光对于模糊不清的壁画的处理能力有限，传统上是采用红外线来进行操作的，红外线具有较好的穿透力，能够穿透壁画的原始色彩；另外，壁画的制作中所使用的木炭、石墨等原料能够很好的吸收红外线，可以轻松方便的形成壁画的原始轮廓信息[4]。

随着技术的发展和进步，高光谱技术得到了发展和应用，这是一种全新的技术，它既包含可见光又包含红外线，这些光谱信息可以迅速的对壁画的原始轮廓进行分析和获得，可以更加客观真实的记录壁画的信息。高光谱数据处理技术中的一个常用的分析方法是主成分分析法。主成分分析法的实质是获取壁画信息的特征向量，工作人员常基于特征向量对壁画的基本信息进行分析和研究。这种高光谱数据处理技术得到的壁画信息较为可靠，得到了研究人员较为广阔的实践和应用。

2.3 三维激光扫描技术的应用

在壁画的保护和修复过程中最重要的是完成壁画的模型构建，其中最关键的步骤就是纹理映射。纹理映射不仅可以使我们更加清楚的了解壁画各区域之间的联系，而且能够通过分析纹理信息了解壁画的原始状况。使我们获得更真实、稳定的壁画信息。随着数字化技术的进步，为了更好的完成壁画的模型構建过程，研究者应用三维激光扫描技术来完成壁画的纹理映射，获得完整、真实、可靠的壁画信息。三维激光扫描技术是运用三维坐标的原理，多角度的拍摄，使壁画信息重叠来避免视觉偏差，使获取的信息更加的可靠。另外，三维激光扫描技术还可以通过多站点数据配准来实现壁画信息的提取。多站点数据配准可以通过一个复杂的数学运算将多个坐标系中的数据整合到一个坐标系中，实现数据的搬运。使壁画信息的整理和分析更加的方便，可靠[5]。

2.4 数字图像修复技术在文物壁画中的运用

数字图像修复技术是通过计算机对壁画进行辅助保护的一项技术。它可以运用某些数学模型或算法对壁画局部丢失的信息进行补全复原，从而达到恢复壁画完整性的目的。它作为一个新兴的技术得到了越来越多研究者的关注。近些年来，随着许多研究成果的出现，数字图像修复技术在壁画保护中的应用越来越普遍，成为壁画保护的一项基本技术[6]。它配合壁画保护应用广泛的其他技术获得了不俗的成果，使得壁画保护和修复得到了更一步的发展。

3 结语

古代壁画是历史文明的见证者和记录者，是中华民族的文化瑰宝，是史学家、文学家研究历史的重要史料之一，具有极高的文化价值和史学价值，所以对于古代壁画的保护和修复是一个任重而道远的工作。本文中的这些技术对壁画的保护工作产生了深远的影响，虽然这些数字化技术仍然有许多的缺陷和不足，但我相信，随着技术的发展和不断接近，数字化技术在壁画保护上的应用一定会变得日臻完美，不断提高壁画修复的速度、精度和稳定性，对壁画的保护和修复做出卓越的成就。

参考文献

[1]周世菊.基于数字化理念与方法的云冈石窟文化遗产保护[J].山西师范大学学报：自然科学版，2016，（2）：108-111.

[2]梁金星，万晓霞，刘强，李婵，王琪.敦煌彩绘文物数字化保护色卡制作方法研究[J].敦煌研究，2016，（02）：117-124.

[3]白天佑.莫高窟壁画数字化重要性刍议[J].美术教育研究，2011，（12）：18-19.

[4]杨学勇.敦煌学数字化的探索与问题[J].情报杂志，2008，（3）：145-146.

[5]韩春平.从学术资源保障看敦煌学的数字化道路——敦煌学数字化背景问题探讨[J].情报资料工作，2007，（4）：56-58.

[6]蔡广杰.大昭寺三维数字化应用初探[J].首都师范大学学报：自然科学版，2009，（03）：83-86.