多福寺大雄宝殿壁画的数字化采集

□江涛

崛围山多福寺位于太原市西北20公里柴村镇呼延村崛围山山巅。大雄宝殿是多福寺内重要建筑，坐北向南，位于前院正北面。创建于唐贞元二年（786年），初名崛围教寺，是文殊菩萨道场之一，宋末毁于战火。明洪武年间（1368年—1398年）重新修建。明弘治年间改名为多福寺。是国务院公布的全国重点文物保护单位之一。

多福寺大雄宝殿壁画数字化保护采用的核心三维数字化信息采集技术，具有非接触、快速、高保真还原等特点，可在最小干预的原则下全面采集壁画的各项信息，建立完善多福寺大雄宝殿壁画数字化信息数据库。在壁画的保护、管理、修缮展示及利用等多方面发挥着很大作用。

一、壁画数字化采集的技术路线及方法

壁画信息采集类别可以分为四个主要部分，大雄宝殿三维空间信息、壁画色彩信息、壁画病害信息和壁画颜料成分与结构信息。

对大雄宝殿进行三维空间信息采集采用了GPS定位，误差控制和三维激光扫描仪。数据采集完成后使用相关软件操作平台进行数据处理，最终获得大雄宝殿整体三维空间信息模型。在此模型的基础上，进行精密测绘，绘制出大雄宝殿的平立剖图件、绘制大雄宝殿的正射影像图和壁画凹凸分析图。

壁画色彩信息主要采用线性CCD高分辨率扫描设备和数码相机补充扫描的方法。数据采集完成后，使用专业图像处理软件进行图像拼接和色彩校正，最终生成完整的壁画高分辨率图像数据，并使用KRPANO软件制作了高分辨率快速全景展示系统，该系统支持PC、平板和手机等设备进行快速访问和浏览。

壁画本体病害信息主要根据查阅历史资料和现场病害认定绘制的草图和壁画高分辨率图像信息来测绘病害图标，并根据不同病害分布情况得出综合结论并提出保护建议。

壁画颜料检测分析主要是现场采集壁画脱落标本，再将标本整理编号，使用X荧光、X衍射和拉曼光谱的技术对标本进行分析，得出结论。

二、壁画色彩信息采集

1.方法

多福寺大雄宝殿壁画色彩信息采集采用了三维激光扫描、全站仪测量、CRUSE Scanner CS180STW高清晰壁画扫描和单反相机与灯光组拍摄相结合的方式。该方式是利用三维激光扫描和全站仪测量进行整体误差控制，再利用高清晰壁画扫描仪进行色彩信息采集，最后使用单反相机与灯光组拍摄进行补充。

2.实施步骤

壁画数字化信息采集项目分为外业与内业。外业包含现场勘察、全程色彩管理和数据采集。内业包含数据拼接和成果编制。

外业可以细分为工作环境现场勘查、采集设备色彩管理、壁画表面特征信息三维数据采集，壁画色彩信息数据采集。

（1）场地准备

工作人员前往项目实施地，收集项目基础资料，对项目实施环境进行详细的现场调研，了解现场作业环境，测量作业空间，确定工作难易程度及工作量。依据现场调研的情况，制定详细的工作计划，明确工作周期及工作进度，明确职责分工，落实专人负责，根据客观条件，统筹安排。

（2）色彩管理

色彩管理是应用数字技术客观描述物体颜色特性以及颜色特性，在计算机输入输出设备正常呈现以及转换的技术。色彩管理即以软件的方式来进行设备的色彩校准，对不同的色彩空间进行特性比，针对不同的输入设备进行颜色传递，以取得最佳色彩匹配。

相机的色彩管理是在相机拍摄时，架设两个LED 1000C冷光源作为固定光源，制作一个专门的色彩特性文件，对相机进行色彩管理。

（3）数据采集

壁画表面特征三维信息数据采集：在使用激光扫描设备采集大雄宝殿空间信息的同时，将壁画载体进行统一采集，并且使用全站仪，将壁画各个边角以及特征明显部位进行测量。待后期生成大雄宝殿完整的点云数据后，再集中将壁画载体的四个墙面单独输出，并生成激光反射信息，用于后期壁画整体误差控制。

壁画色彩信息数据采集：为保证壁画色彩信息采集的完整性，将德国CRUSE Scanner CS180ST-W高清晰壁画扫描仪与尼康D3X相机和LED1000C与LED500C灯光组相结合。色彩信息采集过程中以CRUSE Scanner CS180ST-W高清晰壁画扫描仪为主要色彩信息采集工具，后期对CRUSE Scanner CS180ST-W高清晰壁画扫描仪因工作环境限制而无法采集的部分，使用尼康D3X与LED灯光组合进行色彩信息补充扫描，以保证壁画色彩信息数据采集的完整性。

整体扫描：在数据采集前，对现场设置了隔离警戒线，防止在设备调试、移动、数据采集过程中对其他文物进行触碰，工作人员在隔离警戒线安全工作区域内工作。选择分辨率参数不同的灯光，进行预扫描，参考本体壁画对比，选择壁画表面色彩信息与特征还原度高的灯光进行壁画色彩信息采集。经过数据比对，本项目采用了单灯进行壁画色彩信息采集。色彩信息数据采集过程中，实时对采集数据进行观测，并对采集数据进行检查，保证数据采集完整性与精度，对色彩数据信息进行备份，异机存储。

局部补充扫描：由于多壁面相交处与窗户附近空间狭小，无法使用CRUSE高清晰壁画扫描仪直接进行数据采集，所以在CRUSE扫描完成后，对无法扫描部分用尼康D3X与LED1000C、LED500C灯光组合进行色彩信息数据高清补拍，保证数据采集的完整性。后期再使用专业图像处理软件与高清扫描数据进行无缝拼接。

（4）数据处理

色彩校正：数字图像从数据扫描到数据处理，各个环节都存在着可能导致图像颜色失真的因素，监控设备添加标准的色丽ilProfiler色彩管理系统，并校正色彩信息。

壁画数据拼接：对原始色彩扫描信息进行数据拼接，就是是采用相同的基于轮廓特征的拼接技术，精确找出原始图像重叠部分的位置，与三维表面扫描数据特征进行重叠，然后确定两张图像的变换关系，最后进行局部对齐、全局调整和拼接融合。

输出成果：为保证快速浏览多福寺大雄宝殿壁画高清晰成果数据，本项目采用了KRPANO全景展示系统。完整壁画拼接PSB文件拖入KRRANO批量处理软件，系统软件自动对PSB文件进行切割处理，生成不同分辨率的图片，利用生成的HTML、SWF文件，进行快速高质量高清晰对壁画进行全景浏览。

（5）成果

利用原始扫描数据与激光强度反射信息图像拼接成完整壁面的二维图像数据，各壁面保存格式为PSB，整体画面分辨率达到300DPI，内嵌ICC色彩管理配置文件，形成了色彩高清晰、高还原、高精准的成果数据。

三、数字化陈展

1.大雄宝殿整体三维空间数据

三维激光扫描数据经过专业处理，生成以离散点为基元带有三维坐标的三维模型。其中点数约4亿个。该数据不需要维持全局的拓扑结构信息，可以方便地实现多分辨率重采样技术，更容易利用空间数据结构建立层次结构等，实现实时绘制或者快速计算。

利用完整的点云数据，重新构面，使用专业三维速模软件，重新构建一个完善的三维模型。它是以三角面形式，维持整个大殿的拓扑关系和纹理坐标，便于后期测绘、出图和修改等。

2.大雄宝殿壁画三维信息数据

将多种数据经过专业处理，会生成完整壁面的高分辨率数字影像，形成整套的84幅壁画的图影资料。其中东山墙8.64G，后檐墙东侧7.4G，后檐墙西侧6.84G、西山墙8.58G，该数据共4个文件，大小共计31.8GB（PSB文件）。形成了色彩高清晰、高还原、高精准的成果数据。

随着三维数据采集工作的推进和数字化新技术的发展与应用，获取的三维数据信息会更加精细、准确，三维数据资源应用也势必带来更大的运用空间。在接下来的工作中，太原市崛围山文物保管所将利用三维数据资源植入智能手机和个人移动设备，支持多种格式的输入与输出。广大民众可摆脱时间和空间的限制，随时随地浏览参观，领略多福寺及其壁画的规模、特点及其蕴含的深厚文化信息。