数字媒体技术在敦煌壁画乐器数字化上的应用

西北民族大学 包程阳

如今我国数字技术发展迅速，以数字形式的各类文化创意成果纷纷出现在大众视野。其中，数字媒体技术在其具体的应用过程中得到了很好的发展和体现，其作用不可小觑。而对被列为世界文化遗产之一的敦煌莫高窟中，有大量的壁画中出现了乐器图像，可作为复原和研究的资料，对于整个世界音乐史都具有不可估量的艺术价值。目前对于壁画乐器的复原工作一直在陆续的推进，但仍存在大众对壁画乐器的熟悉度不足，缺乏交互体验以及复原出的乐器资源稀缺等问题。本文主要通过阐述数字媒体技术在敦煌壁画乐器上的具体应用方向，为广大工作者提供借鉴，然后提到了文化遗产数字化的相关政策背景，最后，指出其数字化应用中可能面临的问题并做出总结。

敦煌石窟文化历史悠久，石窟上的壁画蕴藏有古代乐器图像约6000余件，包括吹奏、拉弦、弹拨、打击各类乐器[1]。而对于壁画上乐器的仿制工作研究从最早的郑汝中先生为代表到今天的马成虎先生一直在进行，壁画中的乐器也陆陆续续的从墙上“走”了出来。截至2018年，统计出敦煌壁画中97种245件乐器已被等比例还原，让大众有机会能直观感受到精美绝伦的古代乐器[2]。但大部分复原后的乐器都是实体，而且十分珍贵。因此，在本文章中我们探讨如何利用数字媒体技术对敦煌壁画乐器进行全面地数字化开发，结合网络媒体和数字技术，把乐器文化向社会推广和普及，同时对敦煌文化也起到了保护和传承的作用。

1 数字媒体技术

数字媒体技术，是数字技术与媒体有机结合的产物，涉及图文音像的采集、处理、存储、传播、再现等非常复杂的信息处理过程及诸多相关技术。它以媒体内容的图文音像数字化、数据结构化表达、数据页面描述和多媒介输出为主要内容，能够满足感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体及传输媒体等类型媒体的内容表达要求，具有数字化、交互性、娱乐性、多媒体和多样性等5个主要特点[3]，如图1所示。而数字媒体技术在实际应用中主要突出在数据云存储、数字媒体信息获取与处理、虚拟现实技术、增强现实技术、数字压缩技术、游戏引擎、三维建模以及3D打印技术等强大的综合性技术。

图1 数字媒体技术主要特点Fig.1 Main features of digital media technology

2 敦煌壁画乐器的仿制现状

据可查资料统计[1]，早期敦煌壁画乐器的复制工作因乐器种类繁多、工作艰巨总共进行了两期。第一期复制工作是在1988-1992年，由敦煌研究院的吴坚先生作为总策划，郑汝中先生和庄壮先生联手共同负责研制，经过5年的考察与制作，研制出了敦煌壁画乐器种类共34种，数量54件。第二期复制工作在1993年开始，2009年结束，是由庄壮先生独自带领进行研制工作，共研制乐器种类60种，数量240件。到了近期的2018年，由从英国留学毕业回国后的马成虎先生所带领的团队继续推进敦煌壁画乐器的仿制工作，最后统计出在2018年最新的一次仿制，一共完成弹拨、吹奏、打击、拉弦4大类97种245件乐器[2]。

3 数字媒体技术在敦煌壁画乐器数字化中的具体应用

3.1 建立数据资源库

在使用数字媒体技术统一数据设置的标准下，建立敦煌壁画乐器的数据资源库。针对石窟中还未仿制出的壁画乐器图像资料，利用数字摄影摄像技术进行最大限度的记录，而对于已仿制出的乐器，进行对各类乐器的音色采集，并收集各类有关壁画乐器的仿制、技艺、作品、传说等。再将这些已收集的数据经后期处理后，进行各级数据库利用ER关系搭建，并实现各级资源数据库互联互通和数字资源的整合管理以及数据共享。最后利用多媒体技术将其精华内容向外界展示，以提供给广大兴趣爱好者以及研究工作者学习、参考[4]。

3.2 数字MG动画开发

MG动画设计，是把原本处于静态的平面图像和形状转变为动态的视觉效果，并且将静态的文字转化成动态的文字动画。而制做MG动画的步骤流程一般为剧本文案、脚本分镜、制作素材、后期处理合成，常用的制作MG动画的软件有After Effects、万彩动画大师等。

对于壁画上静态化的乐器图像，如图2所示，可以针对乐器的历史发展、种类，以及乐伎演奏形式来制作相关科普类的MG动画，使乐器的历史故事背景更加具有感染力。在基于现代的互联网平台传播广的特点，这种创意类的文化传播形式，也能有效地向社会群众推广。

图2 琵琶的MG动画讲解Fig.2 MG animation explanation of pipa

3.3 三维建模

三维建模，主要是利用三维制作软件通过三维虚拟空间来建立三维数据的场景模型，而建模类型又划分为三维静态建模和三维动态建模。前者是根据采集的实体或图像资料进行物体还原，后者则是在静态模型基础上赋予动画帧，进行抽象的动态还原。实际中较常见的三维软件有3D Max、MAYA、Cinema 4D以及Blender，而常见模型格式有OBJ、FBX、STL等。

如图3所示，可根据收集或实地拍摄的乐器图片进行图像建模，实现比例还原。之后整理生成一个三维模型数据库，作为资料储存。我们还能根据已有的乐器模型、音色等资源，设计各种有关乐器的交互软件以及平台、网页，实现三维乐器模型的多方面展现。或者，把三维模型融入到现实博物馆中作为数字展览的一种形式，向游客提供更细致的乐器讲解。

图3 壁画乐器模型：古琴、阮、琵琶、埙（从左到右）Fig.3 Mural musical instrument models: Guqin, Ruan, Pipa and Xun (from left to right)

3.4 增强现实技术

增强现实技术，简称为AR(Augmented Reality)，是如今被作为文化遗产领域前沿性的数字化技术手段，能通过交互性设备呈现出虚拟数字信息叠加在现实生活环境中的虚拟场景，特别适合用于虚实融合地展示与交互体验。对于AR交互系统，包括手持移动设备式、头戴式、空间式[5]。

对于敦煌壁画乐器，可针对壁画乐器种类，结合图像识别、Slam空间定位、3D建模等技术，设计一种手持设备式的AR交互系统，通过移动设备上的屏幕显示，使壁画上二维的乐器变成可交互的三维模型。大幅度提高了大众在观摩时的交互性与趣味性，但缺点为空间的沉浸感不足。

3.5 虚拟现实技术

虚拟现实技术，简称为VR（Virtual Reality），是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互，产生亲临真实环境的感受和体验[6]。其能够重建多维文化的虚拟环境，使体验者完全沉浸在一个可交互的数字虚拟空间，现在逐渐成为了文化遗产研究、应用、传播的重要工具。

如图4所示，我们可根据壁画上乐伎的演奏、环境、服装、身段以及表演的乐器，先进行构建音频、图像等数字资源库，再根据三维建模制作需要的模型，最后导入所有资源交互引擎并搭建虚拟场景，做出一个虚拟现实交互系统或平台，全方面地展现壁画中乐伎演奏环境以及乐器的细节。在此基础上结合Leap Motion、Kinect、HTC Vive等头戴式交互设备，并在交互功能上全方面设计，可使体验者亲自感受乐器演奏，从听觉和视觉上丰富了乐器的体验形式，沉浸感十足。

图4 虚拟现实平台实施流程（提供参考）Fig.4 Implementation process of virtual reality platform (for reference)

3.6 游戏引擎

目前，以通过游戏引擎手段来传播和保护文化遗产的趋势在不断地上升，在国内以Unity平台和Unreal虚幻引擎为代表。通过具有教育性质的严肃游戏，来提高大众对文化领域的参与性。从玩家体验的故事情节，最大化地实现人们从被动去了解到主动吸收历史事件、文化知识等特点来说，严肃游戏具有一定的传播价值。但严肃游戏仍处于探索阶段，是否适用于文化遗产领域的保护与传播，还需要进行深入的研究[7]。

可根据敦煌壁画乐器的发展历史，开发多元素类的严肃游戏，通过用户的第一视角体验来提高敦煌文化的感染力，实现文化传播的多样性。

3.7 3D打印及文物周边产品

3D打印即快速成型技术的一种，是采用数字技术材料打印机下的一种以数字模型文件为基础，运用塑料或者粉末状金属等可粘合材料，选择其模型进行切片，再通过逐层打印的方式来构建物体的技术。目前此技术在文创产品上的应用在逐步扩大，文化元素在慢慢地走入我们的生活。

结合已生成的模型数据库，并融合敦煌元素，设计任意的三维文创产品并进行3D打印。常见的3D打印操作步骤为：建模软件设计、STL文件转换和操作、切片，将切片好的模型文件导入3D打印机开始打印、最后进行表面处理。

4 相关国家政策

近十年，我国的文化遗产保护得到了国家政策的大力支持，中国非遗数字化保护获得了国家与社会各界的广泛关注。从2005 年，国务院公布的《关于加强中国非物质文化遗产保护工作的意见（国办发[2005]18号）中明确指出的保存措施：“用文字、录音、录像、数字化多媒体等手段，对保护对象进行真实、全面、系统的记录。”到2021年，国务院再次公布《关于进一步加强非物质文化遗产保护工作的意见》，其中提到“加强档案数字化建设，妥善保存相关实物、资料，实施非物质文化遗产记录工程，运用现代科技手段等措施。”保证了文化遗产数字化工作的稳定推展，而敦煌文化作为世界文化遗产，有必要进行全面的数字化开发。

5 反思问题

伴随着现代文化科技的逐步发展，我们也要重视文化数字版权的问题。对于如今主流的3D建模、3D打印、数字扫描、虚拟现实、数字记录等技术手段，在文化遗产数字化的应用中给我们带来了文化数字成果多样性的同时，这些文化遗产数字资源是否会被滥用，以及这些文化数字复制产品与应用技术手段，是否具有独创性和应受到版权保护等问题，我们仍然需要进行深入的研究与划分[8]。

6 总结与展望

在敦煌壁画乐器数字化的具体应用上，本文主要总结了数字媒体在推广与展现敦煌文化方面上的技术可实施性与策略方向，提供了一个崭新的视角，为广大工作者提供借鉴。其技术在具体应用时，还需要根据使用场景来进行详细分析与规划。

数字媒体技术作为现代互联网背景下产生的新兴技术，其具有交互性、综合性的技术性特点，能为文化遗产的保护与展示提供多种形式选择。创作者合理地将数字媒体技术应用到文化遗产数字化领域中，不仅能提高文化遗产的影响力、推广度以及大众的关注度，还能有效地推动我国文化遗产数字化的进展。但如果数字化的文化产品一旦涉及到商业用途、个人用途等时，也同时需要我们注重对数字版权保护问题的研讨。

引用

[1]庄壮.敦煌壁画乐器复制应用之思考[C]//汉唐音乐史首届国际研讨会论文集,2009.

[2]敦煌壁画乐器“复活记”_央广网 (cnr.cn))[N].中国青年报,2021.

[3]王强,杨安宁,黄渝琪.数字媒体技术及其未来发展[J].数字印刷,2019(2):1-6.

[4]赵卫.数字媒体技术在惠山泥人非遗传承与保护中的应用研究[J].科技视界,2020(23):185-187.

[5]潘志庚,袁庆曙,陈胜男,等.文化遗产数字化展示与互动技术研究与进展[J].浙江大学学报(理学版),2020,47(3):261-273.

[6]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学(F辑:信息科学),2009,39(1):2-46.

[7]马晓娜,图拉,徐迎庆.非物质文化遗产数字化发展现状[J].中国科学(信息科学),2019,49(2):121-142.

[8]魏鹏举,魏西笑.文化遗产数字化实践的版权挑战与应对[J].山东大学学报(哲学社会科学版),2022(2):38-47.