Photoshop軟件在古代壁畫保護修復中的初步應用

內(nèi)容摘要：目前國內(nèi)脫落殘損壁畫的保護修復，主要是以殘損文物本體的直接比對或試探性拼接為依據(jù)進行修復的，在拼對過程中的接觸和磨損極易造成新的傷害和各種信息的流失，特別是很多脫落殘損壁畫因無法確定原有位置而不能進行原址保護，從而影響了壁畫的真實價值和作用。本文首次利用計算機和圖像處理軟件的數(shù)字圖像處理技術(shù)、計算機輔助設(shè)計和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對古代壁畫殘片進行模擬拼接、定位，并以此為依據(jù)進行保護修復。實踐證明：在壁畫殘片完全無損條件下的模擬拼接，為實物的拼接、定位提供了精準的依據(jù)，使壁畫殘片拼接過程中的損失降到了最低，同時解決了殘片因無法定位而不能原址保護的問題。

關(guān)鍵詞：Photoshop；殘損壁畫；拼接；定位；修復

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2013）01-0023-06

前 言

古代壁畫作為一種重要的文化遺存和藝術(shù)表現(xiàn)形式，承載了極為豐富的歷史文化信息。不同時期、區(qū)域、題材與功能的壁畫，都有其獨特及重要的史料研究意義和文化、科學及藝術(shù)價值，是我國最為珍貴的文化遺產(chǎn)之一。但在漫長的歷史時期內(nèi)，由于自然和人為因素的影響，大多古代壁畫都產(chǎn)生了不同程度和種類的病害，有的壁畫因脫落、破碎、殘損等原因造成了畫面的缺失。目前，對脫落殘損壁畫的保護修復，主要是以文物本體的直接比對或試探性拼接為依據(jù)進行的，在反復多次的比對、拼接試驗過程中，酥松脆弱的壁畫極易受到磨損和傷害，從而影響壁畫的完整性和價值。且人工比對、拼接工作效率低下。

Photoshop是一種使用最為廣泛的圖像編輯軟件，已被應用于圖像、圖形、文字、視頻、出版等各個方面。由于該軟件具有放大、分色檢驗、重疊比對、拼接處理、測量、編輯等多項功能，在對指紋、印章、文書、圖像等進行識別、鑒定、比對、模擬畫像、圖像處理工作中得到應用[1-7]。針對不同的對象，采用Photoshop軟件摳圖、圖像拼接等技術(shù)應用也得到了研究[8-12]。Photoshop軟件在文物保護修復中的應用報道較少，采用Photoshop軟件對紙質(zhì)文物進行復制，準確度高且大大提高了工作效率[13] 。

本文結(jié)合工作實踐，在斷裂、脫落、殘損壁畫修復工作中，通過使用計算機圖像編輯軟件-Photoshop，在大量實物圖像處理分析、研究、試驗的基礎(chǔ)上，將數(shù)字圖像處理技術(shù)、計算機輔助設(shè)計和虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，合成完整的、傳達明確意義的古代壁畫圖像信息，實現(xiàn)數(shù)字化虛擬重現(xiàn)與修復、儲存、色彩復原等目標，為古代壁畫保護、研究提供一種新的手段和方法。

1 圖像獲取及數(shù)據(jù)化處理

古代壁畫經(jīng)過漫長的歷史歲月侵蝕之后，已變得非常脆弱。特別是那些已經(jīng)脫落的壁畫殘片，在保護修復時，已經(jīng)無法承受反復的試探性比對或拼接實驗。如何才能在無損或最小損失的情況下對其進行比對拼接并修復，還原或盡可能地保留文物原有的歷史信息。功能強大操作簡便的圖像處理軟件Photoshop成為首選，它可以模擬完成壁畫殘片的比對和拼接，并以此為依據(jù)達到最終修復保護文物的目的。

1.1 數(shù)據(jù)圖像的獲取

圖像資料的獲取，是借助計算機及其圖像處理軟件模擬實驗修復文物關(guān)鍵的一步，是直接影響壁畫殘片模擬拼接的重要環(huán)節(jié)。古代壁畫殘片的圖像資料可通過文物實體拍攝和圖像掃描設(shè)備兩種途徑獲得。

1.1.1 文物實體拍攝

利用高像素數(shù)碼照相機對將要修復的壁畫殘片正、反兩面進行垂直角度（正投影）拍攝，確保拍攝對象盡量不變形。并利用標簽和色卡詳盡記錄圖像尺寸和色彩等各種信息，依此獲得高品質(zhì)的圖像資料。拍攝時盡可能利用與殘片畫面顏色反差較大的背景布（紙）或鋪墊材料為背景，以便于后期“摳圖”時的操作（圖1）。同時，依據(jù)壁畫脫落位置、檔案記錄或畫面內(nèi)容等信息判斷其原有位置，并對相關(guān)區(qū)域的壁畫及載體進行拍攝。

1.1.2 圖像掃描獲取

針對受損程度嚴重、非平面（弧面形體、變形較大）、體量過大等不便或不具備拍攝條件的文物，則需要使用LED（Lighting Emitting Diode）、激光、紅外等光源的非接觸式無損掃描設(shè)備進行圖像資料的采集，可輕易獲取較為精準的平面（2D）圖像。當然，也可使用三維圖像掃描設(shè)備獲取3D圖像后再轉(zhuǎn)換成2D圖像。

對受損嚴重、缺失而不能直接拼接的壁畫殘片，則需將原始圖片資料、考古測繪圖通過數(shù)碼相機或掃描設(shè)備將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，為殘片位置的確定提供確鑿精準的依據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)圖像輸入調(diào)整

圖像數(shù)據(jù)輸入就是將拍攝或掃描的數(shù)據(jù)輸入到計算機，并在Photoshop界面中打開。數(shù)據(jù)圖像調(diào)整則是利用圖像編輯等功能，通過對殘片的大小、色彩進行調(diào)整，使所有殘片圖像相關(guān)參數(shù)相一致（圖2），便于查找判定相對應的契合點及位置，并進行有效的拼接。

1.2.1 數(shù)據(jù)圖像尺度調(diào)整

依據(jù)圖像中色卡上的刻度或壁畫殘片上參照點的數(shù)據(jù)，對圖像做縮放、變形等調(diào)整校驗，最終使殘片圖像大小尺度與文物本體相同。

1.2.2 數(shù)據(jù)圖像色彩調(diào)整

為了便于識別查找相互關(guān)聯(lián)點等相關(guān)信息，模擬拼接修復的圖像資料對圖像品質(zhì)有較高的要求，都要使用圖像再現(xiàn)色卡來檢查圖像色彩還原的準確性，使圖像銳利清晰，色彩準確重現(xiàn)。

以DC色卡（24色）圖像文件為例。當圖像文件進行尺度調(diào)整統(tǒng)一后，用“拾色”工具分別對圖像上色卡中的黑、白、灰色塊取樣，并觀測紅、綠、藍色的數(shù)值，判定色彩還原的準確性。如“黑”色塊時紅、綠、藍色值應各約為52，“白”色各約243，“灰”色各約122，其相互間差值應在6-7個單位值內(nèi)，如果讀數(shù)明顯超出上述偏差范圍，應使用“色階（Levels）”或“曲線（Curve）”等圖像處理工具，將圖像色彩調(diào)整到上述要求的范圍內(nèi)。當然，不同色卡的參數(shù)值也存在差異，以使用色卡的RGB和Lab原始數(shù)據(jù)為準。

1.3 模擬比對拼接

1.3.1 新建空白項目

在Photoshop界面中新建空白項目，并將圖像的相關(guān)信息填寫在“空白項目”內(nèi)容對話框內(nèi)，包括預計拼接完成后圖像尺寸“寬”、“高”等內(nèi)容。“顏色模式”選擇RGB模式，“分辨率”設(shè)置為300dpi，否則會影響拼接完成后的圖像質(zhì)量。

1.3.2 摳圖

使用工具欄里的不同選框、套索或魔棒工具，對調(diào)整后的圖像中所需部分的圖形與背景進行區(qū)分界定，然后刪除其他無效內(nèi)容。這個步驟也被稱作“摳圖”，就是在畫面中“摳”出需要的部分。“摳圖”的方法有多種：有根據(jù)顏色摳圖的，有根據(jù)幾何圖形摳圖的，還有通道、路徑、蒙版摳圖等，這可根據(jù)原始圖像的實際情況、需要以及對Photoshop的掌握自行決定，但要求盡可能的精準（圖3）。

1.3.3 創(chuàng)建新圖像

使用魔棒或磁性套索工具，分別對可能為同一壁畫的多個殘片的圖像有效區(qū)域進行選擇，并使用移動工具依次將圖像移動至同一新建項目中（圖4）。

1.3.4 殘片比對拼接

依據(jù)殘片畫面顏色、線條、內(nèi)容、圖形、肌理、結(jié)構(gòu)、斷裂痕跡等條件，并使用編輯欄里的變換功能，對可能相連的殘片圖層進行旋轉(zhuǎn)、移動等操作，從不同角度、位置進行反復的比對和拼接實驗。逐塊查找相同、相似、相近點，并將其依次拼接，直至全部完成。可將拼對特征明顯或畫面較為完整等相對容易拼接的殘片先進行拼接，然后再拼接塊面較小或特征較弱的殘塊。這樣拼接的信息會更多，可降低拼接難度，提高拼接效率。

如武威天梯山石窟壁畫殘片（編號wwc4）的拼接（圖版15）。首先參照佛像面部輪廓、頭光弧形線條、皮膚顏色、背光顏色等信息進行初步判斷，然后調(diào)整圖片角度并依據(jù)斷裂處的痕跡進行試探性拼接，最終完成wwc4-1、wwc4-2兩殘片的模擬拼接。編號wwc4-3的拼接除參照頭光線條與顏色外（圖版15紅色提示部分），還進行了佛像背光形狀、紋樣、蓮座及頭光完整性的比對判斷（圖版15藍色提示部分），以及設(shè)置參考線（圖版15白色提示部分）輔助驗證的方法，最終確定了wwc4-3的準確位置，并與wwc4-1殘片進行拼接。以上三塊殘片面積相對較大，其包含的各種參考信息也較豐富，所以比較容易判讀、識別和拼接，同時拼接的準確性和成功率也相對較高。但是wwc4包含有25片之多，其中有很多（圖版16紫色標定部分）面積較小的殘片，有的僅有3.6cm2。像這類小的殘片所呈現(xiàn)的可參考信息非常少，除顏色能輔助初步判斷外，只能借助殘片邊緣的斷裂痕跡查找其共同點，并依次進行有效的拼接。

依據(jù)以上方法和殘片對應位置，將拍攝的殘片背面圖像進行拼接，同樣形成一張完整精確的圖像。這種壁畫殘片背面所具有的信息，可為精確判定殘片位置起到至關(guān)重要的作用。特別是沒有相關(guān)聯(lián)壁畫存在的壁畫殘片位置的確定，這不僅是唯一的判定依據(jù)，也是檢驗殘片位置準確性的唯一標準。

當然高版本的Photoshop也有自動拼接功能，如Photoshop8.0及以上版本即CS（Creative Suite）系列。使用過程中發(fā)現(xiàn)，自動拼接功能對所拼圖像的要求較高，同時拼接效果也不夠精準。特別是拼接圖像之間的拼接點的方向和角度不符時，就無法有效完成拼接。

1.4 圖層連接鎖定

每當相關(guān)聯(lián)殘片拼接完成后，即在圖層面板中將拼接吻合的關(guān)聯(lián)圖層進行復選，并使用圖層鏈接功能將其鏈接，使其成為一個相對的整體，防止移動過程中出現(xiàn)錯位而重復拼對的現(xiàn)象。當然對圖層進行鎖定，同樣能起到防止誤操作的作用。

1.5 拼接檢驗與合并

1.5.1 拼接檢驗

將獲取的受損前文物原始圖像數(shù)據(jù)在Photoshop中打開，并將完成拼接后的圖像拖入其中，再通過圖層面板上透明度的調(diào)整，檢驗拼接的準確性。當然前提是圖像的拍攝要素相同或相近。如有不吻合的區(qū)域，可將鏈接的圖層釋放，通過微調(diào)達到一致后再將其鏈接。

1.5.2 圖層合并

檢驗調(diào)整完成后，在圖層面板內(nèi)將原始資料圖層設(shè)置為不可見或刪除，并利用圖層合并功能，將鏈接的殘片圖層合并為一個圖層，從而形成一張完整的拼接后的PSD格式圖像。同時，也可以根據(jù)需要保存為jpeg格式或其他類型的圖像。

2 受損壁畫位置確定

在古代壁畫保護工作中，特別是受損的壁畫殘片，只要是原保護地條件允許，就要根據(jù)相關(guān)的歷史信息和確切的資料，對其進行原址復原保護。只有這樣才能更好體現(xiàn)其真實的歷史價值和藝術(shù)價值。原址保護就存在如何確定其原有位置的問題，一般存在以下三種情況：一是有與殘片相關(guān)聯(lián)的壁畫；二是有影像資料或測繪檔案記錄的；三是既無相關(guān)聯(lián)壁畫存在又無圖像及明確檔案記錄，已搬離或仍在保護現(xiàn)場的。但不論是哪種情況，都可通過Photoshop處理簡潔而又安全地完成位置的確定。

2.1 存在相關(guān)聯(lián)壁畫的殘片

原保護地存有相關(guān)聯(lián)壁畫的殘片處理相對容易，可將拍攝或掃描獲得的數(shù)據(jù)輸入計算機，并在Photoshop中與已拼接的殘片圖像進行拼接，完成其位置確定。再利用殘片背面圖像與對應地仗肌理信息進行吻合程度的檢驗，最終完成位置的確定。

2.2 存有影像資料或測繪圖的殘片

存有影像或測繪圖的殘片處理相同，將相關(guān)數(shù)據(jù)打開并拖入殘片圖層，再通過圖層面板中透明度的變換，使其與原資料相對應區(qū)域重合達到確定位置。同時使用殘片背面的信息進行復核和驗證。然后，在殘片和背景資料上設(shè)置、標定和測算參照點及參數(shù)。

2.3 無相關(guān)資料的殘片

分析研究和實際工作表明，無任何相關(guān)資料的殘片也存在兩種情況，一種是仍在原保護現(xiàn)場的，另一種是已搬離原現(xiàn)場保存但大致了解出處的殘片。不論是哪種保存現(xiàn)狀，其位置確定難度都很大，但也不是完全無法判斷和認定。因為，所有古代壁畫都是依附在不同材質(zhì)的載體上的，如礫巖、磚塊、土坯或是其他材料，都有其特定和獨有的紋理結(jié)構(gòu)和痕跡，就如人類的指紋一樣，沒有絕對一致的。所以其肌理會反向表現(xiàn)在壁畫背面（圖版17、18），也就是壁畫背面的紋理會和相對應的載體的紋理完全吻合，我們利用這一特性進行細致的排查比對，就能最終確定其原有位置。

A. 首先對壁畫殘片可能存在的原保護地進行細致的勘察，查找缺失壁畫的部分，并對其載體（崖壁或墻體）進行拍攝。為了提高圖像的有效像素，可先將被拍攝載體或壁畫進行區(qū)域劃分設(shè)計并逐塊拍攝。然后在Photoshop中打開并拼接，形成一張完整的載體區(qū)域圖像。

B. 利用編輯變化功能進行“水平翻轉(zhuǎn)”操作，將前面矯正拼接處理的壁畫殘片的背面圖像調(diào)整成反向正視圖像，再移至缺失壁畫的載體圖像中。

C. 利用圖層面板中的透明度功能滾動條，調(diào)整壁畫殘片背面圖像的透明度（約為40-60%），使兩個重疊的不同圖層都處于可見狀態(tài)（圖版19）。然后按照其特有的紋理和痕跡進行比對，如能完全重合即證明殘片原有位置得到確定。然后在壁畫缺失的載體圖層上，沿壁畫殘片邊緣標定起確定位置用的參照點，最終實現(xiàn)殘片位置的確定。

如甘肅張掖金塔寺東窟西壁被盜壁畫的原址保護（圖版20），我們通過參閱以前的圖像資料及殘留痕跡，已初步判定壁畫的大致位置。但因盜取過程中相關(guān)聯(lián)壁畫已遭破壞，無法利用相關(guān)聯(lián)壁畫的拼接進行位置的確定；同時相關(guān)的圖像資料也因拍攝角度原因，造成圖像變形較大而無法進行圖像重合式的位置確定；另外，盡管西壁畫面均為千佛形象，也有其獨有的規(guī)律可循，但調(diào)查中發(fā)現(xiàn)千佛的高低、胖瘦甚至是角度都有較大的差別，都不能起到精確判定位置的作用。但通過壁畫載體和殘片背面肌理的比對和查驗，我們最終精確判定了其原有位置。

3 壁畫殘片保護修復

對依據(jù)相關(guān)信息資料能夠?qū)崿F(xiàn)拼接，并能確定其原有位置的脫落壁畫殘片要進行原址回貼保護。Photoshop模擬拼接修復處理，只是脫落壁畫原址保護的第一步。然后，要依據(jù)相同載體、材質(zhì)、類型等壁畫保護的相關(guān)研究成果和成功經(jīng)驗，以及脫落壁畫殘片自身的實際情況，在室內(nèi)、現(xiàn)場試驗及論證的基礎(chǔ)上，篩選出性能優(yōu)越的材料和易于操作的修復工藝，對殘損壁畫進行修復保護。

3.1 殘片位置標定

依據(jù)拼接時設(shè)置的各參照點參數(shù)及坐標，在載體上確定其相應的位置，完成殘片位置的模擬判定到實際標定的轉(zhuǎn)換。

3.2 殘片及地仗加固處理

使用篩選的加固材料和工藝，對已脆弱疏松的脫落壁畫殘片和載體進行保護加固處理，以增加其自身強度。

3.3 壁畫殘片原址修復

按照相應的材料和工藝及殘片對應位置，逐塊將脫落壁畫殘片回貼歸位。再使用與原地仗材質(zhì)相同的材料，修復因受損缺失的壁畫殘片地仗及裂隙，同時對缺失壁畫的邊緣實施加固，起到進一步的穩(wěn)固和保護作用（圖5）。

3.4 無法判定區(qū)域的殘片

對于無資料或異地保存的殘片，在最大限度保留其邊緣和背面可拼接信息的前提下，進行適度的拼接修復加固處理，并妥善保管，等以后有進一步的考古研究成果或相關(guān)的資料信息時，再對其進行原址保護處理（圖6）。

3.5 保護檔案及建議

建立壁畫殘片保護檔案，在檔案中詳盡記錄各種修復材料、工藝及其相關(guān)的資料，包括各種圖像、圖紙、實驗數(shù)據(jù)、工作記錄等，并歸入保護單位檔案統(tǒng)一保管，以供研究和保護利用。同時提供日常保護保養(yǎng)建議，供文物保護單位借鑒實施。

4 結(jié)論

通過計算機和Photoshop對壁畫殘片的保護研究，并以此為依據(jù)進行的文物保護修復實踐證明，這種模擬拼接處理與人機交互處理相結(jié)合的方法，可以在完全無損的情況下完成壁畫殘片間的關(guān)系判定以及試探性拼接，為壁畫殘片的拼接、修復與保護提供真實有效的科學依據(jù)，相應地減少和避免以前人為拼接存在的風險和損失，最大限度地保留文物的原有歷史信息。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入，可以使大部分殘片的原有位置得到精確判定，為更多壁畫殘片的保存修復提供新的途徑。同時又因操作簡便、快捷、精確、易掌握等特點，可整體提升壁畫保護修復的工作效率、質(zhì)量，達到更好地傳承和弘揚傳統(tǒng)歷史文化遺產(chǎn)的目的。