數(shù)字化技術(shù)在巖畫保護(hù)中的應(yīng)用

張超

摘 要：近些年數(shù)字化技術(shù)迅猛發(fā)展，并且在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為巖畫的保護(hù)、開發(fā)利用開辟了新途徑。寧夏中寧石馬灣巖畫數(shù)字化保護(hù)項(xiàng)目由寧夏巖畫研究中心與武漢數(shù)文科技有限公司合作實(shí)施，文章簡要介紹該項(xiàng)目的實(shí)施流程、主要使用設(shè)備、技術(shù)要求及項(xiàng)目取得成果，探討巖畫數(shù)字化保護(hù)項(xiàng)目施行的前景及重要意義。

關(guān)鍵詞：巖畫;數(shù)字化;前景;意義

巖畫是一種全球性的文化現(xiàn)象，跨越時(shí)空與地域，廣泛分布五大洲，被譽(yù)為文字產(chǎn)生之前人類的共同“母語”。巖畫是先民以巖石為載體，通過鑿刻或涂繪的方式，記錄生產(chǎn)、生活場景，折射出先民的精神追求和對美的理解。巖畫是寶貴的文化遺產(chǎn)，是研究先民歷史、神話、精神、藝術(shù)、審美的途徑，也是人類原始藝術(shù)的主流，不僅內(nèi)容豐富，而且數(shù)量最多，是世界性的藝術(shù)現(xiàn)象。

1 巖畫生存危機(jī)與數(shù)字化技術(shù)發(fā)展

1.1 巖畫的生存危機(jī)

對巖畫進(jìn)行及時(shí)且有效的保護(hù)與監(jiān)管很難實(shí)現(xiàn)。巖畫多分布于人跡罕至的深山，自然地理環(huán)境復(fù)雜，且數(shù)量大、分布廣泛，這使巖畫保護(hù)成了一個世界性難題。派駐人員24小時(shí)監(jiān)管，資金、人員及特殊地理環(huán)境都使這項(xiàng)工作無法廣泛開展。目前，針對巖畫遺址的保護(hù)與研究，比如巖畫病害防治、巖畫修補(bǔ)復(fù)原、巖畫本體圍護(hù)裝置、監(jiān)控及專職人員巡護(hù)等，大多只能是針對某一有條件巖畫遺址的少量巖畫進(jìn)行，比如國保單位、已開發(fā)景區(qū)、文化遺產(chǎn)地等，而裸露在野外的大部分巖畫無法得到這些保護(hù)“待遇”。即使這些已受到特殊保護(hù)的巖畫，也仍然面對偷盜、偷拓、開山采石、開礦等人為破壞，可能有一些巖畫還未待發(fā)現(xiàn)就消失在歷史長河中。由此看來，針對巖畫實(shí)體的有效保護(hù)，很可能是大量巖畫等不到的未來。

巖畫經(jīng)年受到風(fēng)蝕、日曬、雨淋、霜凍，尤其人類進(jìn)入工業(yè)社會后，對環(huán)境造成的污染，導(dǎo)致自然因素對巖畫本體的危害加倍。地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)也導(dǎo)致巖畫的生存岌岌可危，我國北方巖畫多分布在溝谷及兩側(cè)巖石、崖壁上，受山洪、泥石流、地震的危害極大。先民寄望于巖石，然巖石的堅(jiān)硬終抵擋不住歲月的流逝、大自然的侵蝕和人類社會發(fā)展造成的侵害。

1.2 數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)，數(shù)字化技術(shù)更加成熟，應(yīng)用更加廣泛。我國“2001年，財(cái)政部和國家文物局聯(lián)合啟動文物調(diào)查及數(shù)據(jù)庫資源管理系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在以數(shù)字化手段調(diào)查、完善我國文物、博物館領(lǐng)域的國情資料，建立并運(yùn)行動態(tài)的文物數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”。2015年8月，西藏布達(dá)拉宮內(nèi)2500平方米的壁畫全部完成了數(shù)字化信息采集，壁畫全部以原尺寸、50億像素的超高精度被記錄下來。2016年，敦煌莫高窟實(shí)現(xiàn)了利用數(shù)字化技術(shù)拍攝、掃描、獲取、存儲、共享文物信息，建立多元化、集成化文物數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)字資產(chǎn)管理系統(tǒng)、數(shù)字資源永久保存系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對30個經(jīng)典洞窟的高清數(shù)字化呈現(xiàn)和全景漫游。而在博物館可移動文物的數(shù)字化方面，更是廣泛應(yīng)用并取得了很多成果。“文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)、保存整理研究也已經(jīng)成為國際通行的新思路和重要方法”。數(shù)字化手段在巖畫研究、保護(hù)中的應(yīng)用，國外的一些機(jī)構(gòu)組織要走在我們的前面。比如南非的巖畫數(shù)字檔案庫及瑞典的巖畫研究檔案庫等，南非的巖畫數(shù)字檔案庫是目前世界上最大的巖畫數(shù)字化信息庫。近幾年，我國的一些機(jī)構(gòu)也在巖畫數(shù)字化方面進(jìn)行了積極探索和實(shí)踐，比如花山巖畫、大興安嶺地區(qū)巖畫的數(shù)字化實(shí)踐等，這也為我國巖畫的研究、保護(hù)及巖畫資源的開發(fā)利用開辟了一條新路。

2 寧夏中寧石馬灣巖畫數(shù)字化保護(hù)項(xiàng)目簡介

石馬灣巖畫位于中衛(wèi)市原紅泉鄉(xiāng)東約10千米處，芨芨溝向西南入溝20千米左右處的溝崖上，有大量馬的圖像，故此地被牧民稱之為石馬灣。該地巖畫分布較為集中，主要在山梁面西的崖壁和山頂上，石面平潔，使用敲鑿法制作。2017年又新發(fā)現(xiàn)8幅馬巖畫，其中一幅馬巖畫身長53厘米，體高20厘米，兩耳豎立，四腿向前，馬尾蓬松，大腹便便，神態(tài)沉穩(wěn)，在巖畫中堪稱巨幅大馬。在其周圍還發(fā)現(xiàn)了另外7匹馬巖畫，大小不一，最長者36厘米，身長最短的僅17厘米。

石馬灣巖畫在2005年被公布為自治區(qū)重點(diǎn)保護(hù)單位。中寧石馬灣巖畫數(shù)字化項(xiàng)目將運(yùn)用無人機(jī)攝影測量，使用空中全景、空中視頻、高清紋理拍攝等技術(shù)，采集12塊巖畫及巖畫周邊區(qū)域空間信息，嘗試在我國北方鑿刻類巖畫保護(hù)、研究中應(yīng)用數(shù)字化保護(hù)技術(shù)，為巖畫的保護(hù)和研究奠定基礎(chǔ)。

2.1 項(xiàng)目實(shí)施

2.1.1 工作流程及注意事項(xiàng)

中寧石馬灣巖畫數(shù)字化項(xiàng)目工作流程：項(xiàng)目啟動→現(xiàn)場勘查→制訂數(shù)據(jù)采集計(jì)劃→采集數(shù)據(jù)（像控點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、航飛影像數(shù)據(jù)采集、高清影像數(shù)據(jù)采集）→數(shù)據(jù)處理（航飛影像處理、正射影像圖制作）→審驗(yàn)修改與提交成果。現(xiàn)場勘查工作是巖畫數(shù)字化信息田野采集前開展的準(zhǔn)備工作，需要注意對巖畫分布自然地理環(huán)境的判斷、分析，尤其是我國北方巖畫系統(tǒng)，這項(xiàng)工作尤為重要，選擇合適條件的巖畫點(diǎn)，也是數(shù)據(jù)采集工作順利進(jìn)行的前提條件。巖畫多分布在深山中，路況復(fù)雜，而數(shù)字化信息采集會應(yīng)用到很多大、重、易碎且不宜隨身攜帶的專業(yè)設(shè)備，勘察工作要合理規(guī)劃人員、設(shè)備、車輛行進(jìn)路線。在巖畫田野數(shù)據(jù)采集過程中，天氣是一個重要的影響因素，晴朗、無風(fēng)的天氣是最佳選擇，這樣的天氣對無人機(jī)的飛行、巖畫本體的拍照、錄像及巖畫本體和周邊環(huán)境的3D掃描有利。而光照條件對數(shù)據(jù)采集也產(chǎn)生重要影響，對照片、影像的清晰度、曝光等影響較大，具體選擇一天中的什么時(shí)間段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，要根據(jù)巖畫點(diǎn)巖畫的具體分布和自然地理?xiàng)l件來具體分析。

2.1.2 主要使用設(shè)備及實(shí)施要求、步驟、目標(biāo)

項(xiàng)目選用大疆精靈4pro無人機(jī)進(jìn)行航飛影像采集。由于巖畫區(qū)域地形復(fù)雜，飛控手嚴(yán)格按照規(guī)劃路線進(jìn)行影像采集，對原始成果現(xiàn)場反復(fù)檢查確認(rèn)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量合格且無缺失。

實(shí)施要求：①無人機(jī)必須由專業(yè)的飛控手進(jìn)行操作;②不可在雨天或強(qiáng)風(fēng)情況下作業(yè);③數(shù)據(jù)采集時(shí)需首要保證人員安全;④數(shù)據(jù)采集完成后必須進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。實(shí)施步驟及目標(biāo)：①根據(jù)踏勘情況制訂航飛路線;②根據(jù)實(shí)際場景選擇飛行模式;③采集巖畫區(qū)域空間數(shù)據(jù)，包括空中視頻、空中全景、航空攝影;④現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查;⑤完成底圖拼接，用于像控點(diǎn)標(biāo)記;⑥利用Photoshop Lightroom、PhotomatixPro等軟件進(jìn)行影像校準(zhǔn)及拼接優(yōu)化工作;⑦利用Adobe Premiere軟件進(jìn)行視頻編輯及優(yōu)化;⑧利用PhotoScan等專業(yè)軟件進(jìn)行航飛影像數(shù)據(jù)解算，通過多圖像匹配自動構(gòu)建空三影像數(shù)據(jù)。

項(xiàng)目中控制點(diǎn)數(shù)據(jù)采集采用蘇州OTS612C一光全站儀。像控點(diǎn)采集及標(biāo)注需同一個人進(jìn)行，目鏡瞄準(zhǔn)時(shí)反復(fù)確認(rèn)激光點(diǎn)位置，保證測量點(diǎn)與標(biāo)注點(diǎn)點(diǎn)位一致，盡可能降低人為誤差。

實(shí)施要求：①后視點(diǎn)及設(shè)站過程中棱鏡圓氣泡及全站儀圓氣泡、水準(zhǔn)氣泡需整平;②測量過程中儀器位置如發(fā)生變化需重新架站并測量后視點(diǎn);③不能在雨、雪、大風(fēng)、冰雹等惡劣環(huán)境中采集作業(yè);④像控點(diǎn)采集過程中要保證目鏡十字絲清晰可見、物鏡中被觀測點(diǎn)清晰無遮擋，像控點(diǎn)需選擇拐角分明的特征點(diǎn);⑤本項(xiàng)目采用自定義坐標(biāo)系，測量過程中需同步在底圖中記錄被測點(diǎn)點(diǎn)位、編號信息。

使用步驟及目標(biāo)：①根據(jù)巖畫點(diǎn)的現(xiàn)場環(huán)境，在合適的采集位置布設(shè)前后可通視的控制點(diǎn)若干;②現(xiàn)場架設(shè)儀器，對中，整平，使用皮尺測量儀器并設(shè)置相關(guān)儀器參數(shù);③初始測站點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置為（0，0，0），正北方向歸零;④測量后視點(diǎn)距離，并按量測距離假定坐標(biāo)進(jìn)行后視點(diǎn)設(shè)置，測量過程中棱鏡桿圓氣泡必須保持居中，測量三次以上取平均值;⑤搬站，重新測量一個已知點(diǎn)，對比檢校其精度;⑥檢校無誤后，進(jìn)入免棱鏡模式，采集巖畫像控點(diǎn)坐標(biāo)，并在底圖上同步記錄測量點(diǎn)位及編號;⑦作業(yè)完成后導(dǎo)出測量點(diǎn)坐標(biāo)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。

項(xiàng)目正射影像采集使用的設(shè)備為佳能5DS單反相機(jī)搭配24-70EF24-70mmf/2.8LIIUSM鏡頭。

實(shí)施要求及目標(biāo)：①正射拍攝;②原始單張紋理照片像素分辨率不低于5000萬;③縱向重疊率不低于80%，橫向重疊率不低于60%;④采集前使用標(biāo)準(zhǔn)24色色卡校色，影像色彩真實(shí)還原;⑤紋理照片數(shù)據(jù)存儲格式為無損.raw格式，校色輸出格式為.jpg。

實(shí)施步驟：①拍攝路線規(guī)劃;②拍攝前用色卡進(jìn)行校色;③現(xiàn)場檢查采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，及時(shí)查漏補(bǔ)缺;④利用Lightroom軟件對影像進(jìn)行校準(zhǔn)，包括曝光、色彩及清晰度;⑤結(jié)合控制點(diǎn)數(shù)據(jù)并利用PhotoScan軟件進(jìn)行解算，導(dǎo)出正射影像圖;⑥成果數(shù)據(jù)及時(shí)備份。

2.2 取得成果

取得的成果如表1所示。

3 數(shù)字化技術(shù)在巖畫研究保護(hù)中的應(yīng)用及意義

3.1 構(gòu)建巖畫數(shù)據(jù)庫，永久保存及共享巖畫本體數(shù)據(jù)信息

伴隨新技術(shù)的不斷發(fā)展，文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)、保存已經(jīng)是國際認(rèn)可且提倡的方法。而在我國，諸如“數(shù)字故宮”“數(shù)字敦煌”等文化遺產(chǎn)數(shù)字化項(xiàng)目的成功實(shí)施，取得了良好的示范效果。我國目前已開展的巖畫數(shù)字化實(shí)踐也取得很多成果，其中一個重要成果就是獲取了大量的、詳實(shí)的、逼真的巖畫本體數(shù)據(jù)和巖畫周邊自然地理環(huán)境數(shù)據(jù)，基于此而建立巖畫數(shù)據(jù)庫，使巖畫數(shù)據(jù)永久留存。相比于巖畫本體的唯一性和不可再生性，巖畫數(shù)字化的數(shù)據(jù)是無限的、可再生的、可共享的，不僅形成了巖畫的永久性檔案，并且打破時(shí)間、地域局限，為巖畫研究者提供詳實(shí)的、身臨其境的巖畫第一手資料。

巖畫的數(shù)字化檔案可以實(shí)現(xiàn)巖畫資源管理者、巖畫研究者、普通受眾科學(xué)有序地獲取巖畫資料。通過數(shù)據(jù)庫共享平臺的權(quán)限設(shè)定，合理區(qū)別不同權(quán)限者獲取的巖畫資源與內(nèi)容，既保證資源擁有者的數(shù)據(jù)安全，同時(shí)為巖畫研究者打造了一個交流、研討、共享的資源平臺，而且以通俗易懂、活潑、風(fēng)趣的形式，向大眾普及巖畫知識，傳播巖畫文化。通過巖畫數(shù)據(jù)庫搭建開放共享的巖畫資源平臺，傳播鮮活、生動的巖畫遺產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)巖畫資源的高效利用。

3.2 巧用數(shù)字化技術(shù)，讓巖畫遺產(chǎn)活起來

建立巖畫數(shù)字博物館，結(jié)合新媒體時(shí)代信息傳播多元化、立體性、實(shí)時(shí)性、互動性的特點(diǎn)，讓公眾隨時(shí)隨地都可以快捷地了解巖畫信息。巖畫數(shù)字博物館既要保證傳播的知識性，也要豐富傳播內(nèi)容的趣味性，讓受眾樂意接受，主動了解。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓受眾身臨其境地接觸巖畫，將巖畫的豐富內(nèi)涵、文化價(jià)值、藝術(shù)審美、神話傳說、未解之謎等，以動漫動畫、詩歌文學(xué)、互動問答等多種方式呈現(xiàn)，在一種賞心悅目的情境下傳播巖畫知識，講好巖畫故事。打破實(shí)體博物館的局限性，拓展展示空間，提高受眾體驗(yàn)和傳播效率與深度。

3.3 開發(fā)巖畫文創(chuàng)、游戲等，實(shí)現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合

巖畫遺產(chǎn)的保護(hù)，側(cè)重于對巖畫歷史、文化、藝術(shù)及巖畫蘊(yùn)涵的古人智慧、哲學(xué)、精神的解讀、傳承與弘揚(yáng)。巖畫的資源開發(fā)，要依托巖畫資源的這些特點(diǎn)，并以此為必要的支撐點(diǎn)與發(fā)展方向，挖掘巖畫的文化附加值，實(shí)現(xiàn)巖畫資源開發(fā)與保護(hù)的互補(bǔ)模式。比如說基于巖畫數(shù)據(jù)庫，開發(fā)軟件制作巖畫的數(shù)字拓片，既延續(xù)了巖畫調(diào)查、記錄的傳統(tǒng)，滿足了巖畫研究上的需要，又保護(hù)了巖畫本體免受傷害，同時(shí)可以帶來經(jīng)濟(jì)效益，并且方便容易操作。目前，國家大力支持文創(chuàng)產(chǎn)品的開發(fā)、創(chuàng)作，弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化，活躍文化市場。而巖畫蘊(yùn)涵的古樸、稚拙、粗獷、童稚、凝練的藝術(shù)之美，是人類銘刻于巖石上的久遠(yuǎn)記憶。這些獨(dú)有的特質(zhì)，正是文創(chuàng)開發(fā)及基于巖畫文化、時(shí)代屬性游戲開發(fā)的絕好資源，產(chǎn)生文化附加值，從而實(shí)現(xiàn)巖畫遺產(chǎn)的保護(hù)、傳播、弘揚(yáng)與巖畫資源的開發(fā)、利用有機(jī)結(jié)合、互為支撐的巖畫遺產(chǎn)管理新模式。

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