石窟寺文物的數(shù)字化保護(hù)及利用分析

【摘要】文章主要以石窟寺文物的數(shù)字化保護(hù)及利用分析為重點進(jìn)行闡述，首先對陜西榆林石窟進(jìn)行分析，其次從三維信息獲取技術(shù)、三維重建技術(shù)評價方面介紹石窟寺文物保護(hù)和利用技術(shù)，再次從沉浸式互動體驗、移動端數(shù)字展示、數(shù)字文創(chuàng)產(chǎn)品三個方面提升對石窟文物的利用途徑，最后從創(chuàng)建數(shù)字資源共享機(jī)制、發(fā)揮科技支持與引領(lǐng)、創(chuàng)建石窟寺安全制度幾個方面深入探究，致力于加強(qiáng)對石窟寺文物數(shù)字化保護(hù)和利用效果，旨在為相關(guān)研究提供參考資料。

【關(guān)鍵詞】石窟寺文物；數(shù)字化技術(shù)；保護(hù)方法；利用分析

【中圖分類號】K879.2 " " 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2097-2261（2024）22-0070-04

【DOI】10.20133/j.cnki.CN42-1932/G1.2024.22.017

一、引言

進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時代，越來越多的數(shù)字化技術(shù)隨之產(chǎn)生，為人們的生活、工作帶來極大的便利。

石窟寺作為我國石窟藝術(shù)寶庫中關(guān)鍵的一部分，相關(guān)人員有必要對其開展保護(hù)、利用工作，真正走入石窟寺中，在仔細(xì)考察過程中，發(fā)掘其中蘊(yùn)含的優(yōu)秀歷史文化，進(jìn)一步和數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮數(shù)字化保護(hù)優(yōu)勢，落實“保護(hù)第一”的工作思想，致力于取得事半功倍的工作效果。與此同時，在全面開展石窟保護(hù)的基礎(chǔ)上，也要充分對石窟相關(guān)元素進(jìn)行利用，針對一些文物保護(hù)衍生出的特殊需求，工作人員有必要不斷對保護(hù)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)一步促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，為石窟寺文物的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量，也促使我國的石窟藝術(shù)文化發(fā)展越來越繁榮。

二、陜西榆林石窟闡述

榆林石窟地點位于陜西省榆林市榆陽區(qū)榆林山上，起始于北魏這一階段，經(jīng)過我國多個時代洗禮，在不斷擴(kuò)展中形成較大的規(guī)模，進(jìn)一步形成具有獨特性的石窟群。經(jīng)調(diào)查分析，榆林石窟占地面積極大（見圖1），約為10萬平方米，其中有數(shù)百個洞窟，仍然有很多具有藝術(shù)性的作品，如壁畫、雕塑等，是我國經(jīng)歷長久發(fā)展的藝術(shù)瑰寶[1]。對于榆林石窟而言，具有代表性的要屬中唐時期的雙甬道中心佛壇殿堂窟，即第25窟最為精湛（如圖2），可以看出其壁畫十分精美。壁畫采用的色彩十分鮮明，畫面呈現(xiàn)也非常細(xì)膩，被譽(yù)為我國壁畫代表內(nèi)容之一。

榆林石窟直到現(xiàn)在，仍然保存有很多浮雕、佛像藝術(shù)，人們比較熟悉的就是第五窟中的臥佛（如圖3），整個佛像共計10.9米長，也是現(xiàn)階段我國最大的臥佛。

榆林石窟在發(fā)展中經(jīng)過數(shù)百年的歷史，不僅在榆林占據(jù)重要地位，已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐?A景區(qū)，每年都有很多游客走進(jìn)榆林石窟進(jìn)行觀賞、學(xué)習(xí)；它也是我國佛教文化的主要遺產(chǎn)之一，不僅彰顯我國文化魅力，也為我國旅游等各個行業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

三、石窟寺文物的

數(shù)字化保護(hù)與利用技術(shù)方法

在網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展背景下，文物數(shù)字化技術(shù)更新也非常快，從原本單一開展數(shù)字化采集工作，延伸到多個方面。特別是在可視化信息方面，得到了極大的創(chuàng)新發(fā)展。所以，實施石窟文化保護(hù)與利用工作的時候，要充分利用現(xiàn)有的文物數(shù)字化技術(shù)，將文物記錄存檔保護(hù)工作，以及文物的轉(zhuǎn)化利用作為重中之重。

（一）三維信息獲取技術(shù)

對石窟寺文物進(jìn)行保護(hù)、利用的時候，會涉及多元化的數(shù)字化技術(shù)，三維信息獲取就是關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠精準(zhǔn)獲取石窟寺文物的三維信息，并且在不同數(shù)學(xué)原理上有不同的使用方法。具體選擇哪一種方式，與構(gòu)造、適應(yīng)范圍等多種因素有關(guān)，不一樣的原理產(chǎn)生的采集方式也存在差異，可以使用的場景也不一樣[2]。

第一，接觸式測量。這種方法是利用探針，進(jìn)一步和石窟表面產(chǎn)生接觸，清楚傳遞出石窟所在的空間坐標(biāo)，發(fā)揮伺服裝置作用，促使探針實施移動，從三個方向進(jìn)行測量，計算出實際位移，最終獲取各個點精準(zhǔn)的三維坐標(biāo)。這一方面原理比較簡單，測量精讀比較高，但其中有一點需要關(guān)注的就是測量速度不是很快[3]。

通過這一技術(shù)對一些形狀不規(guī)則的石窟進(jìn)行掃描的時候，探身在移動中路徑變化會比較復(fù)雜，為使用帶來一定難度，也難以獲取石窟表面的顏色信息。而且，探針在石窟表面移動的時候，容易對表面造成傷害，因為石窟文物有一定的珍貴性，并不會經(jīng)常采用這一技術(shù)。

第二，飛行時間測距法。這種技術(shù)不會與石窟文物進(jìn)行直接基礎(chǔ)，主要利用光波等完成在空氣中的傳播，通過時間進(jìn)一步完成測定，根據(jù)公式“距離=傳播速度×傳播時間”即可得出。

這種技術(shù)和圖像管理聯(lián)系不緊密，遮擋也不會對其產(chǎn)生影響，要想確保測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，需要精準(zhǔn)掌握光波傳播速度，以及整個過程的傳播時間，這也是需要有其他精密測量儀器共同組成的一個原因。但這種技術(shù)在石窟文物掃描中，速度比較慢，也會受到反射等因素影響，無法精準(zhǔn)獲取石窟文物表面信息。

第三，多視圖三維重建MVS。這種具有攝影、測量技術(shù)特點的方法，成為研究關(guān)鍵點，尤其通過整合一些小數(shù)據(jù)和目前已經(jīng)存在的重建方法，可以取得不錯的成績。在石窟寺當(dāng)中，石窟建筑體積比較大，會對圖像輸入產(chǎn)生影響，所以，有必要研究適用于大規(guī)模的多視圖三維重建。

在實施這種重建過程中，需要運動恢復(fù)結(jié)構(gòu)法作為基礎(chǔ)條件，完成相機(jī)姿態(tài)估計，也就是輸入多個視角圖像，進(jìn)一步對相繼位置、場紀(jì)中比較稀疏的三維點云進(jìn)行恢復(fù)，確保為之后的幾何形狀計算提供支持。運動恢復(fù)結(jié)構(gòu)法主要是利用圖像特點，進(jìn)一步完成對相機(jī)姿態(tài)的估算，在剛開始的時候不需要提供與相機(jī)相關(guān)的信息[4]。產(chǎn)生二維圖像等關(guān)鍵信息后，利用三角化原理去誒定稀疏三維點，將全部相機(jī)參數(shù)、稀疏三維點，通過集束調(diào)整Bundle Adjustment完成后續(xù)的電源整合。工作人員要想得到比較稠密的場景，可以運用已經(jīng)掌握的相機(jī)姿態(tài)、二維圖像信息，發(fā)揮多視圖三立體三維重建這一技術(shù)，在多視角圖像支持下獲取稠密三維點云。

（二）三維重建技術(shù)評價

第一，三維信息獲取技術(shù)評價指標(biāo)。針對三維數(shù)字化裝置產(chǎn)生的信息獲取技術(shù)進(jìn)行評價，主要從能力、精讀、成本、色彩等多個方面獲取能力入手，進(jìn)一步考慮能夠真正取得非接觸測量。

如，三維信息獲取能力。這也是對三維信息獲取技術(shù)實施評價的時候，非常關(guān)鍵的一個影響因素，這種可以從如下兩個方面獲取，第一是局部，第二是全局，通過局部獲取石窟文物各個采樣點對應(yīng)的三維坐標(biāo)，即使是一些細(xì)節(jié)，也能夠獲取文物整體形狀。但現(xiàn)如今存在的三維信息獲取技術(shù)，有很多難以測量三維坐標(biāo)，只能獲取一些石窟表面信息，即使有一些技術(shù)測量深度較好，但也要依靠其他技術(shù)才能獲取三維信息[5]。再如，精度。在衡量精度的時候，其中有兩個影響因素非常關(guān)鍵，一個是絕對誤差，另外一個是相對誤差，前者的呈現(xiàn)有一定直觀性，另外一種是測量絕對誤差、測量值之間的值。因此，要保證一樣的度量單位，所產(chǎn)生的絕對誤差存有價值。若沒有參考值，一般會將相對誤差當(dāng)作一個關(guān)鍵的評價指標(biāo)。

第二，三維打印技術(shù)。三維打印技術(shù)在多年之前就被提出，越來越多設(shè)備發(fā)揮三維打印技術(shù)優(yōu)勢，在一些專業(yè)領(lǐng)域取得一定工作效果。

如，熔融沉積成型。這種方法有一定的成本低優(yōu)勢，需要的打印材料沒有較高要求，能夠大幅面實施打印工作，雖然有比較快的打印速度，但難以保證打印精度。再如，立體光刻。這種方法有較高的成本需求，對打印設(shè)備要求也比較高，很少運用在大幅度打印范圍中，具備打印速度快特點，有較高的打印精度。再如，固化油墨噴印。這種方法不僅對材料要求很高，對設(shè)備要求也很高，一般不運用在大幅面打印工作中，雖然打印速度不快，但有較高的精度，能夠獲取真彩色[6]。

四、數(shù)字化保護(hù)下

石窟文物的利用研究

（一）沉浸式互動體驗

我國石窟文化遠(yuǎn)近聞名，很多石窟的保護(hù)利用也相繼取得進(jìn)一步發(fā)展。例如，天空山石窟，針對自身的石窟文物進(jìn)行優(yōu)化，為人們呈現(xiàn)精美的石窟藝術(shù)展，并在其中展現(xiàn)出更多的中華傳統(tǒng)文化。在這一過程中，天空山石窟充分利用3D投影、VR石窟探險等技術(shù)，為人們帶來全新的互動感受，詳細(xì)劃分成四個部分，分別是序、山、佛、人，分別將石造像特點進(jìn)行凸顯，極大地呈現(xiàn)了石窟文物的原始風(fēng)貌[7]。陜西榆林石窟也可以充分借鑒互動式體驗，利用數(shù)字化技術(shù)中的轉(zhuǎn)播顯示技術(shù)，發(fā)揮其中的共享度高、有安全性等特點，充分發(fā)掘各個石窟文物的獨特性，融入一定的技術(shù)實施交流，促使更多進(jìn)入榆林石窟的人們，能夠進(jìn)一步了解傳統(tǒng)歷史，同時更好地調(diào)動人們的探索熱情。另外，也可以在其中引入互動裝置，強(qiáng)化人們在其中的觀賞感受，搭建一個全新的文化橋梁，更好地拉近人們和文物的距離。

（二）移動端數(shù)字展示

石窟寺可以采用數(shù)字復(fù)原這一方法，將石窟的各個階段都進(jìn)行保存。例如可以在榆林石窟景區(qū)創(chuàng)建一個專門的實物復(fù)原展，以及有關(guān)石窟文物的數(shù)字博物館，為更多游客提供觀賞、學(xué)習(xí)的場所。通過展廳的詳細(xì)介紹，讓更多人了解石窟文化在保護(hù)中存在的難點。充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)建相關(guān)的復(fù)原動畫展示內(nèi)容，并致力于構(gòu)建一個專業(yè)的3D打印復(fù)原博物館。與此同時，人們也可以進(jìn)入線上公眾號，針對榆林石窟數(shù)字復(fù)原活動進(jìn)行瀏覽，在對應(yīng)的線上平臺進(jìn)行相關(guān)探究，不再受到時間、地點的限制，可以隨時觀賞榆林石窟，了解更多通過數(shù)字進(jìn)行復(fù)原的石窟展覽。

（三）數(shù)字文創(chuàng)產(chǎn)品

數(shù)字文創(chuàng)產(chǎn)品，是充分利用數(shù)字技術(shù)所形成的一種獨特藝術(shù)品，并且產(chǎn)生一定的數(shù)字憑證，一方面對數(shù)字版權(quán)進(jìn)行保護(hù)，另一方面促進(jìn)數(shù)字化發(fā)行等工作，讓更多人可以對其進(jìn)行購買和收藏[8]。現(xiàn)階段，很多博物館都已經(jīng)創(chuàng)建有自己特色的文化產(chǎn)品，在線上銷售勢頭良好。鑒于此，文化遺產(chǎn)也可以成為文創(chuàng)平臺發(fā)展的一個方向。例如，在陜西榆林石窟設(shè)計中，可以結(jié)合各個群像優(yōu)勢、形態(tài)，選擇有特點的元素，加入如今比較流行的文化、審美元素等，凸顯榆林石窟佛像特點，制作成一定的IP形象。在數(shù)字化技術(shù)發(fā)展越來越好的趨勢下，國家也相繼頒布支持政策，正好趁此發(fā)揮數(shù)字化保護(hù)技術(shù)，進(jìn)一步還原石窟文化遺產(chǎn)，將一些消失的社會風(fēng)情進(jìn)行復(fù)原，發(fā)掘出石窟寺文物的價值。同時，也需加強(qiáng)對石窟寺的利用保護(hù)，對更多石窟寺起到引領(lǐng)作用。

五、提升石窟寺文物的

數(shù)字化保護(hù)及利用路徑

（一）創(chuàng)建數(shù)字資源共享機(jī)制

石窟寺的數(shù)字化，是充分利用數(shù)字化技術(shù)，對石窟寺進(jìn)行多個方面記錄，完成后續(xù)的轉(zhuǎn)化工作，不僅是對我國文化資源進(jìn)行保存的一種方法，更是強(qiáng)化我國軟實力的一種途徑，真正讓文物更形象、更活現(xiàn)，從根本上加強(qiáng)文明互鑒工作，促進(jìn)石窟本體數(shù)字化發(fā)展。并倡導(dǎo)我國在數(shù)字技術(shù)發(fā)展過程中，能夠更加關(guān)注石窟寺數(shù)字化建設(shè)，將其納入到我國新發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容中，致力于創(chuàng)建一個全國性的石窟資源庫，創(chuàng)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺，落實平臺資源開放、共享等原則[9]。對于現(xiàn)階段的主要工作，要求工作人員做好考古報告，對每一個洞窟一個都進(jìn)行細(xì)致的觀察，全面制定有利于考古的方案，創(chuàng)建針對性的榆林石窟檔案，為后續(xù)的石窟保護(hù)和利用工作開展奠定堅實基礎(chǔ)。

（二）發(fā)揮科技支持與引領(lǐng)

要想石窟寺中的每個洞窟能夠以更獨特的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，在利用數(shù)字技術(shù)實施保護(hù)與利用的時候，有必要革新保護(hù)理念和保護(hù)方法，增加完整的價值評估環(huán)節(jié)，促使保護(hù)程序更加規(guī)范，技術(shù)方法更加有針對性，不僅要關(guān)注石窟的形態(tài)，也要關(guān)注背后蘊(yùn)藏的歷史觀念。首先，在對石窟文物進(jìn)行保護(hù)的時候，要科學(xué)選擇保護(hù)技術(shù)，嚴(yán)格落實保護(hù)程序的每一個步驟，以科學(xué)實驗作為支撐，加強(qiáng)檢測和論證效果。其次。對石窟文物進(jìn)行保護(hù)、利用的有關(guān)單位，需要加強(qiáng)對數(shù)字化技術(shù)的分析，制定完善系統(tǒng)的解決方法，創(chuàng)建一個高效的科學(xué)技術(shù)保護(hù)體系，劃分出詳細(xì)的文物保護(hù)分支。結(jié)合石窟文物實際情況，制定專門的研發(fā)項目，重點關(guān)注石窟寺中一些存在損傷的石窟，如巖體失穩(wěn)、水淹侵蝕，或者一些石窟在歷史發(fā)展中出現(xiàn)風(fēng)化破壞等情況，需要工作人員詳細(xì)分析石窟的巖性特點，以及壁畫采用的制作方法等，才能選擇對應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行保護(hù)與維護(hù)，將石窟的形態(tài)進(jìn)行復(fù)原。這不僅能促進(jìn)新技術(shù)的研發(fā)，而且也為我國數(shù)字化技術(shù)發(fā)展做出一定貢獻(xiàn)。

（三）創(chuàng)建石窟寺安全制度

在對石窟寺文物進(jìn)行保護(hù)與利用這一過程中，要嚴(yán)格實施安全責(zé)任機(jī)制，制定詳細(xì)的責(zé)任公告機(jī)制，多方面入手保證石窟寺的安全，尤其在一些存在密集石窟的地方，要制定重點安全防護(hù)制度。引入公安等部門力量，針對一些盜竊石窟文物的行為進(jìn)行打擊，制定專門的文物監(jiān)控工作小組，從根本上預(yù)防文物犯罪現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過安全防護(hù)人員的定期巡查，確保石窟寺中的文物、歷史環(huán)境等受到保護(hù)。只有保證石窟寺環(huán)境更加安全、穩(wěn)定，才能吸引更多游客走入石窟寺當(dāng)中，了解更多與石窟文物相關(guān)的文化。

六、結(jié)束語

現(xiàn)如今，我國對石窟寺文物越來越重視，尤其在引入數(shù)字化實施保護(hù)與利用過程中，不僅關(guān)注對文物的保護(hù)效果，而且從多方面多角度多維度考量石窟文物修護(hù)的方法，從而提升對石窟文物信息的存檔效果，也關(guān)注石窟文物在多元化利用中所傳遞出的文化價值，致力于更好地為大眾在文化藝術(shù)方面開辟一條全新路徑，促使我國石窟文物相關(guān)文化發(fā)展越來越好。

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作者簡介：

王梁（1972.11-），男，漢族，陜西榆陽人，文博館員，研究方向：文物保護(hù)與管理。