石窟文化遺產數字復原與傳播策略研究

摘 要：石窟原是印度的一種佛教建筑形式，我國的石窟起初是仿制印度石窟的制度開鑿的，多建在中國北方的黃河流域，取材于佛教故事，興于魏晉，盛于隋唐。由于我國大多數石窟文物自建造之始一直處于露天環境中，自然風化侵蝕嚴重、被盜事件屢發，造成今天現存的石窟損毀、丟失情況嚴重。隨著計算機技術的不斷發展石窟文化遺產的數字復原和復原后的傳播提上議事日程，文章以云岡石窟20窟西立佛為例，分析石窟文化遺產數字復原的途徑和傳播的相關問題。

關鍵詞：石窟文化遺產；數字復原；傳播

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2025.01.007

我國歷史悠久，隨著時間的流逝，大多數文化遺產存在丟失和毀壞的問題，隨著計算機技術的不斷發展，同時為了更好地保護、修復、復原文化遺產，文物三維信息采集、虛擬現實、增強現實、復原算法等數字化技術廣泛應用到文物復原與展示利用中，不僅可以永久保存文物信息，更可以讓公眾能夠直觀、自主、便捷地欣賞中華優秀傳統文化。讓傳統文化以更易于公眾接受的方式進行傳播，數字技術應用于文化遺產的復原與傳播是一個不可逆轉的趨勢，想要文化遺產實現不斷的傳承和發展，數字化技術應用于文化遺產領域勢在必行。

1 云岡石窟20窟西立佛現狀與主要問題

1.1 現狀

云岡石窟20窟為三世佛造像題材，于公元460年至470年間雕刻而成。從考古發掘遺跡可以看出第20窟與其他4座曇曜五窟一樣，具有寬大明窗的馬蹄形平面、穹隆頂。窟頂與西壁早年崩塌，西立佛除僅存的身膝以下局部和頭光東部最外兩層的一部分以外，其余部分均已殘毀，只剩166塊在1949年前考古工作和1992年“八五工程”考古挖掘中發現的佛像殘石，20窟西立佛的原形態至今仍是未解之謎。

1.2 數字復原與傳播的主要問題

石窟文化遺產數字復原與利用方面的研究在國內外尚不完善，云岡石窟20窟西立佛與大部分毀壞的需要復原的文物一樣，存在以下四點未解決的關鍵問題：一是依據不足。因為云岡石窟20窟西立佛在建成初期就發生坍塌，西立佛的相關資料非常欠缺，沒有可以直接借鑒的歷史文物資料。二是算法欠缺。目前在石窟文化遺產數字復原領域還沒有成熟的算法可以借鑒利用，需要進行原始的算法開發。三是沒有通用的虛擬修復平臺。目前文物虛擬修復平臺大多針對特定單一的文物進行虛擬修復。四是殘損文物的傳播展示手段較為單一。

2 云岡石窟20窟西立佛數字復原研究思路

云岡石窟自開鑿以來1500多年的歲月里，一直處于風吹日曬的露天環境中，長期受到自然風化和災害侵蝕，石像松動甚至坍塌在所難免。除了自然環境的侵蝕，石窟文物人為因素破壞也相當嚴重，發生過多次被盜事件，不管是自然毀壞還是人為因素破壞，現存的云岡石窟存在大量的殘缺佛像。云岡研究院在保護好現存文物本體的基礎上，也在積極探索對殘缺佛像的復原途徑。隨著數字技術的發展，這些殘損的佛像可以通過數字化相關技術進行復原。

2.1 研究思路

首先對20窟及窟前考古發掘的殘件進行三維數字化掃描，并對殘件的顏料進行分析確認，利用虛擬修復平臺通過考古藝術復原和人工智能計算等方法，對20窟西立佛復原推測盡量高的可靠性，為實體復原提供依據。

2.2 研究目標

本項目以傳統的數字技術為基礎，使用人工智能的方法，形成一套成熟的可適用于多種石窟類型的通用文物虛擬復原與利用系統，開創性建立文物通用虛擬修復算法與平臺，并研究通過多種傳播的方式向大眾展示文物數字復原與利用的意義。

2.3 研究解決的關鍵技術

一是通用虛擬修復平臺建設。基于DasViewer軟件系統平臺，綜合運用C++、Html5等開發工具搭建虛擬修復平臺，實現載入、修復、成果輸出等功能，并能支持復原模板、AI修復算法、殘件三變量的AI虛擬修復和人工手動虛擬修復的通用虛擬修復平臺。二是考古藝術復原。搜集相關文獻資料和現存的西立佛遺跡，通過色彩研究、造型研究，推斷西立佛的色彩及平面和立體造型。主要包括服飾樣式、手勢、身體比例等。三是碎片拼接算法。基于語義的佛像人工智能虛擬修復技術和卷積神經網絡算法，在云岡石窟20窟西立佛復原項目上的使用。

2.4 總體技術路線

第一步，對云岡石窟20窟和20窟西立佛166塊殘件進行高精度三維數據采集，為云岡石窟20窟西立佛數字復原與利用項目完成最初的數據采集，通過拉曼測試得出顏料層。第二步，通過考古藝術復原、手工拼接和人工智能拼接的方式相互參考推測出云岡石窟20窟西立佛尺寸、造型和色彩等信息。第三步，通過3D打印等傳播技術，實現云岡石窟20窟西立佛的傳播利用（圖1）。

2.5 項目研究過程

一是三維模型數據采集。通過三維激光掃描技術與近景攝影測量技術相融合的方式獲取云岡石窟20窟和西立佛166塊殘件的三維模型數據，并生成正射影像圖。三維數據采集是開展虛擬復原工作的基礎，數據存儲了云岡石窟20窟西立佛的三維形態、尺寸、體積和紋理等信息（圖2）。

二是色彩研究。云岡石窟曇曜五窟色彩留存較少，20窟東立佛顏料層已全部脫落，整個現存色彩很少，在西壁下側衣紋處有紅色顏料，經過拉曼測試得出顏料層為鐵紅，而且位置是在雕刻顏色的最內層，是北魏時期原有的色彩。

三是人工拼接。利用云岡石窟20窟西立佛殘件掃描生成的正射影像圖，對云岡石窟20窟西立佛進行計算機輔助的人工拼接，拼接結果反映了西立佛的局部造型特征（圖3）。

四是考古藝術復原。首先是整體造型復原研究。根據已經拼接好的模型和20窟西壁以及地面留存的雕刻可以得知西立佛是左手，通過對西立佛殘石拼對復原，推測西立佛與18窟主尊樣式一致，左手握裾捫于胸前。差別是前者為通肩衣，后者為偏袒右肩衣。其次是服飾衣紋復原研究。現存衣紋樣式是線面結合具有凹凸形式的衣紋，這種衣紋樣式在云岡石窟很少出現，在云岡石窟現存造像中只有九尊，分別是20窟大佛和東立佛、西立佛，17窟東壁坐佛以及16-1窟北壁中層佛龕坐佛，7窟北壁上層佛龕內三尊造像以及8窟北壁上層佛龕倚坐佛像，根據現有的佛像衣紋可以推測出西立佛的衣紋服飾。再次是佛頭復原研究。由于佛頭不知去向，也沒有直接的圖片資料，只能通過曇曜五窟早期洞窟的佛造像頭像作為參考進行推測。現存三世佛主要洞窟有19窟、18窟、17窟、5窟。根據各個洞窟佛頭的特點推測出云岡石窟20窟西立佛佛頭的形狀。從次是手勢復原研究。左手根據現存石塊對西立佛殘石進行拼對復原，除了接縫處有少量殘缺之外，手部基本上保存完整，樣式與18窟主尊手勢一致，左手握裾捫于胸前。右手下垂，手握衣襟，推測與20窟東立佛手勢一致。最后是輪廓復原研究。由足部殘留與頭光殘留可知其基本高度位置，其寬度位置參考166塊殘件的拼接成果，由此較為肯定地廓清了西立佛的高度與寬度界限（圖4）。

五是拼接算法研究。AI算法實現殘片相互位置關系的推算。整體思路為根據碎片邊緣輪廓、紋理等特征，計算每個碎片的剛性變換矩陣，先聚類再拼接。基于現有佛像殘石數據，讓計算機自動推算166塊佛像殘石的相對位置關系。首先是碎片聚類。在進行拼接前，建立碎片樣本庫，利用深度學習算法對碎片進行聚類，將相似的可能來自同一局部區域的碎片劃分在一組進行拼接，逐步對佛像局部進行拼接。其次是碎片外推修復。考慮到碎片的腐蝕缺失，利用Patch-based圖像修復算法對碎片進行外推修復，即利用圖像合成算法預測出碎片缺失部分的可能樣子。再次是轉換坐標預采樣。預測可能相鄰的碎片的坐標轉換關系。從次是置信度判斷。尋找合適的匹配對碎片，利用相鄰匹配對的相似得分和置信度，對上一步驟中預測的碎片關系進行判斷。最后是殘片拼接。利用貪婪算法，迭代拼接出最好的匹配結果。

六是虛擬修復平臺研究。對云岡石窟20窟西立佛的虛擬復原利用了多種方式進行復原嘗試，為了對多種途徑的復原結果進行整合，綜合運用C++、Html5等開發工具搭建通用虛擬修復平臺，實現載入、修復、成果輸出等功能。平臺通過匯集三維模型、修復圖片、視頻資源等不同格式的數字資源，打造文物虛擬復原資源共享互動生態。通過為不同工作團隊開展工作空間的方式，實現資源的獨立存儲及協作共享（圖5）。

2.6 數字復原成果

對云岡石窟20窟西立佛進行的數字復原綜合利用了計算機技術和考古的方式，最終的復原成果具有很大的可靠性，為其他相似類型的文化遺產復原提供了一種全新的思路（圖6）。

3 云岡石窟20窟西立佛傳播策略研究

3.1 石窟文化遺產傳播策略

一是結合國家戰略，多層次豐富文化遺產故事。黨的二十大報告中提出“增強中華文明傳播力影響力，堅守中華文化立場，講好中國故事，傳播好中國聲音”。我國石窟的開鑿與佛教在我國的傳播密不可分，佛教是由印度經西域傳入我國的，我國的石窟文化遺產融匯了西方和中國的繪畫、雕塑等傳統技法和審美情趣，體現了我國和西域國家的社會史、佛教史、藝術史及交流史，所以石窟文化遺產的傳播可以與“一帶一路”等國家戰略規劃相結合，運用石窟文化遺產的具體特點及地域特色反映國家大戰略，豐富石窟文化遺產的表達方式，挖掘石窟文化遺產更深層次的內涵。

二是“傳統+現代”的方式，實現全方位立體化傳播。各種類型的新媒體在我們的社會傳播中發揮著巨大的作用，在這種環境下也為我們石窟寺文化遺產的傳播提供了便利。在保證報紙、書籍、電視、廣播等傳統媒體傳播方式的基礎上，應利用社交媒體、短視頻、數字化呈現（AR、VR）等方法為石窟文化遺產的傳播賦予新的動能，借助各種方式實現石窟文化遺產的全方位立體化的傳播。

三是做好頂層設計，引領傳播潮流。不管通過何種方式、何種形式對石窟文化遺產進行傳播，都應該注重頂層設計，官方始終作為領導者引領傳播方向，同時積極聯系專家學者與保護工作者參與到石窟文化遺產的傳播中去，保證傳播方式和內容的良性循環，使之成為公眾隨處可見、喜聞樂見、廣泛聽見的中華優秀傳統文化。

3.2 云岡石窟第20窟西立佛傳播實踐

云岡石窟20窟西立佛在完成復原的基礎上，我們通過多種方式向公眾和研究者展示此次復原成果。一是3D打印。為了使云岡石窟第20窟西立佛的復原成果更直觀地展現在公眾面前，我們利用數字化技術制作了高精度云岡石窟20窟西立佛數字模型，并利用3D打印技術將云岡石窟20窟西立佛數字模型進行了等比例的復制，同時還將復原研究過程做了相對通俗的解釋，以簡約、概括為導向，重視文獻性以及陳述性，以復原流程進行展線布置，做到完整、清晰、客觀地呈現給不同受眾群體及個人。二是2022年首屆北京藝術雙年展。為了讓公眾近距離接觸云岡石窟20窟西立佛文物殘件，了解石窟復原的全過程，西立佛殘件參加2022年12月30日首屆北京藝術雙年展，展覽通過“窮諸巧麗”“因巖結構”“真容巨壯”三個單元，借由數字技術的幫助，與觀眾一起從全新的視角領略云岡石窟的風采。三是西立佛復原小游戲。石窟文化遺產的傳播受眾相對其他內容的受眾較小，為擴大石窟文化遺產的傳播受眾，我們開發了西立佛復原小游戲，利用現存的殘塊讓使用者進行拼接，將石窟文化遺產的復原更直觀、更有趣地展示給公眾，讓公眾參與文化遺產的復原，從而讓文化遺產的復原工作變成一種老少皆宜的游戲，擴大受眾范圍。

4 結語

文物的數字化保護技術已成為一種重要的保護方法，它彌補了傳統文物保護的多項短板，有效避免了傳統修復模式耗時費力且處處存在風險的缺點。利用三維激光掃描技術和近景攝影測量技術采集并重建文物三維模型，在此基礎上開展文物的數字復原工作，能最大限度減少修復過程中不必要的材料和時間消耗，提高工作效率；克服傳統修復工作對文物實體的干預，給文物保護修復工作人員提供一種更加適用和可持續的修復選擇。隨著多元傳播途徑的實踐和常設展覽的開展，不僅可以增強中華文化的影響力，同時將推動石窟文化遺產復原、傳播等產業鏈的發展，對于文化遺產的保護與保存、研究與教育、傳承與弘揚、創新與發展具有十分重要的意義。

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