位于山西大同的云岡石窟,，一千五百年屹立不倒。但通過精細(xì)的測量手段,，保護(hù)它的人知道,，每年在自然狀態(tài)下，洞窟每平方米平均有超過10立方厘米砂巖剝落,。

看似微不足道的形變,，放在十年、百年,、千年的尺度里,，便十分可觀。雖然文物保護(hù)的手段越來越豐富,，但石窟的退化遵照自然的法則,，無法徹底遏制。

保護(hù)者正通過別的方式,，挽留這些精美而歷經(jīng)滄桑的佛像,。云岡石窟研究院通過數(shù)字化技術(shù)，正在將石窟的信息全部記錄,、重現(xiàn)在數(shù)字空間里,，再利用3D打印，將這些洞窟等大,、逼真地再現(xiàn),。

云岡45個(gè)大窟和200多個(gè)小窟分布在武周山南麓，自東向西延綿一公里,，其中立著約5.9萬尊千姿百態(tài)的佛像,。這些融匯中國、印度,、希臘,、羅馬等中西風(fēng)格的壯麗石窟，一千五百年來與山融為一體,，俯視大同,。

如今，被“復(fù)制”的云岡大佛們,，走出大山,，走進(jìn)青島、北京,、杭州等地,，未來還計(jì)劃環(huán)游世界,。

夜拍十一窟

10月20日晚上7點(diǎn)，潘鵬跟同事打著手電,，走進(jìn)云岡第十一窟的窟檐,。窟檐是一座三層仿古木質(zhì)建筑,，為了保護(hù)石窟所建,，緊貼在石窟外面，相當(dāng)于一層外殼,?！皻ぁ眱?nèi)還可以安裝設(shè)備，為石窟調(diào)節(jié)干濕度,。

這一天大同氣溫驟降,，晚上已經(jīng)低于10℃。他們穿著抓絨開衫,，外面套上沖鋒衣,，冷氣依然侵入身體，保溫水壺必不可少,。

一臺無影燈和棚閃燈投向工作區(qū),，將黑暗的石窟照亮。李澤華和王超拿著單反相機(jī),，拍攝東壁最后剩余的一部分,，在內(nèi)壁投下巨大的影子。為了補(bǔ)光均勻,，相機(jī)都安裝了特別的環(huán)形LED補(bǔ)光燈,。窟檐里的工作準(zhǔn)備區(qū),，立著十幾個(gè)棚閃燈,、無影燈，各種器材的黑色充電器鋪了一地,。

他們站立的地方,，是距離地面十多米的腳手架，腳手架上鋪著木板,，行走時(shí)會晃動(dòng),。腳手架的鋼管從地面升起來，縱貫石窟,，每隔1.5米左右分為一層,。

第十一窟的數(shù)字化采集在今年國慶假期后啟動(dòng)，前幾天剛完成窟頂?shù)谝粚拥墓ぷ?，第一層木板隨即拆除?，F(xiàn)在是從上往下數(shù)的第二層，仰頭就是窟頂,。王超從木板上小心走過,，腳邊不遠(yuǎn)，木板邊緣已經(jīng)露出半個(gè)佛頭,。

當(dāng)天白天,，洞窟里還進(jìn)行了另外兩種采集工作：手持三維掃描和站式三維掃描。

龐博手持三維激光掃描儀,，如超市收銀的掃碼器大小,，一點(diǎn)點(diǎn)在壁面前移動(dòng)，與之相連的電腦上實(shí)時(shí)出現(xiàn)掃描出的畫面,。沒接收到的地方,，就形成一個(gè)黑洞，他一邊掃一邊盯著電腦檢查,，隨時(shí)彌補(bǔ)缺失,。

站式激光掃描儀則在整層基本采集完時(shí)啟用，定位在一點(diǎn),，自動(dòng)對周邊空間進(jìn)行360度掃描,。站式激光掃描儀對穩(wěn)定性要求極高，掃描時(shí)周邊不能有任何晃動(dòng),，除了負(fù)責(zé)操作的王家鑫,，其余人全部退出洞窟。

近景攝影測量,、手持三維激光掃描和站式三維激光掃描,，三種采集方式各有所長。

“攝影的優(yōu)勢是像素比較高,，紋理十分清晰,，但由于是二維轉(zhuǎn)三維，空間結(jié)構(gòu)有誤差,。激光掃描的空間坐標(biāo)準(zhǔn),，可以對攝影測量進(jìn)行校準(zhǔn)，使得三維結(jié)構(gòu)更準(zhǔn)確,?！痹茖哐芯吭簲?shù)字化室第十一窟數(shù)字化項(xiàng)目負(fù)責(zé)人潘鵬解釋。站式三維掃描則可以記錄整個(gè)洞窟的空間尺度,，就像定制一個(gè)尺寸標(biāo)準(zhǔn)的框架,，將此前采集的三維圖像裝進(jìn)去。最終產(chǎn)出的結(jié)果,，是準(zhǔn)確的三維彩色模型,。

這三種方式結(jié)合的技術(shù)方案,，云岡石窟數(shù)字化團(tuán)隊(duì)探索了10多年才形成。

云岡的約5.9萬尊佛造像,，最高達(dá)17.3米,，最小僅2厘米高，拇指大小,。他們一寸寸采集圖片和數(shù)據(jù),，正在將讓這些佛造像在數(shù)字空間里“重生”，永遠(yuǎn)保持今天的容貌和色彩,。

3D大佛的誕生

一夜的趕工,，第十一窟的第二層數(shù)據(jù)采集全部結(jié)束。

近景攝影組的兩臺單反相機(jī),，每臺每天大約要摁1萬次快門,，一共采集近2萬張照片。一個(gè)項(xiàng)目完工,，要采集50萬張以上,，快門基本被摁到失效。最困難的部分是佛龕內(nèi)的死角,，他們得換用卡片相機(jī),，“凹”出各種姿勢，伸到佛像的耳后,、側(cè)面拍攝,，腳下要注意安全，手上又不能觸碰文物,。

10月21日一早,，工人師傅入場，拆除第二層的木板,。拆完以后,，木板將移到第三層鋪設(shè)。整個(gè)過程持續(xù)一到兩天,，整層的數(shù)據(jù)采集需要一天半到兩天,，加起來，每一層的工作需要4天完工,。

“一共搭了九層,，還有七層，那就是28天左右,?！迸所i算了一下，“必須抓緊工期了，要不然到時(shí)候就很冷了,?！?/p>

他預(yù)計(jì)到11月下旬，窟內(nèi)的采集就要停止了,。前車之鑒就在眼前,，前幾年歲末年初，他們做了第十二窟的數(shù)據(jù)采集,，當(dāng)時(shí)氣溫低到相機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)，設(shè)備接連出了問題,。

數(shù)據(jù)處理員趙曉丹的工作環(huán)境稍好,，不用在窟內(nèi)受凍。在辦公室,，她負(fù)責(zé)將前方拍攝的照片導(dǎo)入電腦,，快速瀏覽檢查，剔除不合要求的照片,，然后導(dǎo)入圖像處理軟件,。軟件會自動(dòng)提取每張照片的特征點(diǎn)，抽離色彩信息和幾何特征,，變成間隔0.02毫米的一個(gè)個(gè)點(diǎn)源,。由點(diǎn)連成線，三條線組成一個(gè)面,，面與面合成空間,，完成從二維照片到三維模型的初步處理。

云岡石窟研究院數(shù)字化室的辦公室里,，五臺電腦承擔(dān)著這項(xiàng)工作,，每臺電腦的顯示器連接多達(dá)5臺主機(jī)，才能滿足運(yùn)算能力,。這樣“疊羅漢”式的配置,，能夠用一夜時(shí)間處理當(dāng)天拍攝的1萬至2萬張照片，白天則繼續(xù)處理前晚加班采集的數(shù)據(jù),。

每當(dāng)一個(gè)新的采集項(xiàng)目啟動(dòng),，這些計(jì)算機(jī)都嗡嗡作響，夜以繼日,。

最讓趙曉丹擔(dān)心的是,，有時(shí)候算了一夜，結(jié)果計(jì)算出的模型出了差錯(cuò),，他們稱之為“跑飛了”,。有時(shí)，龐大的運(yùn)算量還會讓計(jì)算機(jī)宕機(jī),，只能從頭再來,。不過,，云岡石窟研究院正在建設(shè)文物系統(tǒng)第一個(gè)先進(jìn)計(jì)算中心，他們將“鳥槍換炮”,，擁有更大,、更快的運(yùn)算能力。

這時(shí),，遠(yuǎn)在深圳的合作工廠里,，數(shù)十臺3D打印機(jī)將三維模型的數(shù)據(jù)，打印成數(shù)百個(gè)立體模塊,。其后,，美術(shù)師與工人師傅一起，為與洞窟等大的十幾米高3D模型上色,。

這個(gè)過程將持續(xù)8個(gè)月,。去年夏天，平面設(shè)計(jì)出身的趙曉丹在深圳待了兩個(gè)月,，為此前采集完數(shù)據(jù)的第十二窟模型上色,，“畫面十分壯觀?！?/p>

巴黎圣母院的警示

今年6月,，浙江大學(xué)藝術(shù)與考古博物館迎來一個(gè)完整的云岡洞窟。通過3D打印和組裝,，第十二窟被等比例“復(fù)制＋粘貼”到杭州,。

這是浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院與云岡石窟研究院聯(lián)合完成的世界首個(gè)可拆卸3D打印數(shù)字化石窟，雙方希望這個(gè)石窟未來能走向全球巡展,。

第一個(gè)等比例3D打印的石窟,，是2017年在青島城市傳媒集團(tuán)廣場永久落地的第三窟。第三窟是云岡最大的石窟,，整個(gè)項(xiàng)目歷經(jīng)數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)處理、3D打印,、結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)施工,、打印件拼裝、光源設(shè)計(jì)安裝,、噴砂上色等工序,，歷時(shí)2年。

“如果你想看云岡石窟,，必須來現(xiàn)場,，所以有人一輩子都不知道云岡石窟什么樣子。”云岡石窟研究院數(shù)字化室技術(shù)員王家鑫說,，“最好的方式,，就是讓文物走到大家身邊?！?/p>

不過,，一開始，石窟數(shù)字化的目的并非為了展示,，而是出于對文物保護(hù)的迫切需要,。

直觀來看，云岡石窟可能每隔十年都有可見的變化?，F(xiàn)代技術(shù)佐證了這一感受,，從2012年起，配合云岡五華洞窟檐保護(hù)工程,，云岡石窟研究院對第九、十窟的列柱進(jìn)行了持續(xù)表面落沙量監(jiān)測,。監(jiān)測結(jié)果表明,，在未修建窟檐前，1平方米的面積上,，平均每年大約會剝掉落10點(diǎn)多立方厘米的砂巖,。

在一些石窟最內(nèi)側(cè)的北壁，因山體滲水導(dǎo)致的壁面剝落尤為劇烈,，造像已經(jīng)模糊不清,，甚至退化成近乎一個(gè)平面，無法知道曾經(jīng)是什么樣,。留存當(dāng)下的數(shù)字資料,，將為未來彌補(bǔ)這種遺憾。

去年4月,，巴黎圣母院遭遇火災(zāi),。慶幸的是，此前完成的激光掃描數(shù)字化采集,，用10億多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄了圣母院的全貌,，可為重修提供依據(jù)。這件事提醒全世界文化遺產(chǎn)機(jī)構(gòu),，為應(yīng)對不測之虞,，必須盡早建立數(shù)字檔案。

浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院副院長李志榮認(rèn)為,，當(dāng)前石窟寺數(shù)字化最核心的目的,，是了解我國石窟寺文物本體基本現(xiàn)狀，用數(shù)字化方法，將中國大地上石窟所有信息在21世紀(jì)老老實(shí)實(shí),、系統(tǒng)記錄下來,。

近期目標(biāo)來看，她希望5年之后,，使中國能得到一個(gè)包含石窟寺翔實(shí)基本信息的大數(shù)據(jù)庫,，各石窟寺都能收獲扎實(shí)的數(shù)字檔案，使得其他各項(xiàng)事務(wù)都能升級,。

虛擬修復(fù)與數(shù)字回歸

在云岡石窟研究院數(shù)字化室主任寧波看來,，云岡石窟是開展數(shù)字化難度最高的一類石窟。

云岡石窟作為高浮雕石窟杰作,，體量巨大,，“山是一座窟，窟是一座山”,。而且空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，既有印度的穹廬頂，又有北魏皇家的中式宮殿樣式,，遍布希臘,、羅馬、印度,、中式的建筑,、人物、動(dòng)物,、花草紋樣的精湛雕刻,。“那么巨大的體量,、復(fù)雜的空間,、精湛的雕刻，造成的整個(gè)三維數(shù)字化工作的采集難,、存儲難,、應(yīng)用難?！睂幉ㄕf,。

最早，云岡石窟曾經(jīng)想借用敦煌的數(shù)字化采集方法來做,，走了彎路,，因?yàn)槎鼗蛿?shù)字化的對象主要是壁畫，而云岡石窟的主體是高浮雕造像,?！按罂叽笙?，從技術(shù)到工程遇到許多實(shí)際問題，我們經(jīng)過10多年的探索,，才基本解決了云岡石窟三維數(shù)字化采集的難題,。”

在此過程中,，云岡石窟充分借助外力,。例如，北京建筑大學(xué)最早為云岡石窟解決了外立面數(shù)字化難題,，浙江大學(xué),、武漢大學(xué)與云岡研究院合作，提供了充分的技術(shù)支持,。

由于云岡石窟在全國石窟寺中具有典型性,，“當(dāng)他們來到云岡時(shí)，都覺得解決了云岡的數(shù)字化采集難題,，全國大部分石窟的難題也會迎刃而解,。”寧波說,，這幾家共同成立了“數(shù)字云岡聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”,，解決石窟采集、保存和應(yīng)用難題,。

當(dāng)石窟建立起數(shù)據(jù)庫,，更多的歷史缺憾將被彌補(bǔ),。一個(gè)典型案例,，是位于河南洛陽的龍門石窟，曾利用數(shù)字技術(shù)“復(fù)原”過殘缺的文物,。

龍門石窟萬佛洞前室南壁的觀世音像龕,，體態(tài)婀娜優(yōu)雅，雕刻細(xì)膩流暢,，素有龍門“最美觀世音”的美譽(yù),，但這尊造像的發(fā)髻以下至鼻子以上慘遭破壞，面目全非,。去年,，龍門石窟研究院對其進(jìn)行虛擬復(fù)原，不僅重現(xiàn)菩薩面容,，還恢復(fù)了色彩,。

虛擬復(fù)原的依據(jù)，主要來自四個(gè)方面：老照片,、三維數(shù)據(jù)測量,、顏色檢測分析報(bào)告,，以及同時(shí)期、同類型造像參考,。研究人員利用三維掃描測繪數(shù)據(jù),，首先推斷出缺失部位的體積、長寬,、弧度等,，然后結(jié)合老照片資料和同時(shí)期、同類型造像規(guī)律,，進(jìn)行造型復(fù)原,。

由于沒有第一手的資料，彩繪的復(fù)原也相當(dāng)困難,。肉眼只能看到殘留的紅色和黑色,，但顏色檢測分析測出了少量金元素，意味著曾有金色,。再根據(jù)其他洞窟色彩檢測和出土文物對照,，并考慮到褪色效果，復(fù)原了造像的彩繪,。

如今,，龍門石窟通過APP的AR掃描、紀(jì)錄片,、3D打印等多種形式,，讓觀眾在現(xiàn)場和線上都可以看到“最美觀世音”的完整面目，并了解虛擬修復(fù)背后的故事,。

還有一種可能的應(yīng)用途徑,，是讓流失海外的石窟文物“數(shù)字回歸”。

例如一些佛像的佛頭在歷史上被盜,，經(jīng)過轉(zhuǎn)手,，成為外國博物館的藏品。被盜文物的追索,，仍然是一個(gè)難題,。不過，在被返還之前,，如果能采集到被盜文物的數(shù)字信息,，就能通過數(shù)字化手段讓佛像復(fù)原。

不斷“從頭再來”

據(jù)統(tǒng)計(jì),，全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位中,，石窟寺及石刻超過三百處。石窟寺歷史悠久,，延綿近兩千年,，縱使有免遭雷火毀滅的優(yōu)勢,，但依然遭受著風(fēng)化、滲水等自然病害,，以及歷史上的人為破壞,、被盜流失。

此前不久,，麥積山石窟藝術(shù)研究所數(shù)字中心主任董廣強(qiáng)在云岡石窟舉辦的一次石窟寺數(shù)字化保護(hù)論壇上表示,，目前麥積山石窟有數(shù)字中心，但沒有專業(yè)隊(duì)伍,，人員培訓(xùn)和設(shè)備增加等沒有同步跟上,。

麥積山石窟游客量逐年增加，已經(jīng)達(dá)到80萬人次,，但是由于多數(shù)是小型洞窟,，絕大多數(shù)內(nèi)部空間僅2至3立方米，平常都是處于封閉狀態(tài),。董廣強(qiáng)稱,，希望后續(xù)根據(jù)洞窟內(nèi)塑像精美程度等因素，完成部分重點(diǎn)洞窟的三維掃描,，并在適當(dāng)位置建立麥積山石窟文物數(shù)字展示中心,，為更多游客提供數(shù)字化參觀體驗(yàn)。

全國更多小型,、分散的石窟寺,，更難以具備專業(yè)的數(shù)字化技術(shù)和團(tuán)隊(duì)。

寧波認(rèn)為,，全國石窟數(shù)量巨大,，在短期內(nèi)都將存在數(shù)字化工作量大，時(shí)間緊迫的問題,，同時(shí)數(shù)字化采集,、存儲標(biāo)準(zhǔn)還不完善,，將來的數(shù)據(jù)所有權(quán)也都會面臨一些難題需要解決,。

全國石窟寺正在通過一些平臺聯(lián)合起來。例如,，今年9月,，中國文物保護(hù)基金會啟動(dòng)“數(shù)字重生——絲綢之路沿線石窟寺數(shù)字化保護(hù)項(xiàng)目”，云岡,、龍門,、麥積山三大石窟首批參與，探索更多數(shù)字化保護(hù)利用方式,。其長遠(yuǎn)目的在于,，在當(dāng)前石窟寺數(shù)字化工作基礎(chǔ)上,，推動(dòng)絲綢之路沿線石窟整體數(shù)字化進(jìn)程。

預(yù)計(jì)項(xiàng)目周期為6年,，前三年更側(cè)重于數(shù)字化記錄存儲,、虛擬修復(fù)、數(shù)字回歸,，以及探索數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)建立,，后三年更側(cè)重于展覽展示、公眾教育,、公益活動(dòng),，以及文化價(jià)值闡釋和傳播，籌資與傳播貫穿于全過程,。

作為數(shù)字化起步較早,、技術(shù)較為成熟的石窟寺，云岡石窟正在走出去,，幫助其他文物單位建立數(shù)字檔案,。

近年來，該團(tuán)隊(duì)帶著全套設(shè)備,，走入北京明十三陵的長陵祾恩殿,、山西運(yùn)城廣仁王廟、五臺山南禪寺以及永樂宮和華嚴(yán)寺等,。長陵祾恩殿是難度最大的一個(gè)項(xiàng)目,，他們待了兩個(gè)月，花的時(shí)間比采集云岡石窟一個(gè)洞窟還要多,。

潘鵬回憶,，長陵祾恩殿難度主要在于體量太大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，外部要用無人機(jī)攝影測量,，內(nèi)部使用三維掃描儀。大殿地面鋪設(shè)古磚,，無法直接立鋼柱,，他們自己設(shè)計(jì)定制了一個(gè)氣柱，底部為氣墊,，可以將鋼柱升到十米多高,，將掃描儀放在上面，掃描高處的建筑細(xì)節(jié),。

從2005年云岡石窟啟動(dòng)外立面數(shù)字化采集開始,，至今大約完成整體石窟三分之一的數(shù)據(jù)采集。不過,，隨著技術(shù)的迭代,，這項(xiàng)工作往往需要“從頭再來”,。

云計(jì)算、大數(shù)據(jù),、虛擬現(xiàn)實(shí),、知識圖譜、人工智能等更多的數(shù)字技術(shù),，正擺到文保工作者面前,。李志榮認(rèn)為，要對技術(shù)持開放態(tài)度,，新技術(shù)的介入將擴(kuò)展石窟寺保護(hù)的手段,，升級石窟寺保護(hù)的流程，也將提升數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn),。

潘鵬說,，四五年前進(jìn)行了第五窟的數(shù)字化，現(xiàn)在看,，當(dāng)時(shí)的技術(shù)已經(jīng)落后了,，數(shù)據(jù)精度也不如現(xiàn)在。他預(yù)計(jì),，當(dāng)前設(shè)備采集的數(shù)據(jù),，五到十年可以保持在先進(jìn)水平。但在那之后,，新一輪的采集或許又要開始了,。