莫高窟45窟西龕數(shù)字建模

莫高窟45窟數(shù)字圖像與3D建模綁定形成的數(shù)字模型

最終形成的莫高窟45窟球幕渲染圖像效果圖(本文圖片由莫高窟數(shù)字展示中心項目提供)

       “十一”國慶期間，敦煌莫高窟數(shù)字展示中心自9月10日正式啟用后迎來了首批黃金周游客，其中推出的大型球幕電影《夢幻佛宮》引起眾多游客的關注。該影片以數(shù)字化為基礎，利用當代先進的信息技術和展示手段，以全方位、立體化的虛擬洞窟場景，引領游客徜徉在流光溢彩的千年敦煌藝術中。

       那么，人們在《夢幻佛宮》中看到如此細致入微、令人震撼的洞窟壁畫、彩塑的影像是如何采集的，洞窟如何實現(xiàn)數(shù)字化?敦煌研究院數(shù)字中心的相關負責人向記者揭開了球幕電影背后的奧秘。

       技術攻關實現(xiàn)保護初衷

       莫高窟早在1961年就被國務院公布為全國重點文物保護單位。隨著游客量的持續(xù)增長，石窟自然損耗呈現(xiàn)加速趨勢。2003年全國政協(xié)十屆一次會議上，敦煌研究院院長樊錦詩同25位全國政協(xié)委員一道提出了《關于建設敦煌莫高窟游客服務中心的建議》的提案，建議利用現(xiàn)代數(shù)字技術向游客展示莫高窟歷史文化背景和精美洞窟藝術，之后再適度實地參觀洞窟，以緩解文物保護和開放利用間的矛盾。

       20分鐘的影片《夢幻佛宮》是莫高窟數(shù)字展示中心項目建設的核心內(nèi)容之一，其制作過程大致分為典型洞窟數(shù)字化采集、高精度球幕CG渲染和影片后期這3個階段。

       敦煌研究院數(shù)字中心副主任劉剛參與了數(shù)字展示中心建設的整個過程，他告訴記者，敦煌研究院在該電影制作前期，先后選取11個典型莫高窟洞窟進行了高質(zhì)量的數(shù)字化影像采集，以確保達到高精度球幕電影展示畫面的質(zhì)量需求。據(jù)了解，洞窟數(shù)字化過程中需運用高分辨率數(shù)字攝影、色彩校正、智能拼接、3D掃描技術、3D建模技術等大量先進技術，經(jīng)過反復試驗、修正，才能獲得最終的高清敦煌壁畫與洞窟數(shù)字圖像和3D模型資料。由于洞窟數(shù)字化的技術要求很高，該項目組織專門技術隊伍，分別進行洞窟掃描、洞窟拍攝、洞窟三維建模、壁畫圖像拼接與處理、洞窟高精度紋理綁定等工作，參與洞窟數(shù)字化采集的技術人員就超過50人。

       “將數(shù)字化技術與古老的石窟相結合，不僅可以成功實現(xiàn)珍貴壁畫的文物信息保存，還可有效壓縮游客在洞窟內(nèi)的參觀時間，改善莫高窟的開放環(huán)境，實現(xiàn)敦煌莫高窟‘永久保存、永續(xù)利用’的目標。”劉剛說。

       高標準、真實還原洞窟面貌

       為更好地展現(xiàn)出洞窟壁畫、彩塑的每一個細節(jié)，敦煌研究院要求洞窟的數(shù)字化要真實還原洞窟原貌。“近年來快速發(fā)展的數(shù)字攝影技術和圖像處理技術，使獲取高精細壁畫圖像有了可行性，效率也有極大提高。另外，三維掃描技術出現(xiàn)和發(fā)展，也使數(shù)字化還原一個真實的洞窟有了可能。”劉剛說，通過精細的數(shù)字化技術，使敦煌壁畫的絢麗畫面、細膩的紋理都可以清晰地向人們呈現(xiàn)。這一系列技術的合理應用，為《夢幻佛宮》的完美呈現(xiàn)奠定了堅實的技術基礎。

       敦煌研究院數(shù)字中心攝影室主任孫洪才說，一般一個洞窟需要拍攝4000至5000張片子，較大的洞窟甚至需要拍4萬多張片子，并且，拍攝圖片時要精準把握拍攝的精度和時間，像《夢幻佛宮》中呈現(xiàn)的壁畫、彩塑，其拍攝精度均達到300dpi。一幅壁畫圖片，對其橫向、縱向拍攝的圖片分別都有幾十排，為了減少鏡頭的畸變，每張圖片之間的重疊度為50%。截至目前，敦煌研究院前期圖片的數(shù)字化采集已完成了120多個洞窟，后期合成了20多個洞窟。

      《夢幻佛宮》中洞窟壁畫的數(shù)字攝影和拼接處理借鑒了敦煌研究院持續(xù)進行的壁畫數(shù)字化研究技術的經(jīng)驗。除圖像獲取和拼接外，數(shù)字展示中心在球幕影片的制作過程中，特聘請技術人員對洞窟進行三維掃描，以獲取洞窟的結構，形成洞窟的三維模型。“此時獲取的洞窟結構是立體無色的，為了充分表現(xiàn)敦煌壁畫的精美，需要將拍攝的洞窟壁畫圖像紋理綁定到洞窟三維模型上，從而達到與實際洞窟一致的目標。” 劉剛告訴記者。

      將洞窟壁畫圖像紋理與三維模型綁定是此次技術上的難點，在沒有先例經(jīng)驗可以借鑒的情況下，數(shù)字展示中心項目組不斷探索，克服技術上的困難，通過與武漢大學的合作，有效解決了壁畫圖像同洞窟模型的綁定融合問題。

高精度球幕展示，效果震撼

      目前高質(zhì)量的平面數(shù)字電影分辨率是4k，而球幕電影的分辨率則要求達到8k，即分辨率達到7680×4320。為了給游客提供最佳的觀影體驗，敦煌莫高窟數(shù)字展示中心特別采用球幕電影的展示方式來展現(xiàn)洞窟藝術。《夢幻佛宮》是全球首部展現(xiàn)文化遺產(chǎn)的8k高分辨率球幕電影，實現(xiàn)了莫高窟經(jīng)典洞窟沉浸式的實景再現(xiàn)，體驗效果震撼。

      敦煌研究院在數(shù)字展示中心專門設置了兩個可以同時分別接待200人的球幕影廳，用來播放《夢幻佛宮》。球幕影廳采用了當今國際上最新的數(shù)字球幕技術，內(nèi)置18m直徑無縫、透聲鋁合金球形銀幕，6臺4k Sony LCOS超高清投影儀同時向四周和頂投射圖像，經(jīng)融合拼接產(chǎn)生完整的球幕影像;影片和音響的播放則由后臺各30余臺電腦支持，做到圖像、聲音實時同步，從而營造出一個逼真的虛擬洞窟，讓人仿佛置身其中，盡情感受千年壁畫的絢爛和輝煌。

此外，該球幕影廳系統(tǒng)內(nèi)還配備了多語言紅外語音系統(tǒng)，為外國游客觀賞影片提供不同的語種服務。

     莫高窟洞窟的數(shù)字化是一項持續(xù)性的工作，千百年珍貴的壁畫信息需要及時保存，向游客展示的影片也需要及時進行內(nèi)容更新。

     敦煌莫高窟位于甘肅省敦煌市東南25公里處，開鑿在鳴沙山東麓斷崖上，俗稱千佛洞，始建于十六國的前秦時期，歷經(jīng)十六國、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代的興建，形成巨大的規(guī)模，現(xiàn)存有洞窟735個，壁畫4.5萬平方米、泥質(zhì)彩塑2415尊，是我國現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完好、內(nèi)容最豐富的古典文化藝術寶庫，也是舉世聞名的佛教藝術中心，有“東方世界藝術博物館”之稱。