用数字化手段传承云冈文化基因

2020-06-19 | 文/张怡 | 来自:国家文物局  分享:

这里,工作人员利用无人机、地面三维激光扫描和手持三维激光扫描技术为云冈的洞窟进行数据采集,建立起精密的数字档案。

这里,要添加的打印材料不是纸张和墨水,而是砂岩质、树胶质、有机化合物,再连接上高精度高保真的数据,3D打印机飞快地逐层打印出清晰的佛头。

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游客体验云冈石窟VR(资料图)

这里,站在体验区戴上VR眼镜,观众可以站在虚拟莲花上“缓缓上升”,观赏壮美的第18窟佛像;VR手柄在游客手中变成手电筒,用来寻找石窟中的飞天。

这里是云冈石窟研究院数字化室,新科技,令文物可触摸、可感知,让云冈的含笑佛陀走出冰冷的石壁“活起来”,被大众铭记。

“‘历史文化遗产是不可再生、不可替代的宝贵资源,要始终把保护放在第一位。’习近平总书记的嘱托言犹在耳。”云冈石窟研究院院长张焯说,“云冈致力于发展文物数字化保护,通过三维激光扫描、3D打印复制、VR成像显示等一系列举措,探索出了一条数字化保护之路”。

保护为先,建设数字档案

“数字化是一种技术手段,服务于大众,也服务于保护工作和研究人员,这是云冈的特色所在。”

在崭新的文物修复办公楼里,记者走进数字化室办公地。随着工作人员的操作,电脑屏幕上出现一座大殿建筑的三维图像,移动鼠标可以实现360°的观测。云冈数字化室副主任何勇告诉记者:“目前云冈已经完成三分之一石窟数据的收集,云冈的数据库容量已经多达200TB。”何勇介绍,“这些档案可以调整视角观看,还可以进行量测,精度能达到毫米级。”

在谈到云冈的数字化初衷时,何勇说道,采集的数据主要与石窟保护相结合,为模拟石窟寺文物修复服务。何勇在工作中看到过云冈最著名的20窟佛像不同年代的照片。“1987年、2007年、2017年,短短30年,原来很清楚的造像细节已经模糊。”这种珍贵文物的消逝令他感到惋惜,云冈的佛像其实无时无刻不在被风化剥蚀。把云冈的佛像全部用数据留住,用数据将它的美保护起来,是云冈数字化室成立的初心。

“对佛像的制造,古代工匠会有自己的想法,却由于风化变得没有了相关的任何印记,相应的研究也就会缺失内容。”现在,数字化团队用数据去分析处理,帮助进行预防性保护和精度极高的修复,来努力延缓石窟的消失速度。数字化技术可以模拟修复技术用于评估保护方案,还可以模拟自然灾害对石窟的影响,如模拟地震对石窟的损坏等。

云冈石窟的数字化探索开始于2003年,主要与高校、研究所合作或者作为委托人,共同完成数字化项目。在2012年云冈石窟数字中心成立后,从文物工作的角度开始进行自主创新。云冈人为了更好地获得石窟数据用于保护,不计项目周期和经济收益,对数据的精度、任何变化的记录都力求十分准确。有时为了获得一张精确的佛像风化线图,数字化团队会“挑剔”地进行返工。

3D打印,让文物活起来

多年来,云冈人一直有把云冈文化“搬”出去向全世界展示的想法,然而,云冈石窟与佛造像都是不可移动文物,想法实现起来非常难。

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云冈第12窟原大复制窟

怀着这个美好的梦想,云冈数字化团队开始接触3D打印技术。在团队努力下,第一个1:180的打印大佛产生了,打印出的“大佛”精巧细致。团队怀着信心,继续探索打印出1:20、1:6、1:5的大佛,不断地接近那个1:1的本体。慢慢地,从打印小件的佛龛、佛头,到可以打出整个洞窟……打印出大佛不再是奢望。

后来云冈人在与浙江大学接洽时,提出联合打印大佛的想法,云冈需要大学的力学研究和材料结构的科研力量。于是,在两家单位联合攻关下,2017年12月,云冈最大的洞窟——第3窟西后室打印成功,这是世界上首次使用3D打印技术实现的大体量文物复制工程。

在此之后,云冈石窟又用这种技术手段原比例打印出20米高的第18窟和第12窟“音乐窟”。相比“第一版本”,改良后的打印石窟本体变成可移动、可拆卸式,并且石窟雕塑本身的色彩更丰富。

3D打印佛像基本会经历五个阶段:数据采集、切块分析、数据调整、打印运输、拼合上色。然而在打印前后,数字化团队要考虑的东西太多了。

数据的采集和处理是3D打印准备阶段的重头。3D打印技术对原始数据的采集精度要求很高,需要做到高保真的水平。之后切块处理中,切块大小并不相同,以防止拼合中的缝隙影响洞窟的精美程度。接着,力学专家对石窟的承重、钢结构设计进行分析,调整数据。最后将数据导入打印机中,打印和拼合后,再由云冈美术工作队上色,一座高还原度的洞窟才算完成。

在石窟打印材料的选择上,技术人员告诉记者,石窟采用的PLA高分子有机化合材料,是经过了一年多测试才被选中的。该材料绿色环保,硬度高又轻便,打印的佛窟可以保存到50年后,并且能抵御酷暑、大风和火灾的威胁。

记者了解到,打印头是3D打印机最核心的部件。云冈为了能够打出更逼真的大佛,与合作单位原创出匹配高精度数据的打印头。在3D打印佛窟的项目中,云冈已经产生了十余种关键的技术突破。

云冈人的辛苦没有白费,3D打印石窟取得了观众们的热烈反响。打印出的大佛高大壮观、美不胜收,与原始本体几乎难辨真伪,就连风化的痕迹也被细致还原。观众们在网站微博上看到打印石窟的新闻,纷纷表示“太振奋人心了”“为云冈点赞”。

在云冈人不断地科研交流和技术革新下,云冈“走出去”的梦想正在逐步实现:云冈的展览不仅只有图片和文物,还应用VR、AR增强观众体验,再加上实体“等大但不等重”的还原洞窟以及精美的文创产品……让云冈真正地“活起来”。

科研交流,云冈数字化在前进

2016年,云冈石窟研究院与浙江大学、武汉大学、北京建筑大学、大同市测绘院共同成立了“数字云冈联合实验室”,为开展数字化科研工作奠定基石。

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云冈第18窟原大复制窟

在行业内,2019年9月云冈数字化室发布山西省地方行业标准《石窟寺文物近景摄影测量三维数字化采集规程》和《石窟寺文物三维激光扫描数字化采集规程》,这是山西省文博系统第一、二个行业标准,对未来山西文物数字化保护具有重要的意义。2017年云冈“一种定量测量砂岩质文物表面风化速度的方法”获得发明专利,这是山西省文博系统第一个发明专利。

在云冈,数字化的科研交流频繁,由项目推动的与高校科研合作促使技术不断升级。云冈的数字化团队还对外承接了多项文物数字化项目,绍兴舜王庙数字化工程、北京明十三陵长陵数字化工程等,实现了技术走出云冈、走出山西,为全国的文物保护工作作出了一定贡献。

谈到云冈与外界的数字化交流,张焯对记者说:“云冈不仅应该学习敦煌数字化的经验,还要探索云冈特色。”云冈石窟的数字化具有自身的数字特殊性,立体式的洞窟更难进行数据处理和分析。云冈的数字化需要进一步去思考如何能更好地去保护,“我们的使命,就是尽可能用现在科技的最高水平,把云冈保护好,让它永久地传承下去!”

责任编辑:李芳

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