莫高窟45窟西龕數字建模

莫高窟45窟數字圖像與3D建模綁定形成的數字模型

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字展示中心項目提供)

       “十一”國慶期間，敦煌莫高窟數字展示中心自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，洞窟如何實現數字化?敦煌研究院數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。隨著游客量的持續增長，石窟自然損耗呈現加速趨勢。2003年全國政協十屆一次會議上，敦煌研究院院長樊錦詩同25位全國政協委員一道提出了《關于建設敦煌莫高窟游客服務中心的建議》的提案，建議利用現代數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》是莫高窟數字展示中心項目建設的核心內容之一，其制作過程大致分為典型洞窟數字化采集、高精度球幕CG渲染和影片后期這3個階段。

       敦煌研究院數字中心副主任劉剛參與了數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量的數字化影像采集，以確保達到高精度球幕電影展示畫面的質量需求。據了解，洞窟數字化過程中需運用高分辨率數字攝影、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，經過反復試驗、修正，才能獲得最終的高清敦煌壁畫與洞窟數字圖像和3D模型資料。由于洞窟數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，參與洞窟數字化采集的技術人員就超過50人。

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

       高標準、真實還原洞窟面貌

       為更好地展現出洞窟壁畫、彩塑的每一個細節，敦煌研究院要求洞窟的數字化要真實還原洞窟原貌。“近年來快速發展的數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，三維掃描技術出現和發展，也使數字化還原一個真實的洞窟有了可能。”劉剛說，通過精細的數字化技術，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。這一系列技術的合理應用，為《夢幻佛宮》的完美呈現奠定了堅實的技術基礎。

       敦煌研究院數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》中洞窟壁畫的數字攝影和拼接處理借鑒了敦煌研究院持續進行的壁畫數字化研究技術的經驗。除圖像獲取和拼接外，數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，在沒有先例經驗可以借鑒的情況下，數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

      目前高質量的平面數字電影分辨率是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，敦煌莫高窟數字展示中心特別采用球幕電影的展示方式來展現洞窟藝術。《夢幻佛宮》是全球首部展現文化遺產的8k高分辨率球幕電影，實現了莫高窟經典洞窟沉浸式的實景再現，體驗效果震撼。

      敦煌研究院在數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字球幕技術，內置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，經融合拼接產生完整的球幕影像;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，該球幕影廳系統內還配備了多語言紅外語音系統，為外國游客觀賞影片提供不同的語種服務。

     莫高窟洞窟的數字化是一項持續性的工作，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，歷經十六國、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代的興建，形成巨大的規模，現存有洞窟735個，壁畫4.5萬平方米、泥質彩塑2415尊，是我國現存規模最大、保存最完好、內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。