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個大窟和200多個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，未來還計劃環(huán)游世界。

夜拍十一窟

10月20日晚上7點，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。“殼”內(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。為了補光均勻，相機(jī)都安裝了特別的環(huán)形LED補光燈。窟檐里的工作準(zhǔn)備區(qū)，立著十幾個棚閃燈、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，行走時會晃動。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，前幾天剛完成窟頂?shù)谝粚拥墓ぷ鳎谝粚幽景咫S即拆除。現(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，一點點在壁面前移動，與之相連的電腦上實時出現(xiàn)掃描出的畫面。沒接收到的地方，就形成一個黑洞，他一邊掃一邊盯著電腦檢查，隨時彌補缺失。

站式激光掃描儀則在整層基本采集完時啟用，定位在一點，自動對周邊空間進(jìn)行360度掃描。站式激光掃描儀對穩(wěn)定性要求極高，掃描時周邊不能有任何晃動，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。”云岡石窟研究院數(shù)字化室第十一窟數(shù)字化項目負(fù)責(zé)人潘鵬解釋。站式三維掃描則可以記錄整個洞窟的空間尺度，就像定制一個尺寸標(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。一個項目完工，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。”潘鵬算了一下，“必須抓緊工期了，要不然到時候就很冷了。”

他預(yù)計到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)時氣溫低到相機(jī)自動關(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。軟件會自動提取每張照片的特征點，抽離色彩信息和幾何特征，變成間隔0.02毫米的一個個點源。由點連成線，三條線組成一個面，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)，才能滿足運算能力。這樣“疊羅漢”式的配置，能夠用一夜時間處理當(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)一個新的采集項目啟動，這些計算機(jī)都嗡嗡作響，夜以繼日。

最讓趙曉丹擔(dān)心的是，有時候算了一夜，結(jié)果計算出的模型出了差錯，他們稱之為“跑飛了”。有時，龐大的運算量還會讓計算機(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)第一個先進(jìn)計算中心，他們將“鳥槍換炮”，擁有更大、更快的運算能力。

這時，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。

這個過程將持續(xù)8個月。去年夏天，平面設(shè)計出身的趙曉丹在深圳待了兩個月，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。”

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)合完成的世界首個可拆卸3D打印數(shù)字化石窟，雙方希望這個石窟未來能走向全球巡展。

第一個等比例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，整個項目歷經(jīng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、3D打印、結(jié)構(gòu)體設(shè)計施工、打印件拼裝、光源設(shè)計安裝、噴砂上色等工序，歷時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。”

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。現(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10億多個數(shù)據(jù)點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)老老實實、系統(tǒng)記錄下來。

近期目標(biāo)來看，她希望5年之后，使中國能得到一個包含石窟寺翔實基本信息的大數(shù)據(jù)庫，各石窟寺都能收獲扎實的數(shù)字檔案，使得其他各項事務(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，造成的整個三維數(shù)字化工作的采集難、存儲難、應(yīng)用難。”寧波說。

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，因為敦煌數(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。“大窟大像，從技術(shù)到工程遇到許多實際問題，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，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)合實驗室”，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。一個典型案例，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，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)，主要來自四個方面：老照片、三維數(shù)據(jù)測量、顏色檢測分析報告，以及同時期、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，全國重點文物保護(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。

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。

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，時間緊迫的問題，同時數(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“數(shù)字重生——絲綢之路沿線石窟寺數(shù)字化保護(hù)項目”，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，推動絲綢之路沿線石窟整體數(shù)字化進(jìn)程。

預(yù)計項目周期為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，以及文化價值闡釋和傳播，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)隊帶著全套設(shè)備，走入北京明十三陵的長陵祾恩殿、山西運城廣仁王廟、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項目，他們待了兩個月，花的時間比采集云岡石窟一個洞窟還要多。

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)計定制了一個氣柱，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，這項工作往往需要“從頭再來”。

云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、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，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。