三维扫描数字摄影 数字化保护让千年石窟“活”起来

5月11日傍晚，习近平总书记来到大同云冈石窟考察历史文化遗产保护工作。

“昨天现场风很大，总书记的到来，让我们备受鼓舞。”回忆起当时的场景，云冈石窟研究院数字化室主任宁波仍然激动不已。

“作为从事文物保护的科技工作者，我们将加倍努力，用现代科技保护好珍贵的文化遗产，更好地让千年石窟‘活’起来。”宁波5月12日在接受科技日报记者采访时说。

三维扫描数字摄影 为千年石窟存立体档案

云冈石窟位于山西省大同市西郊的武周山南麓，距今已有1500余年历史，是我国规模最大的石窟群之一，2001年被联合国教科文组织列入《世界遗产名录》。

长期处于自然环境中的石窟，难免受到风霜雨雪的侵蚀，面临风化剥蚀的威胁。为尽可能降低自然风化对石窟的影响，文物科技工作者绞尽脑汁。“但现有的技术水平，难以完全阻挡自然风化的进程，更多的是延缓。可能10多年后，石窟的样子就会有所变化。”宁波指出。

因此，在进行实体保护的同时，尽早地采用数字化的方式为石窟保存立体档案，把它们的信息完整地保留下来，显得尤为紧要。一方面，能够让更多的人欣赏到石窟之美，同时，也为后续的保护修复留下了重要的历史资料。

据介绍，云冈石窟数字化工作起步于2003年。通过与多家高校及科研院所长期合作，逐步形成了以三维激光扫描与数字近景摄影测量为主，数据采集达到毫米级精度的数字化技术路线，在石窟雕刻的数字化获取、存储和展示等方面进行积极探索。

云冈石窟共有254个窟龛，主要洞窟45座，造像59000多尊。在宁波看来，对如此众多的文物进行数据采集是一项非常有挑战性的工作。不同于壁画等平面文物的数据采集，云冈石窟的佛造像属高浮雕，有极强的空间深度感，但这也意味着扫描和测绘难度更大，对精度的要求更高。

“经过不断摸索，我们采用三维激光扫描等技术，数据采集精度达到0.03毫米，经过后期软件处理，可以极为丰富地还原石窟的细节。在虚拟世界中，较为逼真地呈现出洞窟的立体景象。”宁波介绍，经过10多年的努力，目前已经完成了三分之一的云冈石窟数据采集工作，建立了非常庞大的数据库。如何更好地对海量数据进行运算处理，是目前正在攻关的方向之一。

比对毫米级精度数据 让石窟监测更精细

三维激光扫描技术不仅可以用来为石窟建立数字档案，还有助于更为细致地了解石窟的现状和变化。通过对相关数据的比较分析，可以让石窟监测更细致。

一直以来，业内对砂岩质文物表面风化速度的表达往往都是“严重”“快”等定性词语，缺乏定量数据的精确佐证。

“利用三维激光扫描技术可以获取石窟表面毫米级精度三维数据，定期测量对比相同位置的形变量，可以计算出石窟表面的风化速度，对石窟风化情况有更入微的体察。”宁波介绍道。

据介绍，云冈石窟研究院与龙门石窟、大足石刻、龙山石窟等单位共同开展石质文物表面风化速度定量监测的研究项目，针对不同地域条件、不同材质的石质文物，进行表面风化速度测量的应用研究。

借力3D打印 让石窟“动”起来

一直以来，如何借助新兴科技手段，更好地向外界传播云冈石窟文化，是宁波一直在思考的问题。

“其他文保单位在介绍文物精品时，可能带一些宣传海报就可以了，对我们来说，一张图片所承载的石窟的信息量极为有限。”宁波说。

有没有更为立体直观的方式，让大众更多地感受到云冈石窟的魅力?3D打印技术的兴起，给宁波和同事们带来了新的思路。

通过三维扫描和建模，得到石窟的数字模型，再用3D打印技术生成实物展品，说起来容易，但要想原汁原味地体现文物原有的质感，并不简单。

“经过反复比选材料，历时700多天打印和数月安装，2017年12月，长17.9米、宽13.6米的复原云冈石窟第3窟原貌的3D打印展品在青岛进行展示，引起人们围观，起到了很好的传播展示效果。”宁波回忆道。

青岛展示项目只是一个开始。宁波和团队后续完成了多个类似的展示项目，让不可移动的石窟有了更为鲜活的展示方式。

在宁波看来，文物数字化有两个重要发力点，一方面真实记录石窟状况，同时还可以将提取到的数字信息广泛服务于石窟的保护、研究、管理、展示，“未来，用新兴技术让石窟‘活’起来，我们还可以做更多的尝试和探索”。