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八月初,記者走進(jìn)莫高窟351窟。狹窄的洞窟里搭起了架子和采集設(shè)備,敦煌研究院數(shù)字化團(tuán)隊(duì)正進(jìn)行數(shù)字化采集。眼前古老的洞窟,將被定格在此刻,在數(shù)字世界中獲得“永生”。
現(xiàn)代科技,一邊幫助彩塑與壁畫“賽博永生”,一邊為古老敦煌“祛病延年”。近年來,敦煌研究院在科研方面的“硬實(shí)力”有目共睹:多項(xiàng)文物保護(hù)科技成果入選國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展,聯(lián)合其他機(jī)構(gòu)成立了我國首個(gè),也是目前唯一的國家古代壁畫保護(hù)工程技術(shù)研究中心,承接了多項(xiàng)國家重點(diǎn)文物保護(hù)項(xiàng)目,還走出國門,為吉爾吉斯斯坦、緬甸等“一帶一路”沿線國家的文化遺產(chǎn)保護(hù)提供技術(shù)支撐和中國方案。未來,敦煌研究院還有望組建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
科技織就“金鐘罩”
敦煌研究院石窟監(jiān)測中心主任王小偉的身后,是一塊大屏幕,上面列滿實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù),科技感十足:石窟寺天氣實(shí)況、預(yù)警、實(shí)時(shí)游客量、文物保護(hù)工作現(xiàn)狀……監(jiān)測范圍涵蓋莫高窟的大環(huán)境、微環(huán)境,以及崖體、洞窟本體,還包括展館、游客、工作等情況,可謂一室之內(nèi)石窟動態(tài)盡在掌握。
2022年,在莫高窟監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,敦煌研究院啟動了甘肅省石窟寺監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)(第一期)項(xiàng)目。
“我們監(jiān)測了115個(gè)莫高窟的洞窟,還接入了敦煌研究院管理的甘肅省內(nèi)榆林窟、西千佛洞、麥積山、炳靈寺和北石窟寺等5處石窟寺的部分?jǐn)?shù)據(jù)。幫助小石窟寺進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警體系維護(hù)和數(shù)據(jù)分析,也是我們做省級平臺的意義之一。”王小偉介紹,該項(xiàng)目運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器等技術(shù),將敦煌研究院所轄六處石窟寺的監(jiān)測預(yù)警工作有機(jī)結(jié)合起來,并將氣象局、地震局等專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)警納入系統(tǒng),為石窟寺的預(yù)防性保護(hù)和搶救性保護(hù)、旅游開放等工作提供數(shù)據(jù)支持。
除了常見的二氧化碳濃度和相對濕度,他們還對洞窟中的VOC進(jìn)行監(jiān)測。(VOC指揮發(fā)性有機(jī)化合物,香水中多含。)雖然香水對洞窟是否會造成影響,尚未形成定論,但提前積累數(shù)據(jù),可以未雨綢繆。
除了人的行為、自然氣候可能對石窟造成影響,動植物及微生物也會影響到石窟安全。
走進(jìn)敦煌研究院保護(hù)研究所生物實(shí)驗(yàn)室,只見架子上碼著一排透明瓶子,瓶中泡著蛇、蜘蛛、蜥蜴等動物。為何要收集這些標(biāo)本?它們與石窟又有何關(guān)系?記者仔細(xì)端詳,瓶子上的標(biāo)簽顯示,這些小動物采集自各石窟。敦煌研究院館員賀東鵬解釋,鳥類、昆蟲、鼠類等動物進(jìn)入洞窟做窩、排泄、抓撓;植物根系、枝條生長進(jìn)入壁畫結(jié)構(gòu)體內(nèi);微生物滋生、侵蝕等,都會對壁畫造成破壞,因此要進(jìn)行防治。
實(shí)驗(yàn)室的一角,一個(gè)盒子里有許多密密麻麻的黑點(diǎn)在動,走近一看竟然是甲蟲?!斑@是我們?yōu)榱搜芯筐B(yǎng)的當(dāng)?shù)財(cái)M步甲科的昆蟲。前幾年降雨增多,這種昆蟲大量繁殖,少量爬進(jìn)了洞窟。目前,通過化學(xué)藥劑殺滅、布設(shè)陷阱,盡量把它們的種群數(shù)量控制在合理范圍內(nèi)。”賀東鵬向記者解釋道。
來到敦煌研究院應(yīng)急指揮中心,又是一塊碩大的屏幕,不同區(qū)塊分布不同的監(jiān)控畫面,既有門前杳無人跡的非開放洞窟,也有熙熙攘攘、攜家?guī)Э诘挠慰?,還有麥積山等石窟的值班室畫面,如同請來“千眼觀音”坐鎮(zhèn)。
敦煌積極開展“平安石窟”建設(shè),今年五月,莫高窟安防升級改造工程完成初驗(yàn),一院六地石窟安防系統(tǒng)的全面聯(lián)通,在石窟寺上方罩起越織越密的“金鐘罩”。
“莫高窟本地有780多個(gè)攝像頭,聯(lián)動榆林窟等其他5處石窟共有超1300路視頻圖像?!倍鼗脱芯吭罕Pl(wèi)處副處長張帥介紹,保衛(wèi)處嚴(yán)格執(zhí)行24小時(shí)雙人雙崗值班,有人靠近禁區(qū)觸發(fā)警報(bào)后,將立刻派出無人機(jī)或車輛和人員,“窟區(qū)兩三分鐘就可以到現(xiàn)場,遠(yuǎn)的地方五六分鐘?!睆垘涀院赖卣f,“保守地說,我們的安防系統(tǒng)應(yīng)該可以在全國文物系統(tǒng)排前五。”未來,敦煌研究院還希望申請成為全省的文物安全培訓(xùn)基地,向更多文保單位推廣先進(jìn)的安防經(jīng)驗(yàn)。
安全保障體系,除了守護(hù)文物安全,同時(shí)還能守護(hù)游客和職工的安全?!拔覀儗F(xiàn)有的安防、消防、電氣線路系統(tǒng)等都集成到數(shù)字孿生模型上,便于內(nèi)部的隱患排查、風(fēng)險(xiǎn)分級管控。”
安防系統(tǒng)還接入了院內(nèi)監(jiān)測中心、游客預(yù)約系統(tǒng)等的數(shù)據(jù),并且數(shù)據(jù)與酒泉市消防支隊(duì)、敦煌市公安局共享,“盡量不做信息孤島”。系統(tǒng)升級后,民警因游客走失、遺失物品來查監(jiān)控的效率大大提升,“從原來的三四小時(shí),到現(xiàn)在最快五分鐘就能解決問題?!睆垘浾f。
實(shí)驗(yàn)鍛造“護(hù)身符”
一臺電腦顯示屏上,數(shù)字化模擬復(fù)原的莫高窟254窟壁畫“薩埵太子本生”,如同剛剛繪制成,艷麗明亮,與斑駁黯淡、飽經(jīng)滄桑的原始壁畫形成鮮明對比。敦煌研究院副研究館員柴勃隆介紹,這是莫高窟首幅用多光譜技術(shù)復(fù)原的壁畫。在紫外光、紅外光下,肉眼看不到的壁畫線條、有機(jī)顏料使用位置等細(xì)節(jié)都浮現(xiàn)出來,如同人民幣在紫外線下會呈現(xiàn)防偽標(biāo)識一般。運(yùn)用多光譜技術(shù),最終可以對壁畫顏料層及繪畫技法進(jìn)行“科學(xué)”而非主觀的復(fù)原,還原到壁畫最初創(chuàng)作時(shí)的模樣。而且這種方式是無損的、非接觸的,不會對壁畫造成損害。
柴勃隆指著屏幕上285窟中“五百強(qiáng)盜成佛姻緣故事”的圖像說:“其實(shí)古人當(dāng)時(shí)畫了許多精彩的細(xì)節(jié),比如紫外線下,噴射的血跡都依稀可辨。還能看到古人繪畫時(shí)的修改痕跡,比如254窟壁畫中,老虎尾巴的位置就被修改過?!彼d致勃勃地分享。
此外,多光譜也可以幫助辨別壁畫中不同顏料的分布位置?!昂枚嘧兩谋诋嬑覀兛吹蕉际呛谏?,但變黑前它們到底是什么顏料?通過對比顏料多光譜圖像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫,就可以探明它們的真身,是鉛丹還是靛藍(lán)等?!?/p>
跟隨穿著白大褂的科研人員,記者穿行于敦煌研究院保護(hù)研究所的各實(shí)驗(yàn)室之間,形形色色的儀器與設(shè)備叫人目不暇接。墻上的一幅幅海報(bào),記錄著敦煌研究院在科研上的累累碩果。
敦煌石窟的壁畫用了哪些制作材料和工藝?如何防止壁畫發(fā)霉?如何將壁畫原位保護(hù)?……敦煌壁畫塵封千年的秘密,在掃描電子顯微鏡、拉曼光譜、X射線熒光光譜等現(xiàn)代科技襄助下,逐漸找到答案。
走進(jìn)高約兩層樓、占地三千多平方米的國內(nèi)首座文物保護(hù)領(lǐng)域的多場耦合實(shí)驗(yàn)室,能于一時(shí)一地目睹一年四季:冬季倉中,來自鎖陽城遺址的樣本上覆蓋著皚皚白雪;風(fēng)雨倉中,來自慶陽北石窟寺的樣本經(jīng)歷著“風(fēng)吹雨打”;夏季倉中,取自秦東陵遺址的樣本最為“滄?!?,表面的裂縫已如溝壑縱橫?!斑@個(gè)樣品已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)完整年周期的加速模擬。最開始它的表面是比較平整光滑的,經(jīng)歷了一個(gè)年周期的降雪、降雨、風(fēng)化過程后,它已經(jīng)有了一些比較明顯的病害發(fā)育。”敦煌研究院保護(hù)研究所副研究館員張博介紹,這些樣本并非取自遺址本體,而是使用遺址周邊原狀樣品,或用傳統(tǒng)工藝制成的。
多場耦合實(shí)驗(yàn)室具有時(shí)間可控、精度可調(diào)、可進(jìn)行多場耦合模擬、足尺樣品模擬等優(yōu)勢。這里可以在短時(shí)間內(nèi),模擬不可移動文物經(jīng)歷多種不同自然條件“摧殘”后的模樣,為保護(hù)工藝和材料的使用、研發(fā)提供數(shù)據(jù),揭示土遺址“生病”的原因。三個(gè)倉體配合使用,可以模擬從零下30℃到60℃的溫度,從10%至90%的相對濕度,以及風(fēng)、雨、雪、日照等一年四季土遺址所在地域的各種氣候條件。
在多場耦合實(shí)驗(yàn)室中,時(shí)間可以被“加速”?!跋窀珊淡h(huán)境,四五十天左右就能夠模擬完一個(gè)年周期?!睆埐┍硎?,未來還有望進(jìn)一步優(yōu)化、壓縮這一模擬過程。
敦煌研究院副院長郭青林說:“我認(rèn)為沒有不好的材料,只有不好的使用環(huán)境和方法。就像人治病,哪個(gè)處方有效,需要不斷通過模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證?!倍鄨鲴詈蠈?shí)驗(yàn)室就是模擬各種“病癥”,試驗(yàn)“藥方”的有效性。“我們可以在實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證學(xué)者最新研究成果的可行性;材料研發(fā)出來后,我們還可以給保護(hù)工藝、材料開出一個(gè)詳細(xì)的使用說明書,比如它們適用哪些遺址?具體應(yīng)該怎樣用?”張博介紹,像敦煌研究院自主研發(fā)的PS材料,就是通過實(shí)驗(yàn)研究出它針對哪些降雨強(qiáng)度加固效果較好。
數(shù)字開啟“永生路”
走進(jìn)正在進(jìn)行數(shù)字化采集的莫高窟351窟,頓覺溫度驟降,因此即使窟外三十多攝氏度,在陰冷洞窟一扎就是一整天的采集人員,也要裹著厚厚的外套。窟內(nèi),彩塑佛像垂眉,與鋼架上的采集設(shè)備面面相對。千年時(shí)光,于此刻凝固在“賽博”空間。
“針對狹窄空間,我們定制了可以任意組裝拆卸的采集設(shè)備;針對大型空間,我們研發(fā)了自動化采集設(shè)備。”敦煌數(shù)字化工作團(tuán)隊(duì)工作人員路育成介紹。
“機(jī)器之用,物化之學(xué),工之智也?!币淮そ秤幸淮そ车闹腔?。古代的工匠和畫師,開鑿洞窟,勾描壁畫,為我們留下寶貴的敦煌文化;今日敦煌研究院的數(shù)字化團(tuán)隊(duì),則以數(shù)字技術(shù)助力敦煌永生。從20世紀(jì)90年代起,敦煌研究院開始數(shù)字化探索,“數(shù)字敦煌”建設(shè)不斷攀登新的高峰。
路育成介紹,目前,“數(shù)字敦煌”已采集290個(gè)洞窟,采集面積2.6萬平方米,全景漫游節(jié)目制作洞窟172個(gè),石窟空間結(jié)構(gòu)掃描洞窟206個(gè),彩塑三維重建44身,數(shù)字化掃描歷史檔案底片42134張,并為新疆、西藏等9省區(qū)市近20處文物保護(hù)單位提供了數(shù)字化技術(shù)支撐。
2022年,“數(shù)字敦煌”入選世界互聯(lián)網(wǎng)大會“攜手構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間命運(yùn)共同體精品案例”?!霸谌?00多個(gè)案例中,我們是唯一入選的文博單位?!倍鼗脱芯吭涸洪L蘇伯民驕傲地說。
百尺高樓從地起,世上無一蹴即成之事。這樣的成績,背后是采集人員長年累月的默默耕耘。以351窟為例,窟中壁畫的表面積約為400多平方米,8位工作人員需花費(fèi)100多個(gè)工作日采集數(shù)據(jù),后期圖像拼接還需三四個(gè)月。
走進(jìn)圖像處理加工辦公室,屋里十分靜謐,只有鼠標(biāo)點(diǎn)擊的聲音。數(shù)字化團(tuán)隊(duì)的成員們,如窗外的銀白楊一般,安靜又堅(jiān)定。在洞窟里完成數(shù)字化采集之后,要在這里進(jìn)行圖像的拼接與定位糾正、彩塑和洞窟空間結(jié)構(gòu)三維重建等處理。就是這些人在電腦前,日復(fù)一日、年復(fù)一年地拼接一張張圖片,如搭積木般,搭建起數(shù)字世界里絢麗的敦煌。
“一人一天只能拼接二三十張圖片,而一個(gè)壁面往往就有上千張圖片。并且我們要進(jìn)行兩遍復(fù)查修改,確保壁畫的形變控制在毫米級?!甭酚山榻B,“不過我們正在研發(fā)自動拼接技術(shù),未來有望大大提升拼接效率。”
數(shù)字化團(tuán)隊(duì)成員年海霞,正對著電腦拼接圖片。記者在邊上旁觀一會兒,便感到了這一工作的重復(fù)與枯燥:“您會覺得工作乏味嗎?”她輕輕搖了搖頭,綻出一個(gè)靦腆的笑說:“壁畫本來色彩就比較豐富,我每天看到的壁畫又是不同的。雖然我是學(xué)計(jì)算機(jī)的,但自己也會去網(wǎng)上搜索了解壁畫背后的故事。”
路育成從事數(shù)字化工作十余年了,他坦誠地說,“前兩年可能覺得枯燥,但是做了三四年,沉下心來了,自己也覺得是為后人留下歷史的檔案,很有意義?!?/p>
數(shù)字敦煌,不僅為了永久保存敦煌的文化遺產(chǎn),而且為了讓全民、全世界共享敦煌寶庫內(nèi)的資源。敦煌研究院一直積極推進(jìn)數(shù)字化資源成果的轉(zhuǎn)化利用,讓全世界人都可以在云端欣賞敦煌文化。
2022年,全球首個(gè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字文化遺產(chǎn)開放共享平臺“數(shù)字敦煌·開放素材庫”上線,來自莫高窟等石窟遺址及藏經(jīng)洞文獻(xiàn)的21類壁畫專題、首批6500余份高清數(shù)字資源檔案向全球開放。
“以前國際敦煌學(xué)界的國際敦煌項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫,只是把照片原原本本放上去,我們的敦煌遺書數(shù)據(jù)庫則充分發(fā)揮了專家資源優(yōu)勢,補(bǔ)充了遺書全文錄文?!碧K伯民表示,敦煌研究院還在和英國、俄羅斯等國家協(xié)作,達(dá)成數(shù)字資源共享,推動海外敦煌文物的數(shù)字化回歸。
敦煌研究院也在不斷探索以最新科技,為敦煌數(shù)字化資源找到更好玩、更有趣、更活潑的活化利用方式。從疫情期間推出的“云游敦煌”小程序,到今年發(fā)布的超時(shí)空參與式博物館“數(shù)字藏經(jīng)洞”,都獲得了很高的點(diǎn)擊量?!拔磥?,希望讓人們在手機(jī)上就能很輕松地觸及敦煌,比如利用VR等技術(shù),也許將來人們坐在家中,就可以進(jìn)入莫高窟每一個(gè)洞窟參觀游覽?!碧K伯民笑著說。(光明日報(bào) 記者 李韻 王笑妃)
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