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数字化正让云冈插上“翅膀”

发布日期:2021-04-22 13:25 作者:亿宝娱乐

  此时此刻,59000余尊造像,以及造像周围环绕的无数鸟、鹿、龙、树,在武周山的254座洞窟内动静相宜,耀人眼目。

  此时此刻,远在上海的一个大型展览上,3D原大打印的云冈第12窟“音乐窟”已经展出了整整3个月,慕名前来观赏的人群依旧摩肩接踵。

  同样是此时此刻,云冈研究院多功能会议厅内“大咖”云集,由云冈研究院主办的“数字云冈”座谈会正在这里举行。

  2020年5月11日,习总书记来到云冈石窟考察历史文化遗产保护工作,他走进洞窟仔细察看雕塑、壁画,详细询问石窟开凿历史、艺术风格、文物保护等情况。他指出,云冈石窟体现了中华文化的特色和中外文化交流的历史,这是人类文明的瑰宝,要坚持保护第一,在保护的基础上研究利用好。

  习总书记的指示,赋予了云冈新的使命。此次“数字云冈”座谈会,正是新组建的云冈研究院积极贯彻落实习总书记指示,以跨界融合的开放姿态,广泛联合高校、科研院所和社会力量,围绕建设“数字云冈”,通过多学科的技术和多领域的手段,深度展开云冈石窟保护、研究、展示和教育传播领域的交流合作。

  云冈研究院正式启动三维数字化研究工作,是在2003年。之后在2005年,云冈石窟外立面采集成功,完成了云冈石窟第一张厘米级精度外立面正射影像图,并绘制了第一张外立面线图。这是中国石窟寺第一张完整的外立面正射影像图。2007年,云冈研究院承担山西省科技攻关项目“云冈石窟数字化工程示范研究”,是山西省第一个文物数字化科研项目。2012年,专业的数字化研究科室云冈数字中心正式成立,标志着云冈石窟数字化研究工作进入了系统研究阶段。

  据云冈研究院数字化室主任宁波介绍,目前的“数字云冈”,是以数字化为基础的信息化、智能化的统称,目标是要以科学记录、融合翻译、智慧发展为理念,实现文物信息永久保存、永续利用。“‘数字云冈’是一个系统工程、基础工程、提质工程,通过科学记录,助力各项工作的实际推进,所以数字技术只是基础的工具和手段,不是终极目标。”

  正是在这样的背景下,这次“数字云冈”座谈会上,来自浙江大学、清华大学、武汉大学、上海大学、北京建筑大学、大同大学等高校的教授学者和文博领域的专家,以及北京北建大科技园、浙江深大智能、杭州原数科技、曙光信息、武汉大势智慧、腾讯、华为、知网、联想等十余家科技企业代表,围绕“数字云冈”的建设理念和实现路径,就“数字云冈”的过去、现在和未来,进行广泛深入的探讨。

  “数字云冈”的建设标准是什么?云冈研究院院长杭侃在座谈会时提到,云冈石窟是世界文化遗产,是北魏皇家艺术的典范,传承经典是我们共同的职责。经典无论在东方和西方都有根和魂,要让更多的人感受到云冈文化的魅力,所以云冈的数字化项目,也要有与世界文化遗产相应的水平。他认为,现在数字技术迭代更新非常快,云冈现在建有先进计算中心,要尽量把先进的设备用好,让数据能够及时地转化,在保护和研究方面发挥数据应有的作用,同时将云冈数字化成果应用于公众,向大众传递千年文化成果和智慧,让人类文化遗产在数字时代永葆青春、大放光彩。

  十几年来,“数字云冈”实现的路径,主要分三个阶段:记录即保护、数字文博工具平台以及服务公众。

  一是建立“数字云冈联合实验室”及武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室云冈工作站等联合科研平台,培养了一支专业队伍,取得了若干知识产权,包括获得发明专利1项,实用新型专利2项,软件著作权6项,地方行业标准2项等。先后承担并完成课题10余项,其中国家级课题2项,省部级课题7项。

  此外,“数字云冈”在2016至2019年间,持续不断地推进对外学术交流,2016年承办云冈文化旅游品牌与数字化建设研讨会。2017年云冈研究院赴德国法兰克福参加Paperworld展会,“数字云冈”代表中国代表团与卡尔斯鲁厄大学就文物数字化保护做了学术交流。2018年云冈石窟在美国纽约石溪大学参加“数字视野下的佛教文化与艺术展览”,第18窟单人VR展示系统参展。这是“数字云冈”成果第一次在海外展出,也是未来开展海外巡展的一次积极尝试。2019年参加在意大利米兰举行的“世界复杂建筑的三维虚拟重构与可视化会议”发言交流。同年,牛津大学教授到访云冈石窟,同期与日本东京艺术大学也进行了学术交流。

  云冈数字化工作的难点是造像内容丰富别致,专业性强;洞窟体量巨大,造像繁多;窟形复杂,控制难度高。这些难点,导致云冈每一个洞窟的数据采集与建模都是一个浩大的工程。经过多年的研究、攻关,现已基本解决了云冈数字化采集难题。以云冈第13窟为例,采集的数据相当于一个中等数字城市的数据量。“数字云冈”团队与国内高校和科研单位共同研究与探索,针对石窟高浮雕造像的特点,从大场景到细微雕刻,采用不同技术进行采集,最终形成多元数据融合的采集模型,解决了石窟雕刻的数字化获取(几何与色彩)、存储与展示等难题,现已完成部分典型洞窟的数字化全息高保真记录与展示工作。

  云冈的“数字化”,已经实现了石窟本体形变监测。2012年,云冈研究院承担的山西省文物保护科学和技术研究课题《石质文物风化速度定量测定研究(以云冈石窟第9、10窟为例)》,采用三维激光扫描技术对石窟风化速度进行监测,开创了一种新的测量方法,并首次定量描述了砂岩质文物表面的风化速度,在国内外相同领域研究中领先一步,达到了国内外石质文物保存状态监测研究的最高水平,对未来石窟寺文物风化的研究和保护具有重大意义。这一监测“风化”的突破性研究成果,已经成功申请了国家发明专利“一种定量测量砂岩质文物表面风化速度的方法”。

  随着技术日趋成熟,除云冈石窟外,“数字云冈”团队还在龙门石窟、大足石刻、龙山石窟等单位开展了针对石质文物表面风化速度的相关工作,以了解不同材质、不同环境下石窟风化的情况,积累了较为丰富的资料和技术经验。

  近年来,云冈研究院通过多种技术,实现了石窟“活起来”“走出去”,服务国家战略。

  2017年,通过3D打印技术,云冈石窟第3窟复制窟落户青岛城市传媒广场,完成世界上首例大型不可移动文物原比例复制工作,成为中小学的教育基地。

  2018年,第18窟复制窟落户北京建筑大学大兴校区,成为云冈在京对外宣传窗口。同年,3D打印的第13窟七佛造像亮相福州第八届博博会,是云冈石窟第一个成体系的数字化成果展览。

  2019年,开展山西省科技厅重点研发计划,制作云冈石窟18窟多人VR展示系统,是云冈石窟第一个高精度的多人模式沉浸式体验系统。

  在服务国家战略上,“数字云冈”2019年为一带一路峰会创作主题性雕塑“丝路光影”,3D打印的第20窟亮相外交部蓝厅山西全球推介会。

  随后的一幕,引起世人震惊:在数字技术的加持下,云冈大佛的3D原大打印和移动展示实现了“积木化”——2020年9月,中国石窟寺文物数字化保护研讨会暨“云冈石窟行走世界”发布会在浙江大学举行,云冈石窟第12窟音乐窟3D打印窟在浙江大学艺术与考古博馆开启了“行走世界”的第一步。

  2020年12月底,3D版第12窟“音乐窟”又从浙江“走”到上海,开启了云冈石窟“行走世界”的第二站。截至2021年3月31日,参观者达到5万余人次。“数字云冈”的技术也在不断输出。在完成云冈数字化工作的同时,“数字云冈”对外开展了一系列技术服务。其中包括明十三陵长陵祾恩殿、北京银山塔林、西安碑林石刻博物馆、少林寺景区、运城永乐宫等30余处国保单位的数据采集。采集类型涵盖石窟寺、石刻、古建筑、古遗址、壁画及彩塑等,辐射范围遍及山西、陕西、河南、河北、北京、浙江、山东、重庆等地。其中,明十三陵长陵祾恩殿数字化还获得北京测绘学会测绘科技进步奖。“数字云冈”:山西石窟文物资源汇聚的“最强”平台

  提到正在飞速发展的“数字云冈”,近期说得最多的字眼,是“先进计算中心”。这也正是“数字云冈”现阶段的主要工作,即建设数字文博工具平台。

  千百年来,由于自然和人为因素的影响,云冈石窟地质病害十分严重,有的甚至已威胁到文物本身的安全,现状令人担忧。1500余年的风雨沧桑,石窟出现了不同程度的风化和脱落现象,自然环境下第9、10窟外立面年平均剥落量约为10cm3/m2。有的风化与剥落情况甚至是肉眼可见的。云冈的数字化工作就是在与时间赛跑,越早进行采集,就能越多留存石窟的信息。

  于是,2020年,在大同市委、市政府的关心下,由大同市政府投资,在云冈建设数字云冈先进计算中心,目的是以先进计算中心为基础,实现云冈业务汇聚,数据关联,打通信息孤岛。

  而上述“与时间赛跑”的难题也会被加速破解。据云冈研究院党委书记张焯介绍,依托于先进计算中心的超强算力以及云冈云(私有云)和5G技术,“数字云冈”有能力支撑起加速采集的要求,2021至2025年实现云冈数字化全覆盖。

  张焯透露,未来,在“数字云冈”先进计算中心基础上,与石窟信息保全相关联,运用知识图谱、机器学习、人工智能,建设石窟资源平台、监测预警平台、虚拟修复平台,实现对专业用户的服务;通过云上云冈(公有云)推进智慧文旅融合,为公众用户提供满意的服务。“‘数字云冈’对未来的构想,是以算法算力强大数据应用,建设以时间轴为纽带的时空动态数据库,完整记录、真实复原、科学保护遗产瑰宝,最终希望建成国家级石窟寺区域保护研究中心。”

  据了解,云冈新建成的这套“先进计算中心”,使用了中科院的“曙光”系统。这样的先进计算中心,在山西仅三家。其拥有234Tflops的计算能力和2.3PB的存储能力,是我国文博领域专用计算中心的顶级配置。

  在3月28日举行的“数字云冈”座谈会上,系统集成设计者之一,浙江大学文化遗产研究院副院长、博士生导师刁常宇对云冈先进计算中心建设情况做了介绍。在“数字云冈”计算中心的基础软件平台中,提供了数字资源生产、管理和应用的三层业务能力,总体技术架构以基于人工智能的知识图谱为核心,可以打通云冈学研究基础学术资源的知识链接,兼容相关领域的国际通行技术标准和我国文物行业标准规范,建设以时间轴为纽带的3D多源动态数据库,安全等级达到三级标准,“这个计算中心将为‘数字云冈’建设提供坚实的数字底座和数据中台,未来还将在山西省文物局的领导下,努力打造成为山西石窟文物资源的汇聚平台,支撑山西省文物领域的研究、保护、展示、传播和利用等工作”。

  “数字”是用的、动的、活的,不是摆在那里看的,更不是采集回来以后被束之高阁的——从一开始,云冈研究院就秉承着这样的理念:“数字云冈”一定要无时无刻体现出应用价值。

  研究和保护,当然是第一位的。上海大学文化遗产基础研究院院长、博士生导师黄继忠是一位“老云冈”,10年前曾任云冈石窟研究院副院长。他目睹和见证了云冈数字化的发展过程。他在接受记者采访时说,“数字云冈”的快速发展,就在近十年。现在云冈的大部分大型石窟的数据已经采集完成,数据机房建设也接近尾声,这对未来云冈的数字化建设,是一个良好的开端。“数字云冈”,首先应该和石窟的考古业务工作紧密结合起来,最重要的是检测石窟的风化,希望未来在监测方案设计、监测平台建设与监测数据输出方面继续强化,为解析文物病害和加强保护,提供更有针对性的信息。

  云冈造像在北魏是什么本色?清代重修上色的依据是什么?云冈石窟的色彩研究,一直是空白。而“数字云冈”,为解析以上谜题提供了可能。武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师童华对此寄予很大期望,他建议以采集的海量数据,对颜料色彩进行复原,在普查矿物颜料成分分析、动态变化、色彩监测分类的基础上,建立颜料数据库,模拟颜料老化过程,分析老化机理。

  而在浙江大学文化遗产研究院副院长、教授李志荣看来,“数字云冈”可以更深入地支持石窟寺考古。她认为,在国家政策支持和高科技发展的双重背景下,以石窟寺报告为核心的石窟寺考古,数字化考古所占的比重越来越大。以文物保护、“数字云冈”为基础,用高科技实现考古产出,建立起全面完整的考古数据库,正在成为现实。“数字化”下的云冈,自然有着自己独特的底色。北京建筑大学文化发展研究院副院长侯妙乐建议,“数字云冈”的目标,应以文物保护与考古为基础,加强多学科交叉融合,形成云冈核心竞争力;以保护工程为基础解决实际问题,从工程需求到技术研发,形成“数字云冈”的核心理念,最终彰显出“云冈特色”。

  近两年来,“数字云冈”联合武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授、博士生导师黄先锋的团队,对云冈第13窟整窟进行了三维建模,并设计出若干平台应用场景。目前拍摄了28万张高清影像,原始图像超过13TB,自主研发的软件自动合成了云冈石窟第13窟的超高精度三维数字化模型,取得整窟超过300DPI的高精度数字化成果。该窟三维展示系统结合了漫游展示、知识图谱信息、语音讲解、历史文化的关联、石窟病害的标注、强大的灯光渲染效果,并提供了多种形式三维模型、真实的高精度位置信息、量测工具、考古图件的输出服务,为云冈文物的研究、保护、考古、文旅发展提供了保障。该技术的发展实现了三大突破,第一是应用门槛低,手机、平板、电脑都可以作为载体;第二是用户体验一致性;第三是数据防御,保证了无论是私有数据还是共有数据的安全性。“文化云冈数字共同体”、文化科技融合、5G+智慧景区、数字文旅、数字产品供给……在云冈研究院的视野中,这些文博数字化领域的新模式、新技术、新理念、新成果,都是积极探索的方向。记者采访山西省文物局文物科技处处长张晶晶时,她对“数字云冈”的建设定位、整体构架和目标的评价是:“数字云冈”在实现云冈资源保存的同时,为保护、研究、修复、展览展示、公众教育等多元利用,已经提供了无限可能。她还透露,“数字云冈”联合实验室已被纳入山西省重点实验室的培育范围,4月份将接受省相关部门现场评估。

  谈到“数字云冈”下一步的建设和发展思路,云冈研究院党委书记张焯认为,云冈的数字化是手段,不是目的。目前,“数字云冈”未来的发展方向已经明确,那就是为云冈的研究、保护和“云冈学”的创立提供方法、提供动力、提供服务,这是云冈数字化的生命所在。“数字云冈”下一步的重点,是立足“云冈学”的实际需求,实施过程中产生一系列采集、加工、存储、展示以及元数据等标准,为石窟寺和构建数字化博物馆提供非常清晰的科学依据,在文博行业数字化行业标准制定、技术开发、数字资源产权保护等方面实现更强的推广性和应用性。

  他表示,习总书记2020年5月在云冈考察时,对云冈的工作给予了充分肯定,同时也给我们布置了艰巨的任务。云冈人将不辱使命,坚守文博人的主责主业,自始至终地以保护文物、挖掘其文化内涵为核心,矢志不渝地做好云冈石窟的保护、研究和传承利用工作,在增强文化自信、构建民族共同体方面发挥应有的作用。“数字云冈”,未来可期。

  2、上海宝龙美术馆,“大美之颂·云冈石窟的千年记忆与对话”展览的最大亮点,是原大3D打印的可“行走”的云冈第12窟“音乐窟”。

  5、2018年9月至12月,云冈石窟第18窟单人VR展示系统在美国石溪大学展出。


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