麦积山石窟壁画修复方法初探

杨筱平，董 忠，刘 勍，徐 驰

（天水师范学院 电子信息与电气工程学院，甘肃 天水 741001）

麦积山石窟位于悬崖峭壁之上，它所在的山体海拔1742米，山顶距地面142米。石窟现保存佛像200尊左右，壁画面积有1000多平方米。壁画塑像以其独特的艺术性和丰富性闻名于世，联合国教科文组织第38届世界遗产大会将麦积山石窟列入世界遗产名录。[1]麦积山壁画和石窟人物相貌、服饰和身姿尽管同处一堂，但并不因袭模仿，而是保持着各自的时代特色。每一处壁画和雕塑，都承载着古代文化、宗教、服饰、风俗和政治风貌，具有极高的历史价值、考古价值和艺术价值。仅就艺术性而言，麦积山石窟是中国四大石窟之一，从北朝到唐朝开元年间，都能在此找到代表性艺术品。然而，由于它地处小陇山林区，气候潮湿，加之壁画常年暴露在外，受到光照、水分及温差等因素影响，所以麦积山石窟大部分壁画和一些塑像出现空鼓、酥碱、起甲、剥落和褪色、变色、霉变等破损现象，现存完好的壁画塑像已为数不多。目前，学术界关于麦积山石窟壁画塑像的艺术性和史学价值的研究颇多，但对壁画颜料所含的矿物成分、破损原因及解决方案探究甚少，尤其对壁画数字化修复技术方面的研究至今缺失。数字化修复技术的优势是可将麦积山石窟壁画塑像永久地进行数字化保存，同时还可以利用计算机反复地进行数字化模拟修复而不改变壁画塑像原貌，避免了手动修复过程中因误修而不能复原的风险，因此对麦积山石窟壁画的数字化修复技术研究显得尤为重要。本文初步提出了一种麦积山石窟壁画修复方法，首先，对麦积山石窟壁画和塑像颜料的矿物组成、化学成分进行探究，这一过程为制作某种缺失颜色的颜料试块做准备；然后，用现有的颜料试块制作技术制作该颜色颜料试块；最后，将制作的颜料试块用于壁画数字化修复中。该方法较好地利用了现有的壁画研究成果并将几种离散的壁画研究技术融合在一起，解决了壁画修复过程中很难找到匹配样本块的问题，该方法具有一定的实用性和可操作性。

一、麦积山石窟壁画颜料成分分析

麦积山石窟壁画本身存世较少，仅有的壁画也存在画面大面积破损现象。同时，麦积山石窟破损壁画破损区域的颜色在其周围或者在整幅壁画中都不复存在（即便存在也已变色或褪色），这就使得基于提取相同或者相似颜色样本块进行数字化修复的这一现代技术对麦积山破损壁画的修复陷入了困境。为了解决修复技术上遇到的难题，并继续采用用壁画固有的颜色将破损区域进行复原的现有修复方法，人们着力进行相同或者相似颜色颜料试块制作，继而将其数字化保存并用于壁画数字修复中。然而，要制作某种颜色的颜料试块，首先要对颜料矿物组成和化学成分做一分析研究。目前，有关敦煌壁画颜料成分分析研究颇多，并伴有相应的化学实验分析及其对之进行修复加固材料的研究。相比之下，对麦积山石窟壁画颜料成分的研究较少。为此，本文以有关敦煌壁画和其他文物颜料成分的分析和修复加固材料的研究成果为基础，展开麦积山石窟壁画颜料成分的探讨，进一步推断麦积山石窟壁画颜料可能的矿物组成和化学成分。

为了研究麦积山石窟壁画的颜料成分，我们查阅了相关书籍和学术论文。大多数研究文献认为，无论是敦煌壁画、秦始皇兵马俑，还是其他文物，相同颜色所具有的颜料矿物组成和化学成分基本一致。[2-6]这就表明，麦积山石窟壁画和其他文物相互之间也具有这样的特征——相同颜色的颜料成分也相同。

辰砂又称为朱砂、丹砂，化学名称为硫化汞。辰砂矿是含汞的主要矿物，其呈现大红色，金刚光泽至金属光泽。[2]辰砂最早出现在新石器时代彩陶中，比如距今大约7000年左右的甘肃秦安大地湾就有多处发现，该遗址四期二段红色彩绘灰陶瓮口部和陶盆口的红色颜料碎片均为辰砂。[3]敦煌壁画、秦始皇兵马俑等其他文物颜料碎片研究表明：其红色颜料中也含辰砂。由此，可以推断麦积山石窟壁画中的红色颜料中同样含有辰砂，诸如麦积山133窟15号样和127窟38、36号样的红色和暗红色都含大量的辰砂。[4]

麦积山133窟、135窟、127窟和3窟、5窟壁画中用到的蓝色颜料都含青金石，又名天然群青 ， 其 化 学 组 成 为 (Na，Ca)7-8(Al，Si)12(O，S)24[SO4，Cl2(OH)2]。[5]由于天然群青颜色鲜明、掩盖力较强，所以麦积山石窟、敦煌和炳灵寺壁画将它以蓝色颜料加以应用。王进玉等人通过取样测试发现天蓝色和灰色颜料也含青金石或者石青。在此基础上，我们对麦积山石窟壁画颜色种类进行整合，并结合敦煌壁画及其他文物颜色颜料矿物组成和化学成分，进而推断麦积山石窟壁画与之相对应颜色的颜料矿物组成和化学成分（见表1）。

二、颜料试块的制作和壁画数字化修复

通过对麦积山石窟壁画的颜料矿物组成及化学成分分析之后，研究人员可以尝试用现有的理学电机D/MAX2500V X射线衍射仪、偏光显微镜、实体显微镜和色度计、光照度计等实验仪器来制作麦积山石窟壁画中一些缺失颜色颜料试块。壁画的成分分析结果，也在文献[4，5，7]中做了较为详细地说明。

首先，选用当地的澄板土和细沙，以适当比例将其均匀混合后加入适量蒸馏水，等水分被充分吸收后，加入适量碎细的麻纤维，用4*8cm的木模具制作成模拟地仗试块。等到试块在室温下自然干燥后，在其表面涂上石灰浆，这样反复操作两遍，然后将试块锯成4*4cm的两块。接着，在其中的一块试块上涂刷颜料后留作试样，在另一块试块表面涂刷某种颜色的颜料后再用选定的修复加固材料（聚醋酸乙烯、Rhoplex AC-33等）以1.5%(w/v)的浓度，在其表面均匀地涂刷两遍。[8]

表1 颜料矿物组成及所含化学成分

用实验仪器对制作好的两块试块在光源、背景和观察方向相同的条件下进行亮度值和色度值的测试，并将其值和相同颜色的实体颜料值进行比对，如果它们的值基本近似，就把制作的试块颜色以数字化形式保存下来，然后用文献[9]中的壁画修复算法修复麦积山石窟壁画中相同颜色的破损区域。最后，用文献[10-12]中的图像修复算法进行整体修复测试，重点测试着色区域的值和原颜色值是否一致。如果着色值基本达到要求的数值，那么就用相同的方法对麦积山石窟壁画的其他同色破损区域进行修复验证。上述颜料试块的制作方法和修复过程可以反复应用于其他颜色颜料试块制作和破损区域的修复，并将制作的各种缺失颜色的颜料试块建成颜色数据库，以供日后壁画的数字化修复和研究所需。种新的思路。

三、麦积山石窟壁画数字化保存

麦积山石窟127窟《睒子本生》的内容丰富，画面生动形象，除了表现人物外，还以较多的笔墨描绘故事的场景，以山石树木等来渲染故事的背景，该壁画在中国绘画史上“具有里程碑的意义”。但是，通过查阅资料发现，麦积山石窟塑像和壁画的数字化图片保存甚少，未见《睒子本生》的彩色图片，一些较为久远的书籍中记载的麦积山石窟壁画基本是黑白色，即便近现代书籍中与之对应的图片也是以黑白色为主，极少数为彩色。这就使得原本丰富多彩的塑像或壁画出现严重失真的现象，给研究者造成一定的困难，或因此引起错误理解而修复有误的可能。所以，将上述修复完好的麦积山石窟壁画进行数字化保存，对更多的人了解、认识麦积山石窟艺术，并进一步增强人们对壁画的保护意识等具有现实意义。与此同时，建立相应麦积山石窟壁画的数据库，进而为打造麦积山壁画数字化展示平台提供数据支撑。

四、结 语

在对麦积山石窟壁画的保存现状及亟待解决的问题进行分析的基础上，结合化学实验和数字化修复技术，从理论上提出了麦积山石窟壁画理论和实验相结合的修复方法，该方法能较好地解决壁画修复过程中很难找到匹配样本块的问题，并将现有的壁画研究成果以及离散的壁画数字化修复研究技术融合在一起，具有一定的前瞻性、实用性和可操作性，本文提出的方法为麦积山壁画的修复提供了一

[1]甘肃麦积山石窟壁画塑像现状堪忧——保护资金匮乏.[N].兰州晨报，2005-01-03.

[2] 周国信.中国的辰砂及其发展史[J].敦煌研究，2010，(2)：51-59.

[3]马清林，胡之德，李最雄，等.甘肃秦安大地湾遗址出土彩陶颜料以及块状颜料分析研究[J].文物，2001，(8)：84-92.

[4]周国信.麦积山石窟壁画、彩塑无机颜料的X射线衍射分析[J].考古，1991，(8)：744-750.

[5]王进玉.敦煌、麦积山、炳灵寺石窟青金石颜料的研究[J].考古，1996，(10)：77-92.

[6]李晓庵.秦汉绘画颜料考[J].山西师范大学学报(社会科学版)，2002，29(3)：12-17.

[7]于宗仁，赵林毅，李燕飞，等.马蹄寺、天梯山和炳灵寺石窟壁画颜料分析[J].敦煌研究，2005，(4)：67-70.

[8]范宇权，李最雄，于宗仁，等.修复加固材料对莫高窟壁画颜料颜色的影响[J].敦煌研究，2002，(4)：45-56，111.

[9]杨筱平，王书文，贾建芳，等.基于GrabCut分割和自动采样的敦煌壁画色彩修复[J].兰州理工大学学报，2010，36(3)：114-117.

[10]杨筱平.基于优先权改进算法的敦煌壁画复杂破损区域修复[J].计算机辅助设计与图形学学报，2011，23(2)：284-289.

[11]CRIMINISI A，PEREZ P，TOYAMA K.Region filling and object removal by exemplar-based image inpainting[J].IEEE.Transactions On Image Processing，2004，13(9)：1200-1212.

[12]CHENG W H，HSIEH C W，LIN S K，et al.Robust algorithm for exemplar-based image inpainting[OL].[2009-10-13].http：//graphics.csie.ntu.edu.tw/media/publications/Cheng-2005-RAE.pdf，2005.