基于VR技术下的白沙壁画数字“活化”思考

陈涛

摘 要：文章从古文物数字化保护的角度出发，通过对白沙壁画数字活化过程的研究，提出数字活化的方向。探析白沙壁画数字活化的意义和难题，利用现有的技术手段最大限度还原原作精美绝伦震撼心灵的视觉效果。从而推动数字活化文物的发展，为文物的保护和宣传做出贡献。

关键词：VR 数字活化 逆向还原

随着3D扫描、VR等技术日趋成熟，VR技术在文物保护工作方面的应用也越来越多，数字化格局越来越大，敦煌数字化保护、江西《探秘海昏侯大幕》VR互动体验、龙门石窟数字化保护、妇好墓VR复原均属典型，由于VR技术优势在于空间的真实呈现，国内关于VR文物保护的文献比较集中在建筑和瓷器，文物三维扫描后再利用VR技术呈现。文章指出的数字活化区别于传统数字化和纸面印刷，利用VR立体成像的特点将壁画表面的机理和垒金等工艺用数字化的方式呈现出来，同时加以动态化出发让文物“活”起来。

一、基于VR技术的白沙壁画数字化保护的必要性

1.VR技术在文物保护中的优点突出

随着VR技术的发展，VR应用在文物保护领域已经是大势所趋，在《探讨VR技术在文物保护工作方面的应用》文章提到“VR技术具备技术综合性、超文本特性、信息保存持久性等特征”。观众利用VR技术将视觉，听觉，触觉以及嗅觉等多种感官参与到互动中，各个角度的细节都能真实反馈打破了传统的观赏模式。不受温湿度、光辐射、有害气体、灰尘、微生物等因素影响让文物永久保存成为了可能。

2.白沙壁画是我国西南地区少数民族佛教壁画中艺术研究價值较高的艺术宝库

白沙壁画融合了汉、藏、纳西族的绘画风格兼容并蓄形成了独特的绘画语言，《论白沙壁画艺术价值》提到“白沙壁画既有汉画洗练、匀称的传统绘画风格，又吸收了藏传佛教彩色绚丽、线条流畅的绘画风格，还有纳西东巴画粗矿、浪漫的绘画特点”。原来二百多幅作品现仅存55幅壁画分布在大宝积宫、琉璃殿、大定阁和束河的大觉宫等四座寺庙里。大宝积宫的壁画在1996年被国家公布为第四批重点文物保护单位。

3.当地政府高度重视对白沙壁画的保护修复工作

白沙壁画经过历时变迁导致很多地方墙面空鼓、起甲，褪色。受湿度、灰尘、光照、空气等因素影响限给沙壁画保护与修复工作带来巨大压力。1994年对大定阁壁画进行了揭取加固，国务院在1996年11月将大宝积宫与琉璃殿列为第四批全国重点文物保护单位。1986至1987年对琉璃殿和大宝积宫壁画进行了揭取加固，2010年《云南丽江白沙壁画保护方案》获得国家文物局的批准，2014年7月份两个阶段对其进行了抢救性保护修复工作。

二、“数字敦煌”对白沙数字活化的启示

VR技术在文物保护领域逐渐成熟的今天，白沙壁画数字化保护已经是当务之急，提到文物数字化保护不得不提的“数字敦煌”敦煌数字化保护。20世纪九十年代敦煌研究院开始对壁画数字化的技术进行研究，1999年4月敦煌研究院与美国美国梅隆基金会、美国西北大学合作对敦煌进行摄像采集和图像处理工作， 2010年，敦煌研究院与上海颢汗数字技术公司合作对石窟彩塑三维数字化重建。随着“数字敦煌”工作的推进也让更多的文物数字活化工作有了宝贵的经验值得参考。

1.增加拍摄篇幅降低照片畸变

利用照片中心的畸变是最小的原理，增加拍摄篇幅并用十字拼接的方法从中间再延伸至四周降低了壁照失真的风险，局部出现重影的位置再通过人工微调的方式进行修正。

2.根据空间布局铺设适合拍摄的轨道

壁画拍摄与器物拍摄相比，因为壁画位置无法改变，壁画的拍摄的空间大小不一，怎样保证1：1的还原壁画细节且不发生变形？要保证设备在稳定的前提下工作需要安装防抖设备和铺设轨道和框架。在充分考虑壁画实际布局后应该对拍摄路线和拍摄的轨迹进行规划。

3.三维数字化逆向重建

石窟彩塑三维数字化重建是通过一台可以采集贴图的六轴三维扫描仪。尽管采集精度高和采集技术先进，但是在扫描过程中仍然存在扫描不到的死角，这时候就需要采用三维模型的逆向重建。将采集的三维数据导入到三维软件中进行缺失细节的重建和修复。制作团队在经过很长时间的努力终于完成了332、45、259等洞窟二十余尊大型彩塑三维数字重建。

4.基于VR的互联网+虚拟漫游让数字敦煌走向世界

2016年敦煌研究院启动了“数字敦煌”资源库平台，在互联网平台开放了30个洞窟的高清图像和虚拟现实漫游体验，2017年英文版上线进一步推进了数字敦煌全球共享的模式。

综上所述，白沙壁画的数字活化可以根据地形和画幅的不同，合理使用大平台扫描设备或搭建视觉设备分块拍摄拼接的方式保证数据的原真性，三维重建与逆向建模结合使用，提高模型的完整度，最后结合虚拟现实技术实现参与式动态化体验。

三、白沙壁画数字“活化”思路

白沙壁画与敦煌壁画相比画幅尺寸和规模不大，需要采集的三维数据比较少且采集难度较小但采集地点较分散，采集空间狭小轨道铺设困难，如果只是简单的信息采集和VR虚拟漫游体验缺乏创意和特点。根据白沙壁画的实际情况“数字白沙壁画保护”首先可借鉴“数字敦煌”对白沙壁画进行三维数字化资源库的搭建，其次再利用数码技术对数据进行壁画修复，最后是动态化处理也是本文提出文物“活化”。

1.三维数字化资源库的搭建

以大宝积宫壁画为例，正壁《大宝积经无量寿如来会》图，高3.67米，宽4.98米。右面《妙法莲华经· 观世音菩萨普门》图，左面《南无孔雀明王大佛母海会》图。正壁后是带有藏传佛教的壁画，正壁与后面的墙壁形成了一条狭长的一条走道连接左右两面墙壁。这里需要指出的是光线、气体和温度都可能对壁画产生损害，壁画保存在一个密封且光线昏暗的的空间中，白沙壁画中惟妙惟肖精美绝伦的视觉感受很难展示出来，然而将VR技术和三维扫描逆向建模思路结合，搭建三维数字化资源库，观众利用设备在虚拟的白沙壁画中漫游享受沉浸式的体验效果。目前工业级三维扫描仪器已经能达到0.01的扫描精度，保证模型逆向还原的真实性，在对大宝积宫空间布局三维扫描的过程中很多死角是无法被捕捉的，这部分缺失的部分就需要导入到三维软件当中进行逆向建模还原。值得注意的问题是三维扫描仪比较擅长捕捉三维空间像壁画这种二维空间的捕捉不是它的优势所在，壁画可以用已有的数码图像资源在模型上拼贴的方式处理。在对壁画中大量的描金和贴金工艺进行材质后期处理后就可以上传到VR虚拟现实制作平台。

2.“数码修复”

与白沙壁画修复相比利用数码技术对其修复更容易，在数码软件中取色避免了颜色的色差问题，利用数码软件对壁画科学合理的校色最大限度还原壁画昔日的风采，脱落的部分通过人工数码修复的方式对细节进行修复且不影响原作。

3.“活化”

活化指的是文物动态化，利用动画技术将白沙壁画里的人物花鸟以动態化的方式呈现出来，这是作画者脑海里的外化形式，也是符合时代需求的观看模式。同样是白沙壁画载体数字化后的新的传播方式的尝试。2010年中国世博会中国馆推出的《清明上河图》动态版震惊了世人眼球，给人以动态的视觉冲击，利用投影技术、三维制作技术、电影三者融合打造的《清明上河图》成为了中国馆的震馆之宝。清明上河图之所以动态效果震撼除了制作精良之外还在于原作数量庞大的各色人物，牛，骡，驴等畜生，车、轿、大小船只，房屋、桥梁、城楼在视觉上形成密集的空间分布从而达到震撼的视觉效果。白沙壁画也有同样的特点，大宝积宫“天尊、大帝、元君、后母、天君、天王、帝释、元君、东王公、风雨雷电四神、二十八星神、星官、五岳、仙官、仙真”。神态各异，场面壮观。两者在描绘重点上也各有侧重，清明上河图突出景而白沙壁画则突出人物，题材上一个记实，一个来自神话。在表现难度上白沙壁画动态版对神态动作及故事性的要求会更高，由此可以看出白沙壁画数字“活化”将再次打破人们对白沙壁画的印象。

四、白沙壁画数字“活化”方法探究

1.数字“活化”的瓶颈

顾名思义就是采用动画技术实现白沙壁画动态化，《基于数字动画技术的白沙壁画保护策略研究》中提到“让平面的壁画活起来、动起来，穿越时空的阻碍与观众交流互动”这种“活化”方式优势在于能够与原作画面效果保持一致，白沙壁画的动态版中佛祖仪态安详，双手接印，帝王后母威严庄重，菩萨慈眉善目，普度众生，仙官衣袂飘飘，腾云驾雾，天女婀娜多姿，飘飘欲仙，带领观众回到了五百多年前画者神往的神话世界。通过动画的方式将民族艺术“活”起来，让文物有更强的生命力和感染力。然而本文认为在让白沙壁画“活”起来的同时且完整保留其华丽的色彩细腻的线条是很有必要的，在1999年由俄罗斯导演亚历山大·彼德洛夫导演的《老人与海》动画短片，将写实油画风格搬上了银幕获得了72届奥斯卡最佳动画短片奖，该片是通过指尖沾油彩在玻璃板表面进行动画制作，利用玻璃分层的方法将前景，中景，背景分开制作，影片在带给观众动画视觉效果的同时，也将油画其浓浓的艺术质感也带给了观众，看动画的同时也是一种沉浸在艺术品中的享受过程。白沙壁画动态版不仅是一个文物的动态表现，更应该是一件艺术品，那么原作中贴金描金工艺丰富的细节也应该得到动态体现，这就是白沙壁画数字“活化”过程中的一大难题。

2.数字“活化”的思路

在参考了大量传统绘画动画制作的方法同时结合白沙壁画自身的特点，数字“活化”可分为以下几个阶段：

（1）动画草图阶段

首先在电脑软件中按照背景、中景、前景的方式分层处理，其次角色动作幅度小的再利用2DMG动画制作软件搭建骨骼并进行动画。其次少量角色动作幅度较大的可进行3D建模绑定和动作设置，最后将动画以序列帧的方式输出保存;

（2）动画线稿阶段

将完成的序列帧用勾线毛笔拷贝至纸面上，为了最大限度的保留细节，纸面的尺寸可和壁画尺寸一致;

（3）动画填色阶段

对每一帧线稿进行岩彩着色，同时将藏画中独特的贴金和描金工艺融入其中，对色彩的判断要根据具体的情况及画纸上反应出的效果来判断，考虑到后期可以通过电脑软件强大的调色功能实现校色，填色阶段的色彩不易太纯;

（4）动画后期阶段

利用扫描或拍摄的方式将手工完成的序列帧转化成数字图像，并利用电脑软件合成为动画，最后对动画进行动画修正和颜色校正和配音，至此白沙壁画动画完成。

结语

白沙壁画数字“活化”的过程也是大型数字动态化方式的意蕴表达的一种新的尝试，对于文物的数字化保护来说也是一个新的方向，数字动画的可复制性让文物永恒保存成为可能，随着虚拟现实技术的不断发展，5G时代的到来，更多体感设备产品的出现，文物数字化动态化保护将为传统意义的文化保护赋予更多的时代内涵。

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