上个周末,北京的一位母亲听闻莫高窟游客中心将于明年4月启动,游客将更多地看到数字敦煌的影像,因此担心不能实地参观莫高窟的洞穴了,周六一大早带着孩子飞往敦煌,周日半夜才回到北京。

　　“其实，游客实地参观的效果还不如看飞天像机拍下的照片更清楚。”

　　微软亚洲研究院学术合作部中国区经理马歆女士从2009年就参与敦煌的数字化保护工作，见证了飞天相机为了最真实留住敦煌的现状，重现当下的场景，研究员们所做出的努力。

莫高窟的十亿级数码相机


　　　十亿级像素数字相机系统“飞天号”是从实验室模型开始的。
　　　在此之前，敦煌研究院的研究人员从事数字化的工作已经有很长一段时间，他们遇到的难题之一是对佛龛的拍摄处理。
　　　他们一直在用最好的佳能相机拍摄莫高窟的壁画和雕像，但工作量很大。手工拍摄2、3天的内容，要拼接成连续的画面，后续的处理过程需要3个人花30天才能做完。
　　“我们一年跑四次敦煌，像4月份这样的天气，窟里待过20分钟，就会冻得受不了”，马歆和微软亚洲研究院的研究员们希望用最新技术加快敦煌数字化进程。
　　　飞天相机由硬件和软件组成。
　　　硬件部分是相机机身和底座云台，连接到一台笔记本电脑，软件技术则是微软的强项。
　　　这个系统最大特色是利用焦点合成技术来高精度地捕捉被拍摄物立体细节。当拍摄具有复杂景深的斜坡、洞顶和佛龛时，飞天能自动计算景深，分次拍摄多张统一场景但焦点不同的图像，然后将所有图像合成，使得同一场景下的每一尊塑像、每处壁画都呈现焦点清晰的影像，阴影区域也保留了丰富的细节。
　　　这对敦煌莫高窟的数字档案前期拍摄是一大突破，把过去无法拍摄高分辨的佛龛变成了可能，也大大提高了效率。
　　飞天相机花4小时拍一次就可完成人工3天的拍摄量。拍摄过程中，完全由电脑控制，不用研究员守在洞窟里挨冻。电脑在一个晚上就能处理人工一个月完成的工作。从效果来看，与原有的照片拼接完全无色差。
飞天号相机“进洞”
　　“硬件研发不是我们的强项，在产品化的过程中，遇到不少问题。”被马歆称为一大笑话的事情是实验室里规划好的相机拿到敦煌用不了，因为相机尺寸大了一点，进不了洞窟的门。
　　　洞窟门是65CM，部分洞窟门62CM，飞天相机的设计尺寸为66CM，连门都进不了，还谈什么拍摄。
　　　了解到这个事实，研究员又重新规划设计硬件的每个部件，并到专业工厂组装成完整的相机。
　　　到了莫高窟实地拍摄，又发现新的问题，密封不够好，不能挡住细小的灰尘。哪怕不起眼的几粒灰尘都会在高分辨的相片上留下痕迹。

　　　还有洞窟里的光线问题，造成左右两边颜色漫反射，也要解决好才能得到高质量的图像。颜色反射用软件很快就解决了，相机的密封装配则是利用北京众多高校的无尘实验室才达到要求。

 

　　2011年，飞天相机第一代交付敦煌研究院使用，2012年又改版升级，2013年最终完成敦煌莫高窟前期数字图像拍摄工作。
　　马歆对此很有成就感：“这是微软亚洲研究院8位研究员几年的成果，通过敦煌数字化合作项目呈现给社会，研究院的技术不只是体现在微软产品上。”
45窟的逼真重现


工作人员在调试数字设备


飞天号相机正在工作中


　　　在前不久的微软亚洲研究院创新活动日上，中外记者们被一幅莫高窟的照片给震撼了。
　　　这是莫高窟第45窟佛龛的景象，照片按照1：1的比例印出，长3.91米，高3.03米，照片分辨率237dpi，一般书上的印刷分辨率75dpi就足够。
　　　第45窟为莫高窟盛唐时期的的代表窟之一，其形神兼备，栩栩如生的塑像和壁画中刻划精细的各种人物形象，直接反映了当时社会各阶层人们的生活风貌。龛内塑佛、弟子、菩萨、天王七身像。
　　　为了保护瑰宝，马歆说一般游客是不允许进45窟参观的，就是特别游客在今年旅游旺季也被拒。
　　　在微软亚洲研究院大厦看到45窟的高清晰照片，难怪人人要争着合影留念。据悉，这幅照片将装裱好放在微软大厦，和众多创新技术一起作为镇楼之宝。
　　　马歆说飞天相机除了拍摄莫高窟这样的立体景深的平面照片，还可以拍小物体的立体照片，另外，台北故宫博物院的富春山居图也用飞天相机拍照留下最真实影像。
　　　至于敦煌莫高窟的拍摄结果，游客们以后到敦煌都会看到，在电脑上还可以放大细看每一个细节，“飞天相机可以左右转180度，俯仰90度拍摄，无论是洞窟顶还是壁画塑像的细节，都是纤毫毕现的。”
　　　微软和敦煌的研究员一起将拍摄的影像数据继续分析，又发现一些有趣问题。
　　“敦煌的所有壁画都是有纹理的，飞天拍的照片可以看到当年的创作人员是如何一层层用何种颜色完成一幅壁画的；又比如，通过电脑放大高清晰照片，看到一个清晰的手掌印，研究员猜想可能是当时的画工在颜料未干时不经意按上的，等等，这些发现要靠打着手电在洞穴中观察是绝对做不了”
　　看到飞天相机留住了敦煌的真实一刻，马歆倍感自豪，“我们会继续和敦煌研究院合作，用技术为数字化遗产保护贡献一分力量。”
　　明年一定要去敦煌看看，数字化的敦煌更有魅力，这是马歆给记者的建议，也是给众多读者的建议。
　　
　　
延伸阅读
什么是数字敦煌
　　 “数字敦煌”工程包括虚拟现实、增强现实和交互现实３个部分，使敦煌瑰宝数字化，打破时间、空间限制，满足人们游览、欣赏、研究等需求。
　　 这个项目最早是2010年由中国敦煌研究院院长、著名学者樊锦在国际博物馆协会第22届大会上透露出来的。
　　敦煌洞窟如今只轮流开放735个中的60个面积较大、基本无病害的洞窟，且每次最多只允许30人入洞。洞窟中置有温度、湿度及二氧化碳传感器，一旦某个洞窟显示数据超标，即暂停开放进行调整。
　　 但是就像人能延年益寿却无法‘万寿无疆’一样，只能通过各种措施延缓洞窟的老化趋势，但无法逆转。
　　　100多年来，地震摧残，风沙侵蚀，雨水渗入，10%的敦煌壁画即4000多平方米和5%的彩塑即100多身有了不同程度的“病害”；有“病害”的洞窟共250个，占有壁画和彩塑洞窟总数的50%以上。
　　同时，随着慕名而来的游客日益增多，今年敦煌的游客将比2009年增加10多万人次。敦煌迫切需要寻找一种方法破解文化遗产保护与旅游开放的矛盾。
　　技术人员决定通过数字设备观察壁画的方法，设立一个数字化的游客中心。游客可以通过数字游客中心里的球幕电影《梦幻敦煌》，欣赏到莫高窟“年轻时”的风采。
　　数字敦煌，主要就是利用摄影和计算机技术相结合的办法，把珍贵的敦煌文物资料采集存储下来。
　　此举既能减少游客在洞窟内的逗留时间，又能全面展陈敦煌石窟灿烂的文化艺术，使游客获得比传统参观方式更多、更清晰的信息，达到保护和利用的双赢目的。
　　　推进数字敦煌工程，难度很大。在此之前，国内文博单位还没有这样大规模的数字化研究。
　　　莫高窟号称千佛洞，又名东方卢浮宫，洞窟环境非常复杂，洞窟里面光线阴暗，一般的照相机和摄影对于拍摄窟顶、塑像、佛龛都无能为力；拍摄时，每个洞窟都要拍摄数万张图片，然后再拼接成大图。如果是一个拥有300平方米壁画的大窟，那么拍摄图片的数量将达到4万5千余幅。任务量之大可想而知，后期的图像拼接更是巨大挑战。
　　　在数码照相机问世之前，敦煌研究院曾对莫高窟第196号窟进行过拍摄。当时只能使用135相机进行拍摄，但胶片在冲洗、扫描过程中，存在影像信息可能丢失的情况，而且图像的精度达不到1∶1输出的要求。
　　　2000年，有了数码相机。敦煌方面购买了当时世界上最先进的柯达相机，800万像素。
　　　与此同时，数字中心还对洞窟进行VR虚拟漫游——把洞窟在一个或者多个视点上全景式360度漫游拍摄，全方位记录洞窟所有信息，包括顶和地面。
　　莫高窟数字化要求图片都是档案级别的，在拼接完成后还要进行3-4遍检查验收，达到自然光下肉眼壁面的效果才算成功。
　　　近10年，敦煌研究院已对43个洞窟进行了数字化保存。到2015年，147个洞窟将完成数字化记录工作。利用这些数字化资料，即可制作成形象逼真的数字电影和球幕电影。