敦煌壁画的数字化

　　为了探索使用先进的信息技术保存古老的敦煌艺术，在国家自然科学基金的支持下，敦煌研究院与浙江大学合作，从1998年1月到2002年4月的4年多的时间里就“多媒体、智能技术与艺术复原”项目联合攻关，取得了以下研究成果：保护方面，数字化技术的应用将是永久性无损保存敦煌石窟艺术信息的新手段，为敦煌石窟的保护和修复提供有效的参考资料，通过人工智能与图像处理技术可探讨古老的壁画衰退演变的过程以及重现原貌;研究方面，研究者可快捷、清晰地检索相关图像;弘扬方面，运用虚拟漫游技术制作的虚拟敦煌石窟，将为游客欣赏敦煌艺术提供了在洞窟现场难以看到的实景，还可应用人工智能和图像处理技术创作敦煌风格的艺术作品和旅游纪念品，等等。

　　一　多媒体与智能技术集成

　　传统的智能技术以符号化的单维信息空间为基础，在抽象的逻辑推理上表现很强的推理能力，但缺乏对形象信息的推理能力。多媒体与智能技术集成，从事物的多媒体特征和认知心象两个角度理解事物的本质和内在变化，从而大大改善了计算机对事物描述和模拟变化的能力。

　　所谓多媒体特征，是对应用领域的多媒体信息特征的综合反映，体现了人们对多媒体信息的理解和认识，其目标是描述和刻画多媒体信息的内在语意，并定义其对应的操作。

　　所谓心象，是一个富有特色的心理过程，包括记忆心象和想像心象。它是在对同一事物或同类事物多次感知基础上形成的，具有一定的间接性和概括性。它能以自身的不断变化来模拟外在对象的连续变化，因而通常将它看成是外在对象表征的抽象类似物。

　　多媒体和心象特征从不同的层面和角度反映同一客观事物，它们分别构成多媒体处理技术和形象智能的核心。多媒体特征研究从具体技术开始，逐步寻找一种通用的理论模型;心象研究则起源于抽象的理论，且逐步向可计算的实现技术方向发展。两者有较一致的研究目标，理论上存在着很大的兼容和互补，因此，多媒体特征和心象的集成成为多媒体和人工智能技术集成的基础。

　　敦煌壁画的数字化技术研究中，利用多媒体与智能技术的集成模拟人类形象思维的过程，综合知识归纳、知识处理、类比推理和传统的图形、图像处理，解决敦煌壁画的色彩虚拟复原、敦煌风格图案创作以及敦煌石窟虚拟漫游等，这些技术环节，获得了满意的成果。

　　二　敦煌壁画的色彩虚拟复原

　　传统的艺术复原由富有经验的专家直接在艺术作品的原物上实施操作，所以操作失误的危险性很大，而且有些艺术作品复原难度很大，甚至根本无法恢复原貌。相比之下，计算机复原具有虚拟性和可重复性，无破损危险，也没有时间制约，所以计算机艺术复原可以作为原物复原的工作参考和方案评估。经典的计算机辅助艺术复原工具是交互式图形、图像处理软件，如PhotoShop、CoreDraw等，这些对图像的理解是用数学的方法模拟人对图像的感受，其处理的基本对象是像素，它的局限是只能表达和处理与领域无关的属性，如色彩、形状和纹理等。但是，人在修复艺术品时，不会单单想到像素点之间的关系，常常会更多地依据经验或类似的参照物进行处理。

　　在敦煌色彩的虚拟复原与演变模拟中，在经典图像处理技术的基础上，引入类比综合方法，并根据专家的经验知识和实验统计知识作为图像处理的约束条件，使复原的效果真实可靠。

　　敦煌壁画艺术色彩复原的处理的知识，包括经验知识、色彩约束以及类比知识等。经验知识是艺术家长期积累的经验，这类知识通过参考历史文献，查阅历史文档和图片总结得出的，它还包括壁画保护科学领域的知识，如颜料实验分析得到的颜料变色规律等。色彩约束知识是色彩搭配之间的规律，也称色彩协调规则。类比知识是来自壁画的知识。由于历史久远、环境条件的变化等，壁画已经变化很大，所以追溯壁画的原貌需要通过研究壁画，即那些新剥离和未变色的样点，也包括内容风格相似的完整壁面，建立类比参照。

　　敦煌壁画的色彩虚拟复原研究，面向石窟与壁画的应用需求，研究壁画对象分割、色彩复原和变褪色过程的演示，主要基于领域色彩知识的色彩分层和对象技术的提取，即智能化对象色彩分层、区域和边缘提取技术，将领域知识同传统提取技术相结合，使提取的效果更加合理有效;基于颜料知识、专家经验与类比综合方法的色彩转换技术，考虑纹理信息对壁画风格体现的重要性，应用综合推理合成纹理与色彩信息;基于色彩协调知识、色立体空间与敦煌色彩风格知识约束的色彩变化技术，考虑敦煌色彩的特殊性和演变的规律，提出孟塞尔色立体空间知识约束的色彩变换，按照色彩风格，提取敦煌壁画范例图案，存入色彩协调实例库，而后根据目标图案，从范例库中选取最相关的范例图案，寻找目标图案同源范例图案色彩协调知识之间的对应关系，应用于目标图案，使色彩具有整体性、一致性和连贯性。