敦煌壁画的数字化

　　三　敦煌风格图案的创作

　　每件艺术品的背后反映了艺术家在特定创作背景下的一种想法，体现了特有的主题，并有其独特的风格。风格主要体现在艺术作品的艺术表现形式上，主要表现为色彩、造型和布局等。艺术创作的过程可以分三步：创意、雏形和成形。所谓创意是艺术品创作中所进行的思维活动，实际上就是艺术家把自己想表达的思想具化到艺术品的表现形式上;艺术品的雏形是创意的物态化，是创意的继续和延伸，并且能够反映创作的内容;艺术品的成形，是对雏形的调整完善的过程，使其完整地表达创作思路和创作意图，是创作的最终结果。

　　针对艺术创作的特点，我们提出基于规则约束的图形处理技术，使得计算机可以模拟艺术家进行艺术的创作过程，其中创意实际上就是提出约束条件，雏形就是根据约束设计求解的过程，而成形则通过交互修改，得到最终的作品。这样，我们把艺术的创作视为约束满足，在给定一组特征(色彩、造型、布局)和约束的情况下，产生一个或多个特定风格的作品，并提供对细节修改的功能。

　　敦煌壁画的内容主要是佛教题材，很难用语意表达。我们从敦煌壁画的特征出发，提出基于风格模板的图案表达，即：

　　敦煌图案模板∶∶=〈题材：元素：布局：色彩〉

　　壁画的主题决定了图案的内容和形式，壁画主题不同，表现方式也不尽相同，同一主题的壁画比较相近或相似。按照壁画的内容，把敦煌壁画题材分为七类：尊像画、故事画、神怪画、经变画、圣迹画、肖像画和装饰画，用风格树分别表示。

　　元素也称素材，是构成图案的基本单元，可以是一笔画，也可以是一朵花，甚至可以是一幅完整的风景画，只要是基本图案单元，就作为元素。因此，可以从语义信息、轮廓信息和色彩信息来描述元素。

　　图案元素∶∶=〈语义特征：轮廓特征;色彩特征〉

　　元素语义特征用文字描述元素的类别，如区分为人物、植物、动物、建筑等。元素的轮廓特征是元素抛去其所采用的具体色彩而得到的形状。元素的色彩特征定义了元素的适用色、忌用色以及缺省用色的集合。

　　图案布局是一幅图案作品抛去所采用的具体色彩和特殊效果而抽象出来的图案变形与组合方式。

　　图案的色彩是图案使用的颜色，及其面积与分布，以及色彩之间的内在关系。

　　在图案形式化表达的基础上，交互进行基于模板的智能创作，利用图案样本集，从适用的元素类选取某元素，从适用的背景色集合中选取某种颜色，适当调整元素的位置，最后利用基于实例的推理方法，以图像处理技术为基础，从敦煌壁画图案中自动提取图案色彩协调知识中获取图案色彩协调的方案，对图案进行色彩变换，从而获得最后的创作图案。

　　四　敦煌石窟的虚拟漫游

　　敦煌石窟的虚拟漫游系统可展示的内容很广泛，有石窟外景、洞窟建筑结构、彩塑和壁画等。

　　石窟的外景漫游采用系列场景的系列照片，支持对敦煌石窟外部场景环视和贯穿式漫游，弥补了传统的基于全景图照片的虚拟现实技术只能跳跃式漫游的不足。利用这样一种模型，用户可以沿预先设计的路线移动，在特定的节点，用户可以在环行视场自由变化视角，如此，自由度就比较高，而且真实感大为提高。由于模型的数据要求较小，是目前的技术和设备条件下解决虚拟漫游的有效手段。

　　洞窟漫游模型采用了混合3D和2D建模，石窟的建筑结构应用传统图形学三维建模方法，并将壁画进行纹理贴图。对洞窟内的彩塑，为了克服复杂立体建模，采用基于图像的二维建模方法，针对敦煌彩塑的特点，在传统基于特征线的图像变形技术中加入了基于视点头变换的考虑，引入位置特征线的概念，使得场景中彩塑的绘制效率得以提高，结果图像也更逼真。彩塑阴影采用了基于知识综合推理的方法，通过场景阴影知识类比计算阴影，克服了传统的根据物体的三维模型计算场景阴影的复杂性和基于二维图像的虚拟现实技术无法生成合理的彩塑阴影的弊端，可以模拟动态光照条件下的真实感效果。

　　五　总结与展望

　　目前，敦煌研究院与浙江大学的计算机及文物保护专家们共同努力，莫高窟第17、45、85、205等窟壁画与彩塑在数字化摄影的基础上，开发了包括莫高窟外景的石窟虚拟展示与旅游参观系统，以第205窟的南墙壁画为重点，完成了壁画图像色彩的数字化复原与历史演变过程的模拟;以第85窟为对象，开发了一个支持石窟现场调查、病害标记、材料分析、环境监测与壁画修复等全过程的石窟保护修复计算机辅助系统;借鉴敦煌壁画的艺术风格，开发出一套能自动创作敦煌风格图案的智能化的创作系统。项目的研究成果，融合了形象智能思维模型和图形图像处理技术，拓展了经典图形和图像处理所依赖的理论基础，突破了经典方法和技术的局限，将促进智能技术同多媒体技术学科方向研究的交叉渗透。同时，项目研究提出的数字化文物的思想和技术，将促进信息科学和文物科学的交叉研究，并使现代科学技术在文物保护中发挥积极的作用。我们将进一步加深濒危文物保护信息数字化关键技术的研究开发，完善各个应用软件系统，并推广和应用到其他遗址文物的保护工作中。