敦煌壁画计算机存贮与再现系统的平台建设

　　刘刚 　　李实

　　(敦煌研究院保护研究所,甘肃敦煌　736200)

　　关键词:敦煌壁画;计算机信息系统;图像处理

　　内容摘要:敦煌壁画计算机存贮与再现系统的实现过程要经过洞窟资料收集整理、洞窟近景立体拍摄、摄影胶片冲印和扫描数字化、数字图像色彩恢复、数字摄影测量提取洞窟几何数据及相片的几何纠正、计算机壁画图像处理和存贮、壁画再现与打印等若干个环节。配置与建设系统的软硬件平台是关系系统实现,保障各实现环节质量的重要基础,本文就系统平台配置建设的原则、方式进行了讨论,结合具体系统平台建设的经验,详细阐述了系统软硬件平台的选购配置等问题。

　　中图分类号:G202 　　文献标识码:A 　　文章编号:1000 —4106 (2000) 01 —0100 —03

　　敦煌莫高窟是著名的世界文化遗产, 早在1961 年被国务院定为国家级文物保护单位。壁画图像是莫高窟最为珍贵的文物信息,记录在壁画之上的图像资料提供了极为直观和形象的历史素材。计算机数字信息具有无损复制、良好的传播性、便于保存管理和便于使用、检索、查询等优点,因而成为了一种非常好的文物信息保存手段。利用计算机技术可以克服传统的摄影和摄像技术的固有缺陷,因而是极具发展潜力的新技术。敦煌壁画计算机存贮与再现系统最终目标是能方便地查找有关莫高窟壁画洞窟的资料信息,真实再现洞窟壁画和壁画的复制等,围绕这样一个目标开发和建立起一套适合我国国情的文物计算机信息保存实用化技术平台,不仅对保护敦煌壁画,而且对全国文物信息保护都具有深远的意义和示范作用。

　　一、洞窟壁画信息保护的过程洞窟完整的一套壁画信息保存和再现过程要经过洞窟资料收集整理、洞窟近景立体拍摄、摄影胶片冲印和扫描数字化、数字图像色彩恢复、数字摄影测量提取洞窟几何数据及相片的几何纠正、计算机壁画图像处理和存贮、壁画再现与打印等几个环节。包括以下几方面的内容:1、石窟壁画近景立体摄影2、数字图像的色彩、几何纠正3、图像处理4、研究数字图像数据管理,并建立档案数据库5、图像再现用计算机实现对文物信息的保存必须同时保证①获取的文物信息的精度质量, ②所保存信息的真实性。前者涉及到所保存文物信息有效性,因为文物是不可再生的,今天所保存的有可能是以后唯一可以看到的该文物的资料了,因此精度质量不足则大大降低了文物信息的价值;而文物信息的真实,要求能够保证纪录的信息能反映该文物的空间几何和色彩,减少信息的失真。

　　当前数字摄影技术有了飞速的发展,其对图像的摄取十分方便、直接,但就其所摄取的图像在图像的分辨率、色彩等几方面尚无法达到图像纪录精度的要求,所以高精度的文物图像信息摄取工作还需要依赖传统的胶片拍摄方式。为了真实纪录洞窟曲面造型的变化,我们采用近景立体摄影技术,对所有的洞窟壁面拍摄立体的像对,同时采用数字摄影测量方法以便获取完整的洞窟壁画信息。拍摄下来的石窟壁画图像,进过扫描数字化转换为数字化图像,然后进行数字图像处理。

　　同时收集各类文字资料和相关的文物档案,建立起一个完整而统一的石窟图像信息库。

　　二、系统硬件平台的配置原则硬件平台建设是系统实施过程的重要一步。

　　为了达到通过研究进而组建实用化文物信息存贮管理系统的项目实施目标,为了利用好有限的项目经费,保证项目达到预期的结果,需要对经费使用做出一个的有效的平衡,界定系统平台建设和系统开发的合理范围,并确定长远发展目标和项目结束可达到的目标。

　　硬件平台的建设和配置原则是:●先进和够用的原则　　首先要考虑满足高精度、真实地保存壁画信息这样一个要求,依此来配置所需要的设备,特别是前期数字化处理所需要的相关设备。然而盲目地追求好的设备是没有必要的。

　　●市场的原则　　市场的开放,使得有充分的选择选用不同的设备来满足我们的要求,而且,计算机相关设备的发展十分迅速,市场的变化很快,设备不断地在更新换代,所以搞好市场调查,把握市场机遇,有着重要的意义。

　　●兼用性原则　　往往好设备其价格也十分昂贵,因此除了满足项目要求,其次应使设备有普遍使用上的价值,避免设备今后利用率不高的问题,充分发挥设备的应有价值。

　　三、系统硬件的选购系统的建设中所涉及的硬件主要有近景摄影测量所涉及的仪器、数字化扫描仪、计算机工作站和打印输出相关设备等。其中部分仪器设备的专业性很强,如近景摄影测量所涉及的仪器。以下分述本项目中选购的主要仪器和设备的情况。

　　1、近景摄影测量所使用的测量仪器、近景摄影相机、摄影光源及测量曝光的测光表等。因考虑到项目经费和技术的原因,不列在本次硬件的认购范围。

　　2、数字化扫描仪,是关键的硬件设备。要求①能够扫描大幅面的摄影胶片,因为近景摄影使用的UMK 专业摄影相机用的是13cm×18cm 的大幅面胶片; ②扫描的精度比较高,如果扫描精度无法保证,则不得不加大近景摄影拍摄的分幅数量,而且还会增加后续图像处理、分幅拼接的难度; ③扫描精度应是均匀一致的。基于以上三点,经过反复调研和比较,我们购置了以色列生产的Scitex Smart 平板扫描仪,该扫描仪的最大扫描幅面是A3 ,最大光学扫描精度达到100 线/ mm ,其独特的设计,能够保证扫描中全幅面精度一致。由于是一台平板扫描仪,除了可以扫描透明胶片,也可以扫描反射稿,该仪器有着良好的通用性。

　　3、计算机工作站。分别配置了曙光天演Pow2er PC UNIX工作站和SGI 320 NT 工作站各一台。曙光天演Power PC 工作站配置Pow2er PC 166 双CPU ,128M内存,安装运行AIX操作系统,有C、OpenGL 等开发环境,是一台强有力的UNIX 工作站。我们在该工作站上安装了IBM DB/ 2 Universal Database 5.0 数据库,用以实现洞窟资料数据库的开发和运行,利用工作站上运行的WWW Web服务器,实现洞窟信息网络共享。NT 平台由于众所周知的易用、好维护和性价比高的优点,所以当前有众多的软件厂商都把其原有UNIX 平台上的软件纷纷移植到Windows NT 平台,为了运行数字摄影测量软件的需要,选用了SGI 320 NT 工作站,该工作站内置最新的Intel PIII 400 CPU ,配制256M内存,并有强有力的SGI 图形加速和显示卡,配合武汉测绘大学开发的数字摄影测量软件,可以保障洞窟壁画图像几何校正的需要。

　　4、打印输出设备。敦煌壁画全彩色特征要求壁画的硬拷贝打印必须也能满足彩色图像输出。近年来计算机彩色输出设备有了长足的发展,其价位也已降到了大众化接收的地位,包括大幅面和高质量彩色输出全方位各种型号。本次我们选购了一台Tek2tronix 780 A3 幅面彩色激光打印机和一台HP 488CA A0 大幅面彩色喷墨打印机,分别用以适应高质量壁画输出和大幅面输出的需要。Tektronix 打印机可以以A3 幅面满幅出图, 彩色打印精度可达到600x600dpi ,具有增强的图像输出功能,特别是能以连续色调输出彩色图像,对壁画打印十分适宜,另外打印机可以使用从普通复印纸到各档次的专业打印纸,可以降低打印的成本,通用性也好。HP 的这款打印机是面向小型企业宽幅彩色打印输出要求的大幅面彩色喷墨打印机,性能价格比非常高。

　　5、其它相关的设备,主要有UPS 电源,小型局域网网络设备等。

　　四、系统关键性软件的配置系统所涉及的关键性软件包括:数据库软件、数字摄影测量软件和图像处理软件等。

　　1、数据库管理系统洞窟资料信息是洞窟壁画图像信息的有力补充,同洞窟壁画图像相配合,建立有关洞窟资料的数据库系统,对完整描述壁画是十分必要的。我们选择IBM DB/ 2 UniversalDatabase 5. 0 为洞窟资料数据库实现的平台,以洞窟档案资料为蓝本,构建洞窟资料信息库。系统建设采用了Client/ Server 架构,并实现了当今先进的WWW浏览方式,体系结构比较先进。

　　2、数字摄影测量软件　　当今快速发展起来的全数字化摄影测量技术,广泛应用在大地测量、工程建设等领域。在文物界,利用近景摄影测量技术早有先例,它解决了大型遗址的精确测量问题。此次将近景摄影测量和全数字摄影测量相结合,可以掌握洞窟曲面几何变化和解决壁面图像的几何失真问题。通过广泛的调查和了解,我们选用了由武汉测绘大学研制开发的VirtuoZo NT数字摄影测量软件,该软件不仅技术先进,性价比很高,为世界同类产品的代表。

　　3、图像处理　　采用Photoshop 等广泛使用的通用图像处理软件与GIMP、Povray 等Gnu 自由软件相结合,对数字化的壁画图像进行处理,同时与中国科学院计算技术研究所合作开发一部分壁画图像再现的软件。(摘自《敦煌研究》2000.1）