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原文标题：让敦煌在数字中永生——武汉大学运用高科技推动国家重点文物保护侧记

李德仁-让敦煌在数字中永生——武汉大学运用高科技推动国家重点文物保护侧记
一幅唐代的“维吉摩说法”经变画的图像，被放置在已建好的敦煌三维洞窟的虚拟壁面上。在这个仿真数字的洞窟里，洞窟主室壁面和甬道上的图案已经差不多按原样做成了。
在武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室的数字文化遗产研究中心某个狭长的工作间，几个年轻人正在电脑前忙碌。这是一副再平常不过的工作画面，但这里却进行着一项长达近20年的国家浩大文化遗产保护工程——数字敦煌再造工程。
将远古灿烂的图片植入三维洞窟，弥足珍贵的文化遗产用三维重建的方式进行表达、存储和展示，只是李德仁团队“数字敦煌”系列工作的一个小小细节。
因为与李德仁团队相遇，人类文明的艺术瑰宝——敦煌将在数字中获得永生。
敦煌情缘
这种相遇纯粹是一种机缘。
着名摄影测量与遥感学家、“两院”院士、武汉大学李德仁教授在众多机缘下与敦煌结缘，敦煌数字化工作从此揭开了新的一页。
敦煌莫高窟是我国现存的国宝，位于丝绸之路中国通往西域的必经之地，坐西朝东，南北长1680米，高50米。洞窟分布高低错落，最多有五层。始建于十六国前秦时期即公元366年，历经北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代，开凿过程延续了一千多年，现存洞窟735个，其中有壁画彩塑的洞窟492个；壁画4.5万平方米，彩塑2415尊。
但是，在敦煌莫高窟4.5万平方米的壁画中，有20%受到不同程度的损坏，霉变、腐蚀、脱落，比如156窟原有墨书《莫高窟记》，在上世纪60年代仍依稀可见，现在已经看不到了。
人们对国宝能否继续淹留均感揪心。“要拯救敦煌，决不能让它成为第二个楼兰!”2009年10月16日，国务院总理温家宝这样说。
实际上，李德仁团队与敦煌相遇始于上个世纪60年代。1963年至1971年，该团队重要成员、李德仁院士的夫人朱宜萱教授作为国家测绘总局第一分局地形七队的队员，在大西北的沙漠戈壁中进行外业测量，以对敦煌艺术瑰宝的无限向往，骑着骆驼长途跋涉走进了敦煌，由此形成解不开的情结。
20世纪90年代，测绘遥感信息工程国家重点实验室朱宜萱教授和朱庆教授带领的团队，就开始着手香港的“数字志莲静苑”工程。志莲静苑是一个仿唐木构建筑，以敦煌莫高窟第172窟绘制的壁画为蓝本建造而成，建筑木构工艺与唐朝的一模一样。
“我们对它的每一个木构件进行了数字化，建立了木构建信息系统，做了三维数字化存档。”朱宜萱说。该工程历时10年，其成果获得2007年国家测绘科技进步一等奖。
2006年的某一天，当敦煌研究院院长樊锦诗看到了朱宜萱临摹的一张飞天图，并知道了女教授领衔完成的数字志莲静苑时，这位多年来为敦煌文化遗产保护忧心如焚的院长看到了敦煌永生的希望。
当这位测绘女科学家再次来到敦煌时，已经是35年之后。2006年8月，李德仁、朱宜萱等赴敦煌考察。2006年至2007年，经多次沟通与讨论，与敦煌研究院、甘肃省测绘局达成了数字敦煌若干工作的共识。李德仁的“让敦煌在数字中永生”的宏愿，有了清晰的蓝图。
目前，武汉大学正与敦煌研究院、浙江大学合作，开始推进这项浩大的文化遗产保护工程：建立60个洞窟的壁画数据库。李德仁团队重点做了洞窟三维数字化重建、壁画定位纠正等工作。
凭借现代高科技手段，由相关行业顶尖级人才参加的挽救敦煌的国家行为——敦煌数字化工作，走向一个新的历史阶段。
2007年11月，当李德仁院士的弟子、武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室李平湘教授带领他的同事黄先锋、杜志强、张志超等来到敦煌采集数据时，这座千年洞窟已经被西北厚厚的白雪覆盖。这群从南方赶来的科研工作者们，完成了158窟内部和九层楼外部结构的数据采集，工艺精良：其误差仅小于 2毫米，分辨率仅为3毫米。
精美的敦煌佛像是历史留给后代子孙最宝贵的财富
历史应该记住这一时刻、这一义举，他们拯救了见证中华文脉的物质文化遗存并使它渐进永生之途：158窟即涅槃窟，是唐代遗迹，其中的释迦牟尼涅磐像，长15.65米，是现存的最具艺术价值的涅磐佛像之一。
他们用了相关软件，经过配准、构网、拼接、去噪、编辑、简化等一系列步骤，形成球面投影构网等新手段，解决了处理超过10,000,000点的超大数据处理难点。
在保护文化遗产的同时，他们也在科研上取得新的突破。与此同时，问题接踵而至。尽管采集了实验数据、积累了几何数据处理经验，但在“九层楼”的处理时，他们发现三角网不适合表现古建筑，特别是将点云导入自动计算机辅助设计软件（Auto CAD）进行建模时边缘不清晰，遮挡严重，影响了对古建筑机理的真实表达。
于是，2008年4月21日，西北还春寒料峭，朱宜萱就带着来自该校重点实验室、遥感院、电信院、徕卡公司等15个人组成的团队来到敦煌，对158窟采集纹理、对“九层楼”进行控制测量和近景摄影测量，并利用升降机采集九层楼激光数据和视频拍摄。他们最终发现，虽然能对不规则的崖壁进行建模，但始终还是未能解决好激光扫描数据对古建筑的建模问题。在经过一系列研究后，杜志强小组利用相关软件，完成了158整窟的纹理重建工作，该成果在2008年国际摄影测量与遥感大会上引起高度关注。而黄先锋小组自主纹理映射软件（ModelPaint）初具雏形。
收获是重大的。“我们做出了带纹理的三维洞窟模型，对地面激光扫描技术有了进一步掌握，认识到高质量纹理映射中存在的问题，近景摄影测量更适合古建筑。”团队中青年教师张帆说。
同时，李德仁团队与中国科学院对地观测中心合作，对颐和园佛香阁进行精细测绘与三维建模；对湖北省博物馆的馆藏文物进行数字化实验；对乐山大佛千手观音像进行数字化实验。
敦煌历练
2008年6月至9月，西北戈壁的酷暑夏季，李德仁团队的黄先锋、张帆、张志超三个人带13件行李，经由漫长的36小时的行程前往敦煌，每个人的行李都超重40公斤。
来到敦煌，炎热的太阳照得他们几乎睁不开眼睛。“中午太阳好毒，戈壁上空气像火苗在燃烧抖动”。这是朱宜萱教授在35年前的测绘笔记中记录的。如今，他们的团队依然在这样的环境下描绘着敦煌。
从湿热的武汉来到干燥的西北，一切生活上的困难是可以想象的。先是张帆、张志超，然后黄先锋也接着，他们削发立志——一定要把事情做好。在此驻守两个多月，通过不同细节层次几何建模、高质量纹理重建等技术创新，他们终于完成了196窟与285窟的高保真的三维重建，所开发自主纹理映射软件（ModelPainter）也有了全新的提高，而他们也被敦煌的烈日晒成了“黑蛋蛋”。
2009年6月至9月，李德仁团队的黄先锋小组全体共9人再赴敦煌，采集机载激光、崖壁立面激光扫描数据、322窟的几何及纹理数据，开发激光扫描数据处理及可视化系统。最终，他们完成了敦煌莫高窟的全方位数字档案：用机载激光扫描地形地貌，用地面激光扫描立面崖壁，用近景摄影测量古建筑，还用地面激光扫描、精细激光扫描洞窟内，尤其是形成了多分辨率的A区——莫高窟区、B区——敦煌城区和C区——沙漠地区。完成这些任务，他们克服了不同的尺度、不同的角度、不同的分辨率等诸多技术难点。
最终，他们完成了融合多传感器的建模，建成了空间上全方位的数字敦煌档案。李德仁“让敦煌在数字中永生”的梦想，已经物化成了清晰可辨的现实。缥缈神秘的历史视觉图像，经由无数艰辛努力和高科技之途，辗转进入浩淼清晰的数字世界。
去年暑假前，黄先锋、张帆等应敦煌研究院邀请，赴敦煌进行壁画定位与校正试验，完成322窟壁画定位与校正。
如今，李德仁团队还正克服着一个又一个困难，探索着数字文化遗产传承与创新的道路，凭籍信息技术保护文化遗产的科研方兴未艾。
基于球面投影的单站激光扫描数据构网，以强度信息为中介的数据配准，基于薄板样条的非刚性纹理映射，三维表面纹理融合，机载、地面激光扫描，摄影测量等多源数据融合处理……有了这些的技术积淀之后，该团队又申报了文物三维数字化、壁画定位实验2项敦煌研究院科研项目，中华文明探源工程——文物数字展示1项国家科技支撑计划，结合强度的复杂场景激光扫描点云精确配准、基于非刚性变换的激光扫描模型高质量纹理重建2项国家自然科学基金项目。今年9月底，他们还在敦煌还举办了“三维数字文化遗产建模2011国际研讨会”。
让更多的不可再生的文化遗产在数字中永生，现在，李德仁团队申报的与国家文物局合作的文化遗产保护研究基地正在审批中。
稿件来源：11月28日《中国教育报》“焦点”特别报道
新闻链接：
【湖北日报】珞珈山下传承中华文脉
http://news.whu.edu.cn/006/2011-10-24/12071.html
【文汇报】武大全面修缮早期建筑群
http://news.whu.edu.cn/006/2011-10-09/11899.html
【湖北日报】武大11处老建筑“整旧如旧”
http://news.whu.edu.cn/006/2011-09-15/11681.html
【武汉晨报】武大70年来首次全面修缮早期建筑群
http://news.whu.edu.cn/006/2011-10-06/11889.html