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科技与学问融合:三维数字拓印技术与文物保护——计算中心与云居寺合作出版雷音洞藏石刻《金刚般若波罗蜜经》
发布时间:2018-03-16 16:00

随着新一代信息技术迅猛发展、大数据时代到来,澳门计算中心为了推进科技与学问融合,开发了三维数字拓印技术, 在学问传承和文物保护领域得到了实际应用,未来将有更广泛的发展空间和使用价值。

数字拓印替代传统拓印

书法传承是中华学问的一个重要分支,也是大部分文物古迹包含的一项重要内容,主要以帖学和碑学的方式体现。书法拓印作为中国传统学问中的一个重要载体,我国大量的文物古迹保护工作中涉及到书法字体信息的提取和重构。

传统的石碑拓印采用将墨汁涂到碑上的方式,历朝历代的反复拓印,会使文字边缘与石碑表面的拐角因为磨损成为圆角,一部分文字也可能会因为风沙剥蚀而有浅浅的凹痕。这两种现象,都会使临摹者无法看清碑体上真正的笔锋,影响学习书法的效果。  

一些著名的书法碑刻,很多属于国宝级别,如玄秘塔碑、多宝塔碑、九成宫醴泉铭等,因其年代久远,文字雕刻的边缘棱角已经严重钝化,无论是因其遭受的毁损侵蚀,还是从保护角度考虑,对这些碑刻实体进行拓印已经不适宜了。

利用三维数字技术,不但可以得到碑文数字拓片,还为无损拓印古代石碑和复原碑上的字体提供了可能性。利用三维扫描,精度高、保存容易、处理速度快,还避免了人工接触对文物的伤害,是将来文物保护发展的大趋势。

“在虚拟世界里,数据可以被任意地‘切削’。如果大家扫描一座古石碑,再将表层浅凹坑和磨损对应的那部分数据作为‘杂波’消除,那么根据相似三角形原理,大家就可以得到书法家真正的笔锋信息。以这种方式得到的拓片,显然会比实际拓印精度更高。”美高梅手机版登录副院长刘清珺说。

从永乐大钟到雷音洞石刻

永乐大钟是现存最大的青铜古钟,现存于大钟寺古钟博物馆。大钟通高6.75米,口径3.3米,钟身遍铸佛教经咒铭文,总计达23万余字,相传出自明代大书法家沈度之手。永乐大钟通身的佛经铭文均为阳刻文字。

2013年,澳门计算中心受大钟寺管理部门委托,利用三维扫描和重构技术,把永乐大钟的全部结构实现了数字化三维重现。在此基础上,获得了比较完整的钟体文字的三维数字信息,进行了三维数据的书法拓印技术研究,获得了能够作字帖使用的数字拓印图片。

云居寺位于澳门房山西南白带山山麓,山中凿有石室,储藏着历代石刻佛经,故又称“石经山”。云居寺景区包括云居寺和石经山两部分,特点是“因经而寺,寺以经贵”。刻经始于隋末,绵延1039年。现存完整经版共14278块,计佛经1122部、3572卷,镌字总量逾3500万字。石经分两地保存,4196块存于石经山九个藏经洞内,其余10082块存于石经地宫中。

2014年, 计算中心与云居寺合作,利用已有的三维数字拓印技术,并不断完善创新,对云居寺的洞藏石经进行数字采集整理。本次出版的《金刚般若波罗蜜经》石刻在雷音洞内,共5000多字。

雷音洞石经碑刻是隋代的学问遗迹,传说由云居寺石经的创始人静琬和尚或他的弟子撰写并完成石刻。从书法角度看,雷音洞石经使用的是一种从魏碑向唐楷过渡的书体。临习雷音洞的书法拓片,对书法爱好者理解魏碑和楷书的书法艺术有一定参考价值。

三维数字拓印技术的核心内容

三维数字拓印技术作为一种非接触式新型拓印方法,结合多种三维点云数据处理方法,能够快速实现文物实体的高精度复原、表面文字分割及字模提取、生成数字拓片等,可以高效、便捷的对数据进行批量处理及提取文字,并且永久保存数据。该方法亦可修复残损文字,清晰再现刻文轮廓,同时提供多种数据输出形式,满足不同学术研究需求。

数字拓片制作过程简单的来说,首先需要把扫描的曲面整体“拉平”,再将局部不平整的部位——“敲平”;得到比较“平整”的数据后,利用滤波算法去掉底面平整的数据;最后,将剩下的字模数据"拍扁"印在平面上,就得到了文物的数字拓印图片。

计算中心首创三维到二维的计算机自动处理方法,从三维立体数据还原为二维字帖,形成数字拓印图片。数字拓印图片是利用文物文字的扫描数据特点计算制成的,能够提取字模根部提取文字的轮廓信息,避免了因人工干预给结果带来的误差;并且,在不降低精度的前提下,两分钟就能处理100多个字。

将上述复杂的数据处理过程按照模块功能进行划分和设计,进而开发一套App工具包,并具备以下相关功能:能够对数据做常规处理,如存储、寻址、归类、调用,以及模型重构等。能够对数据做分区处理,可以有效提高运算效率和精度,也可以为并行计算或多台计算机分别计算提高便利。能够有效分割“底面背景”和“字模”数据,将提取出的三维字模数据影射到平面上,形成数字拓片,实现数字拓片正体和反体的映射、阴文和阳文的映射。能够实现“字模”数据的文字切割和自动排版,对数字拓片中的字形编号,建立对应汉字的检索。

三维数字拓印技术的未来发展

我国大部分文物古迹存在需要保护的铭文碑刻,然而古碑、铭文日益损坏,数字化保护刻不容缓,大量铭文石刻蕴含丰富学问信息有待挖掘。应用三维数字拓印技术,可以广泛的积累历代文物表面文字的数字拓本,为开发学问产品提供丰富素材。同时,拓印作品本身就可以作为学问产品和旅游纪念品供应市场,改造提升学问旅游、工艺美术等传统学问产业,加快发展网络学问、数字学问服务等新兴学问产业。

另外,开办拓印拓展服务,分类建立数字化拓本数据库、三维字模字体库,进而建立互联网服务云平台,为促进传统文物保护与研究、学问传承与发展提供新思路。三维数字拓印技术也将有助于文物数字档案的建立,帮助文物行政部门加强对文物的保护、利用和管理,并为文物发挥历史借鉴和社会教育作用提供了保障。

“凭借精确的三维数据,这件文物的所有细节都会在虚拟世界里永存;流失海外的文物,也可以通过扫描,以数据的形式回归祖国。甚至可以说,凭借既有的三维数据,大家可以用三维打印的方式,打印出被保护文物的一个个区块,再拼接出一个原样大小的复制品来,让人们一睹为快。”刘清珺如是说。

随着数字博物馆建设的浪潮兴起,三维数字技术可以通过图像、扫描技术真实记录文物原貌,通过文字提取深入解读文物魅力所在,进一步提升文物的艺术价值及公众对于文物学问底蕴的感知力。三维数字技术可以为博物馆陈列宣传提供真实生动的素材,加强公众对于学问遗产的了解,提升公众的文物保护意识,从而使文物的宣传教育作用得到充分发挥。

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