测绘学报投稿敦煌石窟虚拟重现与壁画修复模拟潘云鹤鲁东明陈任(浙江大学计算机科学与工程系中国杭州310027)panyh@sun.zju.edu.cnldm@cs.zju.edu.cnrchen@cs.zju.edu.cn摘要：由于受到自然灾害、经济建设、旅游开发等因素的影响，许多珍贵稀有文物遗址已处于濒危境地，如何有效保护、研究与开发这些文物资源已经显得非常的迫切与重要。本文研究了如何将计算机技术与传统文物保护工作结合起来，对文物实施数字化保存、重现和修复；并以敦煌文物为研究对象，利用虚拟现实、图像处理与人工智能等技术实现了敦煌石窟虚拟展示、脱落壁画复原与演变模拟等系统，极大地提高和改善了文物保护研究的效率与效果。关键词：虚拟现实；人工智能；文物保护；艺术复原1引言自然灾害、经济建设、旅游开发等因素的影响，许多珍贵稀有文物遗址已处于濒危境地，有些甚至正在或将要消失。抢救性地保护珍贵文物信息，已经显得非常的迫切与重要采用信息技术对文物实施数字化保存，可以最大程度地弥补因文物不可抗拒的衰变或消失而带来的缺憾；同时利用虚拟现实、图像处理与人工智能等技术实现敦煌石窟虚拟展示、脱落壁画复原与演变模拟等系统，极大地提高和改善文物保护研究的效率与效果。敦煌石窟是我国和世界闻名的珍贵历史文化遗产之一。由于地理条件的限制，阻碍了敦煌石窟艺术的广泛传播；同时由于地处沙漠之中，常年的风沙侵袭，敦煌壁画已经受到了严重的破坏。浙江大学与甘肃省敦煌研究院合作进行了敦煌石窟虚拟重现与壁画修复模拟的研究。作为国家自然科学基金重点项目“多媒体与智能技术集成及艺术复原”课题的一个部分，其目的是在计算机平台上提供浏览敦煌石窟的虚拟现实界面，为用户提供一个全方位的友好、方便的浏览工具，为考古学家与艺术家提供鉴赏、研究的平台，并对破损、褪色壁画进行修复。目前，我们已完成基于SGIO2工作站平台与微机平台上的敦煌虚拟漫游系统，其中前者已在德国汉诺威世界博览会（EXPO2000）展出；另外，完成了一些具代表性的洞窟壁画图像色彩的数字化复原与历史演变过程模拟。以上研究工作已被整理并发表在IEEEMultimedia和EuroGraphics2000等国际和国内学术会议和期刊上[9][10]。本文将具体介绍我们的工作。在第二节中我们总结了目前国内外的相关系统，第三节和第四节将详细阐述敦煌石窟虚拟重现与漫游系统和壁画色彩虚拟复原与演变模拟系统，最后我们将对我们的工作作一个总结。_________________________________________________作者简介：潘云鹤（1946－），男（汉族），浙江杭州人，教授，博导，中国工程院院士，浙江大学校长目前研究方向为认知科学、人工智能，计算机美术等。基金项目：国家自然科学基金重点项目（69733030）2国内外相关应用系统及技术随着计算机科学的不断发展，特别是计算机图形学和数字图像处理等技术的逐渐成熟，为古代珍贵文物的保护、复原与研究提供了新的手段与方法，计算机辅助的文物保护与开发受到了广泛的关注，许多国家已开始将信息技术应用于古代文物的收集、保存、虚拟展示、复原、辅助考古与研究、旅游宣传等各个方面，并取得了许多成果。另外，随着应用需求的加强，面向古代文物保护与开发的专门信息技术研究，已引起学术界的普遍关注。近几年一些多媒体、虚拟技术或图形学方面的国际会议开设了文化遗产（CultureHeritage）专题，并将多媒体与虚拟技术用于文物保护作为会议的主题，如VSMM’98,EG’99等[3][4][8]。2.1文物数字化技术文物的数字化是计算机辅助文物保护工作的基础。根据文物对象的特征，文物数字化的研究分为二维文物数字化获取和三维文物数字化获取两个部分。二维文物数字化获取的对象一般包括文物的平面图案、色彩、文本等，其数字化目前常用的方法是采用数字摄影技术来对文物进行拍照，或采用普通相机拍摄后使用扫描仪记录为数字图像。比如，英国大英博物馆就使用照相机拍摄了馆藏的经书和绢画，以作永久保存。三维文物数字化目前大致有三类方法，即基于测量的方法、基于计算机视觉的方法和基于三维扫描仪的方法。其中第三类方法是目前数字化方法的主流。这方面典型的工作有美国斯坦福大学、华盛顿大学与Cyber...
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