1、.：.；測繪學(xué)報投稿敦煌石窟虛擬重現(xiàn)與壁畫修復(fù)模擬潘云鶴 魯東明 陳任(浙江大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程系 中國杭州310027) HYPERLINK mailto: HYPERLINK mailto: HYPERLINK mailto: 摘 要：由于遭到自然災(zāi)禍、經(jīng)濟(jì)建立、旅游開發(fā)等要素的影響，許多珍貴稀有文物遺址已處于瀕危境地，如何有效維護(hù)、研討與開發(fā)這些文物資源曾經(jīng)顯得非常的迫切與重要。本文研討了如何將計算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)

2、文物維護(hù)任務(wù)結(jié)合起來，對文物實施數(shù)字化保管、重現(xiàn)和修復(fù)；并以敦煌文物為研討對象，利用虛擬現(xiàn)實、圖像處置與人工智能等技術(shù)實現(xiàn)了敦煌石窟虛擬展現(xiàn)、零落壁畫復(fù)原與演化模擬等系統(tǒng)，極大地提高和改善了文物維護(hù)研討的效率與效果。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；人工智能；文物維護(hù)；藝術(shù)復(fù)原1 引言自然災(zāi)禍、經(jīng)濟(jì)建立、旅游開發(fā)等要素的影響，許多珍貴稀有文物遺址已處于瀕危境地，有些甚至正在或?qū)⒁?。搶救性地維護(hù)珍貴文物信息，曾經(jīng)顯得非常的迫切與重要。采用信息技術(shù)對文物實施數(shù)字化保管，可以最大程度地彌補(bǔ)因文物不可抗拒的衰變或消逝而帶來的缺憾；同時利用虛擬現(xiàn)實、圖像處置與人工智能等技術(shù)實現(xiàn)敦煌石窟虛擬展現(xiàn)、零落壁畫復(fù)原與演化模

3、擬等系統(tǒng)，極大地提高和改善文物維護(hù)研討的效率與效果。敦煌石窟是我國和世界出名的珍貴歷史文化遺產(chǎn)之一。由于地理條件的限制，妨礙了敦煌石窟藝術(shù)的廣泛傳播；同時由于地處沙漠之中，年年的風(fēng)沙侵襲，敦煌壁畫曾經(jīng)遭到了嚴(yán)重的破壞。浙江大學(xué)與甘肅省敦煌研討院協(xié)作進(jìn)展了敦煌石窟虛擬重現(xiàn)與壁畫修復(fù)模擬的研討。作為國家自然科學(xué)基金重點工程“多媒體與智能技術(shù)集成及藝術(shù)復(fù)原課題的一個部分，其目的是在計算機(jī)平臺上提供閱讀敦煌石窟的虛擬現(xiàn)實界面，為用戶提供一個全方位的友好、方便的閱讀工具，為考古學(xué)家與藝術(shù)家提供鑒賞、研討的平臺，并對破損、褪色壁畫進(jìn)展修復(fù)。目前，我們已完成基于SGI O2任務(wù)站平臺與微機(jī)平臺上的敦煌虛擬遨

4、游系統(tǒng)，其中前者已在德國漢諾威世界博覽會EXPO 2000展出；另外，完成了一些具代表性的洞窟壁畫圖像顏色的數(shù)字化復(fù)原與歷史演化過程模擬。以上研討任務(wù)已被整理并發(fā)表在 IEEE Multimedia和EuroGraphics2000等國際和國內(nèi)學(xué)術(shù)會議和期刊上 910 。_作者簡介：潘云鶴1946，男漢族，浙江杭州人，教授，博導(dǎo)，中國工程院院士，浙江大學(xué)校長。目前研討方向為認(rèn)知科學(xué)、人工智能，計算機(jī)美術(shù)等?；鸸こ蹋簢易匀豢茖W(xué)基金重點工程69733030本文將詳細(xì)引見我們的任務(wù)。在第二節(jié)中我們總結(jié)了目前國內(nèi)外的相關(guān)系統(tǒng)，第三節(jié)和第四節(jié)將詳細(xì)論述敦煌石窟虛擬重現(xiàn)與遨游系統(tǒng)和壁畫顏色虛擬復(fù)原與演

5、化模擬系統(tǒng)，最后我們將對我們的任務(wù)作一個總結(jié)。2 國內(nèi)外相關(guān)運用系統(tǒng)及技術(shù)隨著計算機(jī)科學(xué)的不斷開展，特別是計算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)字圖像處置等技術(shù)的逐漸成熟，為古代珍貴文物的維護(hù)、復(fù)原與研討提供了新的手段與方法，計算機(jī)輔助的文物維護(hù)與開發(fā)遭到了廣泛的關(guān)注，許多國家已開場將信息技術(shù)運用于古代文物的搜集、保管、虛擬展現(xiàn)、復(fù)原、輔助考古與研討、旅游宣傳等各個方面，并獲得了許多成果。另外，隨著運用需求的加強(qiáng)，面向古代文物維護(hù)與開發(fā)的專門信息技術(shù)研討，已引起學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。近幾年一些多媒體、虛擬技術(shù)或圖形學(xué)方面的國際會議開設(shè)了文化遺產(chǎn)Culture Heritage專題，并將多媒體與虛擬技術(shù)用于文物維護(hù)作為會

6、議的主題，如VSMM98, EG99等348。2.1 文物數(shù)字化技術(shù)文物的數(shù)字化是計算機(jī)輔助文物維護(hù)任務(wù)的根底。根據(jù)文物對象的特征，文物數(shù)字化的研討分為二維文物數(shù)字化獲取和三維文物數(shù)字化獲取兩個部分。二維文物數(shù)字化獲取的對象普通包括文物的平面圖案、顏色、文本等，其數(shù)字化目前常用的方法是采用數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)來對文物進(jìn)展拍照，或采用普通相機(jī)拍攝后運用掃描儀記錄為數(shù)字圖像。比如，英國大英博物館就運用照相機(jī)拍攝了館藏的經(jīng)書和絹畫，以作永久保管。三維文物數(shù)字化目前大致有三類方法，即基于丈量的方法、基于計算機(jī)視覺的方法和基于三維掃描儀的方法。其中第三類方法是目前數(shù)字化方法的主流。這方面典型的任務(wù)有：美國斯坦福

7、大學(xué)、華盛頓大學(xué)與Cyberware公司協(xié)作完成的數(shù)字化米開朗基羅方案，該方案運用三維掃描儀記錄了十座米開朗基羅所塑造的大型塑像，包括著名的大衛(wèi)像1；日本岐阜大學(xué)完成的基于丈量的Shirakawa-go地域的古村落數(shù)字化任務(wù)等2。2.2 文物虛擬展現(xiàn)技術(shù)文物虛擬展現(xiàn)技術(shù)主要研討如何將曾經(jīng)數(shù)字化記錄終了的文物照實地展現(xiàn)出來。其運用主要有：為考古專家提供非常逼真詳細(xì)的文物外觀信息；為藝術(shù)家們提供圖像明晰、照明充足的臨摹范本和鑒賞環(huán)境；為游客在展覽館或網(wǎng)頁上交互地欣賞一些珍貴文物、觀看文物開掘過程；展現(xiàn)文物出土?xí)r的周圍環(huán)境、位置，整個開掘現(xiàn)場的整體情況，以及隨著開掘任務(wù)的進(jìn)展，整個遺址環(huán)境的變化等。

8、文物虛擬展現(xiàn)最典型的運用是虛擬文物遺址遨游系統(tǒng)，這里用到的計算機(jī)技術(shù)主要是虛擬現(xiàn)實Virtual Reality技術(shù)。典型的有意大利羅馬大學(xué)的Angela Antonicelli等人正在進(jìn)展的Plinius工程，對龐貝古城進(jìn)展研討，建立龐貝城的虛擬現(xiàn)實模型，并實現(xiàn)三維遨游3；中德協(xié)作創(chuàng)建的敦煌信息網(wǎng)站，利用VRML和QTVR等技術(shù)實現(xiàn)對敦煌洞窟的遨游，使得用戶在網(wǎng)絡(luò)上也可以觀賞敦煌石窟，得到相關(guān)資料4。為進(jìn)一步提高文物虛擬展現(xiàn)的真實感和展現(xiàn)系統(tǒng)的效率，根據(jù)不同運用系統(tǒng)的要求，文物虛擬展現(xiàn)技術(shù)的研討目前主要集中在加速實時繪制技術(shù)，加速實時網(wǎng)絡(luò)閱讀技術(shù)和真實感繪制技術(shù)等方面。一些計算機(jī)圖形學(xué)最新的

9、研討成果，例如基于圖象的建模Image Based Rendering，IBR技術(shù)，多分辨率建模Multiresolution Modeling等等，都曾經(jīng)在文物虛擬展現(xiàn)系統(tǒng)中獲得了運用。2.3 計算機(jī)輔助文物復(fù)原技術(shù)計算機(jī)藝術(shù)復(fù)原是計算機(jī)圖形學(xué)一個分支，近幾年的SIGGRAPH會議均設(shè)專題進(jìn)展討論。1994年7月在美國舉行的世界計算機(jī)圖形學(xué)大會上，計算機(jī)藝術(shù)方面的內(nèi)容比例很大，專門編印了計算機(jī)藝術(shù)作品選。近年來，計算機(jī)藝術(shù)復(fù)原在文物修復(fù)方面的運用得到了世界各國廣泛的關(guān)注，延續(xù)兩年，VSMM98與EuroGraphic99在其會議中開設(shè)了這方面的專題討論組，并出版了專集。如今在文物修復(fù)領(lǐng)域常用

10、的，而且曾經(jīng)成熟的方法主要是單純的基于計算機(jī)圖象處置的修復(fù)方法。其利用的技術(shù)和原理是藝術(shù)圖象處置的普通技術(shù)原理，大多數(shù)并不具有針對文物維護(hù)這個特定領(lǐng)域的特性。這樣，許多在恢復(fù)階段中非常有用的知識例如壁畫的變色、褪色知識，以及其他一些具有參考價值的信息都被忽略了。另外，整個修復(fù)過程在方式上根本是人機(jī)交互，計算機(jī)對修復(fù)任務(wù)不提供啟發(fā)和指點功能，因此存在很大的局限性。針對以上缺乏，人們開場研討人工智能、多媒體與傳統(tǒng)圖象處置的結(jié)合。在多媒體技術(shù)的根底上，經(jīng)過嵌入知識表達(dá)與推理機(jī)制，來提高或改善多媒體系統(tǒng)在媒體制造、組織存儲、檢索和顯示交互方面的性能。3 敦煌石窟虛擬重現(xiàn)與遨游3.1 文物數(shù)字化信息獲取

11、敦煌石窟藝術(shù)中最有藝術(shù)價值的是其壁畫和彩塑。如何將其完好，無損地記錄下來，是我們文物數(shù)字化信息獲取的主要目的。根據(jù)獲取對象的不同特點，我們將壁畫、石窟構(gòu)造和彩塑分別采用不同的方法來進(jìn)展獲取任務(wù)。 壁畫數(shù)字化獲取我們采用數(shù)字相機(jī)拍攝來獲取壁畫的圖像數(shù)據(jù)。為了獲得高精度的壁畫圖像，我們首先把一整幅的壁畫劃分成假設(shè)干個區(qū)域進(jìn)展拍攝，并且使相鄰照片有部分重疊以便拼接。拍攝的壁畫圖像經(jīng)過預(yù)處置后，再合成為整幅壁畫圖像。 石窟構(gòu)造數(shù)字化獲取對于石窟構(gòu)造，我們從知的丈量數(shù)據(jù)直接運用三維建模工具如AUTODESK公司的3DS MAX等進(jìn)展建模，把壁畫和地磚紋理采用投射貼圖的方法映射到洞壁外表，采用凹凸貼圖的方

12、法來模擬洞壁上的浮雕，并根據(jù)洞壁原始情況改動其凹凸度以添加真實感。 彩塑模型數(shù)字化獲取對于彩塑等外形比較復(fù)雜，對記錄精度要求很高的三維對象，我們采用三維掃描技術(shù)來獲取其模型。運用專業(yè)的三維掃描儀可以容易地獲得三維物體的幾何模型，其記錄精度可以到達(dá)毫米數(shù)量級。并針對敦煌彩塑的特點研討了專門的模型拼接算法。另一方面，由于文物大多具有豐富的顏色信息，這些顏色、紋理也是考古專家研討的重要內(nèi)容。但是目前大量運用的三維掃描儀只能獲得物體的單色幾何模型，無法直接獲取顏色信息。為了彌補(bǔ)這種缺乏，我們研討了如何經(jīng)過三維掃描儀掃描獲得的單色模型與圍繞著它所拍攝的一系列數(shù)字相片來獲取物體紋理貼圖的方法。該算法經(jīng)過模

13、型到圖象的對準(zhǔn)技術(shù)、幾何投射與變形和拼接等步驟來獲取物體圓柱貼圖紋理，具有直觀、對原始照片質(zhì)量要求小、允許運轉(zhuǎn)時編輯等優(yōu)點。該方法曾經(jīng)在系統(tǒng)中得到了運用，并獲得了很好的效果。3.2 莫高窟外景虛擬遨游傳統(tǒng)的遨游系統(tǒng)主要運用非常成熟的幾何建模和真實感圖形繪制技術(shù)，經(jīng)過手工方法建立場景的三維模型，設(shè)定光照、紋理，然后根據(jù)游覽者的察看角度用光線跟蹤或紋理映射的方法進(jìn)展真實感繪制。但這種繪制技術(shù)存在著一些明顯缺乏：首先，對于復(fù)雜的場景，特別是自然景觀，較難建立滿足真實感要求的模型，所以不得不破費大量時間去建模，并且顯示時對硬件的要求也很高。另外，遨游場景是計算機(jī)根據(jù)一定的光照模型進(jìn)展繪制的，顏色層次沒

14、有實踐的自然景觀豐富，用戶很容易看出是由計算機(jī)產(chǎn)生出來的。為了抑制以上缺乏，許多學(xué)者探求了基于圖象的繪制(IBR)技術(shù)，直接利用照片作為輸入來實現(xiàn)遨游，在外景虛擬遨游中，我們就采用了基于全景圖的IBR方法。這種方法最大的特點和優(yōu)點是易于實現(xiàn)、效率高、遨游速度快，也可以在普通的計算機(jī)上實現(xiàn)實時地遨游而不需求專門的圖形、圖象的硬件加速設(shè)備。根據(jù)敦煌外景的特點，我們專門研討了IBR中的環(huán)繞與穿透遨游方法。這樣，用戶就可以延續(xù)遨游整個景區(qū)，而不是象傳統(tǒng)的基于全景圖的IBR方法那樣只能在固定幾個點上察看景物。3.3 藝術(shù)石窟內(nèi)部虛擬遨游 藝術(shù)石窟內(nèi)部虛擬遨游的設(shè)計目的是：具備根本的遨游功能，即自在控制遨

15、游道路；具備部分對象的拾取、放大等處置功能，滿足考古任務(wù)者和藝術(shù)任務(wù)者的需求；提供較高真實感的繪制，特別在是壁畫的明晰度方面，要保證用戶在接近壁畫時仍具有一定的分辨率；提供面向游客的石窟遨游等。6由于敦煌石窟彼此之間相互獨立。用戶在實踐觀賞中某一時辰所關(guān)注的只能夠是一個石窟。所以我們將各個石窟分別建模和遨游，并以外景遨游將它們有機(jī)地串在一同。這不僅為實現(xiàn)自在式的遨游提供了設(shè)計方便，而且在實踐運用中，也可以方便研討人員開展任務(wù)?；谏鲜鲆?，我們設(shè)計了如下系統(tǒng)構(gòu)造：8圖1 藝術(shù)石窟內(nèi)部虛擬遨游系統(tǒng)總體構(gòu)造多媒體數(shù)據(jù)庫三維模型生成模塊壁畫，彩塑紋理生成洞窟導(dǎo)游信息獲取接口OpenGL API用戶界

16、面三維視圖導(dǎo)游信息視圖視點控制VRML載入模塊建模工具與三維掃描輸入系統(tǒng)在構(gòu)造上設(shè)計為四個部分。最根本的是多媒體信息的數(shù)據(jù)庫MDB，是包括石窟的三維模型數(shù)據(jù)構(gòu)造，彩塑，壁畫，關(guān)于壁畫的文字、聲音和視頻等信息。它是系統(tǒng)的一切數(shù)據(jù)來源，并提供數(shù)據(jù)I/O操作的接口；虛擬場景生成器VSGVirtual Scene Generator是系統(tǒng)的中心部分，包括三個子模塊：3D模型表達(dá)；石窟彩塑表達(dá)和壁畫多媒體信息表達(dá)；用戶界面UI擔(dān)任管理各種顯示場景的窗口，接受用戶的各種輸入信息等。對于本系統(tǒng)來說，關(guān)鍵技術(shù)在于石窟中的塑像的處置，這些人物塑像往往外型復(fù)雜，顏色豐富，給建模和渲染上帶來了很大困難，我們采用基于

17、morphing的IBR方法和多分辨率模型方法來處理這一問題： 基于Morphing的IBRMorphing是一種圖象變形技術(shù)，是使一個數(shù)字圖象到另一個圖象的流暢的變化。平滑的變形是利用對兩幅圖象顏色插值來實現(xiàn)的，通常是先對圖象進(jìn)展warping，提供圖象中特征的幾何外形轉(zhuǎn)換以保證圖象的幾何特征的對應(yīng)關(guān)系，然后再對顏色進(jìn)展插值。圖2 藝術(shù)石窟遨游系統(tǒng)界面在遨游過程中，我們采用改良的基于特征線段的Morphing方法來對彩塑照片進(jìn)展插值，以獲得中間視點的視圖。由于敦煌彩塑的外形非常復(fù)雜，為了在遨游中獲得較好的視覺效果。我們的Morphing算法在現(xiàn)有基于特征線Morphing算法的根底上，重點研

18、討了傳統(tǒng)方法中不能處理的合成圖象中的“空洞問題。我們首先運用基于動態(tài)規(guī)劃的邊緣檢測方法確定圖象的輪廓，先用區(qū)域生長法尋覓“空洞，然后運用反向區(qū)域生長法填充“空洞。該算法已在遨游系統(tǒng)中運用，并獲得了較好的效果。 多分辨率模型多分辨率模型方法是指對一個場景或場景中的物體，經(jīng)過具有不同細(xì)節(jié)的描畫方法，得到一組模型，以供繪制時選擇運用。圖3 不同細(xì)節(jié)程度的佛像三維模型我們采用公認(rèn)簡化后幾何特征堅持最好的是基于二次誤差度量的簡化算法來對掃描得到的精細(xì)模型進(jìn)展簡化。并針對敦煌遨游系統(tǒng)的特點，在其根底上作一定改良，根據(jù)彩塑特點對簡化結(jié)果進(jìn)展約束。為每一尊彩塑建立多個不同細(xì)節(jié)程度的描畫并保管后，我們可以在遨游

19、過程中根據(jù)用戶的視點與彩塑的間隔 和角度選擇不同的描畫進(jìn)展著色，這樣就大大降低了場景的復(fù)雜度，提高了遨游系統(tǒng)的效率。壁畫顏色復(fù)原與演化模擬敦煌壁畫顏色復(fù)原與演化模擬系統(tǒng)可以采用自動和交互手段，對褪色、變色和零落的殘破壁畫進(jìn)展復(fù)原，并模擬其病害的發(fā)生和演化過程。本系統(tǒng)的研討與開發(fā)為維護(hù)與研討敦煌壁畫提供了有效的計算機(jī)輔助研討工具，已在敦煌復(fù)原任務(wù)中運用，并獲得了很好的效果。敦煌壁畫顏色復(fù)原的思緒是：根據(jù)圖像的主要顏色，自動將壁畫圖像劃分得到幾張單色圖像；利用壁畫的屬性檢索出與當(dāng)前壁畫類似的完好的壁畫作為復(fù)原的參考壁畫；同時運用敦煌傳統(tǒng)用色知識，壁畫風(fēng)格知識、敦煌研討專家的閱歷知識，進(jìn)展顏色復(fù)原推

20、理；最后，利用變色演示技術(shù)，能可以產(chǎn)生很多中間圖像，逼真地模擬壁畫演化的全過程，供敦煌顏色專家和文物維護(hù)專家參考。壁畫復(fù)原演化模擬涉及的主要技術(shù)包括：顏色分層、顏色風(fēng)格表達(dá)檢索、類比推理、顏色協(xié)調(diào)映射等方面。4.1 顏色虛擬復(fù)原與演化模擬的系統(tǒng)流程顏色虛擬修復(fù)的流程為如下幾步：9預(yù)處置：根據(jù)閱歷處置圖像，使圖像質(zhì)量變好，以便于下面的分層和邊緣檢測劃分對象。劃分對象：根據(jù)不同的破損情況，用分層或邊緣檢測的區(qū)域提取方法得到修復(fù)對象。系統(tǒng)可以最終進(jìn)展修復(fù)的最小單位是修復(fù)對象。修復(fù)對象：修復(fù)對象的過程比較復(fù)雜，又可以分為以下幾個子步驟：合并對象：假設(shè)有些層或區(qū)域修復(fù)對象可以作一樣的修復(fù)處置，那么可以把

21、它們合并到一層。最后每個修復(fù)對象各占一層。獲得對象的描畫信息：系統(tǒng)經(jīng)過提供一個導(dǎo)游引導(dǎo)用戶搜集一些修復(fù)必需知道的描畫信息，如壁畫所處朝代，洞窟、壁畫主題、內(nèi)容、風(fēng)格以及繪畫技法、是變色、褪色還是零落破損等等。選擇修復(fù)方法及知識檢索：根據(jù)前面得到的描畫信息以及對象本身的圖像信息，選擇適當(dāng)?shù)男迯?fù)方法并從知識庫中檢索相應(yīng)的方式化閱歷知識或類比知識。進(jìn)展修復(fù)：主要是根據(jù)知識進(jìn)展實踐圖像處置上的顏色交換及圖案創(chuàng)作過程。合并對象：定義各個對象的合并順序，把各個對象與原始圖重新合并成一幅整圖。后處置：同預(yù)處置。預(yù)處置圖像層劃分修復(fù)對象區(qū)域及對象修復(fù)每個對象合并各個對象成一整圖分層區(qū)域提取修復(fù)算法變色、褪色、

22、零落知識庫特殊圖像處置：如調(diào)整、除臟后處置圖像層特殊圖像處置：如調(diào)整、平滑，除臟協(xié)調(diào)原始圖像演示中間關(guān)鍵點的設(shè)置變色軌跡的擬合和調(diào)整多條變色軌跡的協(xié)調(diào)合并各層，實現(xiàn)演化過程虛擬演化知識庫圖4 虛擬修復(fù)與演示流程圖虛擬顏色演化模擬的兩個艱苦問題就是處理顏色過渡曲線的獲得和在演化過程中對多種顏色的中間顏色進(jìn)展協(xié)調(diào)。而我們得到的顏色過渡曲線通常是某一種顏料原始顏色的規(guī)范軌跡，而壁畫圖像顏色豐富，于是我們要在有限的規(guī)范軌跡上推出任一種顏色的變色軌跡并為它做近似顏色演示。4.2 關(guān)鍵技術(shù) 基于領(lǐng)域知識的自動顏色分層技術(shù)在根本的直方圖統(tǒng)計分色方法的根底上，我們引入了領(lǐng)域知識。敦煌專家曾經(jīng)給出了敦煌各個朝代

23、的運用的規(guī)范顏色，根據(jù)這些顏色我們重新劃分顏色空間，將圖像中的顏色加權(quán)歸類。由于繪畫時顏色的空間延續(xù)性，在計算顏色類似度時，不僅根據(jù)當(dāng)前像素的顏色值，而且思索到它周圍n個點的顏色的平均或加權(quán)平均值。這樣得到的分層效果比普通的直方圖統(tǒng)計要明顯好很多。10 顏色風(fēng)格表達(dá)檢索和類比推理我們對圖像進(jìn)展了方式化的定義，思索了圖像的內(nèi)容和背景等語義特征，這樣就可以防止純圖像處置方法中把圖像看成象素點集合的盲目性。我們在圖像處置的根底上，引入知識類比，根據(jù)專家的閱歷知識和實驗統(tǒng)計知識作為圖像處置的約束條件。領(lǐng)域內(nèi)的知識約束使得復(fù)原效果真實可靠。對一幅藝術(shù)圖像而言，我們要對其進(jìn)展分析和處置，不僅僅要思索它的視

24、覺特征顏色和空間分布等物理屬性，而且要思索它的語義特征圖像內(nèi)容以及相關(guān)背景信息，因此我們對藝術(shù)圖像的方式化定義如下：圖像視覺特征空間=顏色特征 外形特征 紋理特征 我們定義語義特征空間為：其中是洞窟號；是創(chuàng)作朝代；是主題。在這里，知識實踐上是圖像類比的總體約束條件，所以我們采用知識約束的圖像檢索作為推理機(jī)制。這里的圖像檢索包括語義特征的檢索和視覺特征的檢索。普通來說，語義特征的區(qū)別也是視覺特征的區(qū)別，所以語義特征的檢索優(yōu)先于視覺特征的檢索。10 顏色轉(zhuǎn)換規(guī)那么修復(fù)的過程實踐上是一個顏色轉(zhuǎn)換的過程。對一個修復(fù)對象，我們在HSV空間統(tǒng)計出此對象的顏色直方圖，由此確定當(dāng)前圖像顏色分布主要指直方圖的峰

25、值，而修復(fù)后圖像的顏色分布是從閱歷知識或類比圖像中提取出來的。我們采用線性變換實現(xiàn)修復(fù)對象中象素的顏色轉(zhuǎn)換，其方法是根據(jù)修復(fù)前后h、s、v兩峰值的和作為參數(shù)求出所要恢復(fù)區(qū)域象素的顏色值系統(tǒng)也提供了在RGB空間的這種線性顏色轉(zhuǎn)換。 顏色過渡變色及褪色演化過程是一個顏色過渡過程，我們要求顏色過渡軌跡上的一切顏色都應(yīng)該是敦煌顏色。顏色過渡軌跡可以由如下步驟得到：對混色模型計算得出的關(guān)鍵顏色進(jìn)展判別，看能否落于敦煌色集合。假設(shè)否那么在敦煌色中取與之類似度最高的顏色替代。判別任兩相鄰關(guān)鍵顏色的連線上的顏色點能否都是敦煌色，假設(shè)否那么產(chǎn)生演示曲線上的斷點，將此連線切成幾段線段。所以演示有能夠顏色直接從某一

26、色跳到下一敦煌顏色。得到一折線的顏色過渡曲線分段函數(shù)。這就是某種顏料顏色過渡的規(guī)范軌跡。也可以由貝塞爾曲線替代直線擬合。以下是我們得到的結(jié)果：圖5 基于知識的變色復(fù)原。左邊的是如今的壁畫洞窟實景拍攝的的照片，中間的是用于類比的圖，右邊的是復(fù)原后的結(jié)果。研討總結(jié)與展望計算機(jī)科學(xué)與文物維護(hù)的結(jié)合，在國內(nèi)外尚處在實驗階段，但是它具有蓬勃的生命力，并遭到了廣泛的關(guān)注。本文的探求任務(wù)為傳統(tǒng)的文物維護(hù)開辟了一條新的道路，以敦煌文物維護(hù)為例，為古代珍貴文物的維護(hù)、復(fù)原與研討提供了新的手段，即計算機(jī)輔助的文物維護(hù)與開發(fā)方法。經(jīng)過浙江大學(xué)與敦煌研討院雙方計算機(jī)與文物維護(hù)專家們的共同努力，我們曾經(jīng)根本完成了莫高窟

27、第17、45、85、205、419窟中壁畫與彩塑的數(shù)字化攝影與保管，并開發(fā)了包括莫高窟外景在內(nèi)的石窟虛擬展現(xiàn)與旅游觀賞系統(tǒng)；另外，以第205窟的南墻壁畫為重點，完成了壁畫圖像顏色的數(shù)字化復(fù)原與歷史演化過程模擬。同時，還開發(fā)了支持石窟現(xiàn)場調(diào)查、病害標(biāo)志、資料分析、環(huán)境監(jiān)測與壁畫修復(fù)等全過程的計算機(jī)輔助石窟維護(hù)修復(fù)輔助系統(tǒng)、能臨摹創(chuàng)作敦煌風(fēng)格圖案的智能圖案輔助設(shè)計系統(tǒng)。目前，我們正進(jìn)一步加深對面向瀕危文物維護(hù)的信息數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)研討開發(fā)，完善各個運用軟件系統(tǒng)，并擬推行運用到其他遺址、文物的維護(hù)研討與開發(fā)。本文任務(wù)得到國家自然科學(xué)基金重點工程“多媒體與智能技術(shù)集成及藝術(shù)復(fù)原No.69733030的資

28、助。參 考 文 獻(xiàn)LEVOY M, PULLI K, CURLESS B, HYPERLINK /document/SIGGRAPH/2000/proceeding/papers/levoy/levoy.pdf The Digital Michelangelo Project: 3D Scanning of Large Statues CD, Siggraph2000, ACM Press, 2000HIRAYU H, OJIKA T, KIJIMA R, Construction the Historic Villages of Shirakawa-go in Virt

29、ual Reality J, IEEE Multimedia, 2000(4-6): 61-63ANTONICELLI A, SCISCIO G, ROSICARELLI R, et al, Exploiting Pompei Cultural Heritage: The Plinius Project CD, Eurographics99, Eurographics Association, 2000HAMBACH S, How To Visit Dunhuang Without Travelling To Central Asia CD Eurographics99, Eurographi

30、cs Association, 2000PAN Yunhe, Dunhuang Art Cave Rebuilding & Navigation C, Proceeding of the Fourth Conference of Computer Aided Architectural Design Research in Asia, Shanghai Scientific and Technological Literature Publishing House, 1-20LU Dongming, PAN Yunhe, Image-Based Modeling & Rendering for

31、 Dunhuang Art Cave C, Proceeding of the 6th International Conference of CAD/CG, WenHui Publishers, 1172-1176LU Dongming, PAN Yunhe, Image-Based Virtual Navigation Systerm for Art Caves, the International Journal of Virtual Reality J, 2000, 4(4): 40-45GONG Zhi, LU Dongming, PAN Yunhe, Dunhuang Art Ca

32、ve Presentation and preserve based on VE C, VSMM98, IOS Press, 612-618LI Xiangyang, LU Dongming, PAN Yunhe, HUA Zhong, Virtual Dunhuang Mural Restoration System in Collaborative Network EnvironmentCD, Eurographics 2000, Eurographics Association, 2000 LI Xiangyang, LU Dongming, PAN Yunhe, Color Restoration and Image Retrieval for Dunhuang Fresco