“中國宗教藝術遺產調查與數字化保存整理研究”
工作簡報

炳靈寺石窟，位于甘肅省臨永靖縣西南約52公里處黃河北岸的大寺溝內，是絲綢之路自中原地區進入河西走廊、連接青藏高原的交通節點上一處重要的石窟寺。 炳靈寺石窟開創于十六國西秦時期，甚至更早。385年，鮮卑族首領乞伏國仁聯合漢族權貴在苑川（今甘肅榆中境內）建立西秦政權，后不斷發展壯大，逐漸占據金城、隴西、河州（今臨夏）等地。412年，西秦第三代王乞伏熾磐遷都枹罕（今臨夏附近），統治秦、河兩州達數十年之久。當時的西秦王室崇信佛教，曾請各方高僧入其境內講經說法、翻譯佛經、修建寺院、開窟造像。在統治階層的大力扶植下，佛教在西秦國內日益興盛，逐漸成為絲路南道上北方地區重要的佛教中心之一，不斷受到西漸東流的佛教思潮影響。炳靈寺作為西秦境內的佛教勝地，也在此時進入營窟造像的第一個高峰期。現存第169窟6龕內的西秦建弘元年（420年）墨書題記，是我國石窟中現存最早的佛教造像的紀年題記，成為我國早期石窟的斷代標尺。

北魏統一北方后，興起在山西大同地區的平城佛教藝術傳到炳靈寺，進一步促進了，炳靈寺佛教藝術的發展。唐朝社會安定，經濟發達，佛教的發展也達到了空前的高漲。此時，不僅絲綢之路更加暢通無阻，而且還開通了自都城長安至吐蕃之間的唐蕃古道。這兩條著名的文明古道在炳靈寺附近交匯，是炳靈寺的佛教造像達到了歷史的巔峰。 據統計，炳靈寺石窟現存窟龕造像中，三分之二以上為唐代作品。

元明時期藏傳佛教興盛，受唐蕃古道便利條件的推動，地處漢藏交界的帶的炳靈寺深受藏傳佛教的影響，藏傳佛教開始入主炳靈寺，對許多早期洞窟內的壁畫進行了重繪，雕刻了大量的浮雕舍利塔，其宗教活動范圍又向大寺溝內部擴展至上寺和洞溝區，使炳靈寺的石窟藝術走向唐朝以來第四次全新的高峰。

炳靈寺石窟歷經西秦、北魏、西魏、北周、隋、唐、宋、西夏、元、明、清等十余個朝代的持續營建，現有大小窟龕216個，主要分布于上寺、下寺、洞溝三個區域。其中下寺區是窟龕最為集中和精華所在區，共有窟龕195個。 1951年9月，著名學者馮國瑞先生對炳靈寺石窟進行了初步考察。1952年9月，中央文化部和西北文化部抽調各方面專家，組成一支13人的炳靈寺石窟考察團，赴炳靈寺進行了第一次正式勘察。1955年5月，成立了專門的保護機構。1961年3月4日，炳靈寺石窟被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位。2006年，下寺區被列入世界文化遺產預備名單。2013年10月18日，接受了世界教科文組織專家現場的考察評估。2014年6月22日， 被列入世界文化遺產名錄。

自近代以來，石窟所在的河州地區各種矛盾疊起，戰亂頻繁，局勢動蕩不安。炳靈寺石窟受到嚴重創傷，許多洞窟及精美雕塑藝術品毀于兵燹，貫通于崖壁各層洞窟間的木構棧道、唐代大佛前的佛閣，及密布于大寺溝內外的殿堂、閣樓、棧道等寺院建筑均被付之一炬。 在戰亂中，許多難民和僧人躲藏在窟內，在里面祭拜燒香、生火做飯致使石窟里的造像和精美壁畫被嚴重熏黑變色，看不清原來的樣貌。

炳靈寺第146窟概況

炳靈寺石窟，始建于西秦建弘元年(公元420年) ，從十六國時代起,歷經北魏、北周、隋、唐、宋、元、明各代，已有一千六百多年的歷史。西秦建都臨夏期間，國王御駕親臨石窟，揮毫題詞，真跡尚存于巖壁之上。自公元420年鑿窟起到宋代,石窟對漢傳佛教、凈土宗、華嚴宗和禪宗的影響較大，元末明初，藏傳佛教中的黃教（格魯派）傳入炳靈寺。炳靈寺石窟在承襲前代民問藝術的基礎上，吸收和融合外來佛教藝術，以嶄新的姿態、簡潔的手法，創造了生動的雕塑形象和繪畫藝術，具有十分重要的研究價值，也有助于后人對佛教文化的認識和理解。

位置： 145窟北側。

時代：北周。明重繪。

形制：平面呈方形，覆斗形頂，正壁及左右壁開龕（單壁單龕）。

尺寸：窟高3.29米，寬2.74米，深2.86米。窟門高1.76米，寬1.5米。

造像內容：窟內雕三世佛并脅侍菩薩共9身像。正壁龕內方臺上雕一結跏趺坐佛二菩薩，佛高1.36米，二脅侍菩薩高1.27米。南壁前龕內方臺上雕一結跏趺坐二菩薩。北壁前龕內雕一結跏坐佛二菩薩。南壁淺龕內佛高1.40米，東側菩薩已毀。兩側菩薩高1.27米。北壁淺龕內佛高1.40米，二菩薩均高1.27米。

壁畫內容：窟頂四披壁畫，四壁壁畫背為千佛。明代重繪壁畫。藻井壁畫為壇城圖。題記：重修古剎靈巖寺碑記石碑陽刻

保存現狀：此窟正、南龕佛像皆雙領下垂式袈裟，佛像偉岸，面相較豐圓，佛頭微向前傾。北龕佛像應為后代修補。菩薩戴花冠，上身裸，著纓絡，披巾沿肩下垂，巾角外揚。手持物不明。

備注：至今存放著1967年搬入的第16、90、133窟中的壁畫。在受自然和人為的雙重因素影響下，壁畫、塑像產生了煙熏覆蓋，壁畫和塑像已經到了看不清的狀態。

炳靈寺第146窟病害調查

炳靈寺石窟是中國歷史上最重要的石窟寺之一，由于各種天氣地質原因，炳靈寺石窟受到了多次的損害。

如不可抗拒的暴雨、洪澇、地震等一些極端氣候的影響，許多佛造像受到損毀，石窟墻體破裂，墻壁脫落等。還有許多人為的破壞，其中最常見的是煙熏，人們長時間在石窟里祭拜燃燒香火，也有發現牧民在石窟里生火做飯的痕跡，石窟里的彩繪石雕造像，墻壁上的精美壁畫被煙熏過后看不清原來的樣貌。

146窟高3.29米，但進深僅2.8米左右，壁畫基本被煙熏黑，由于壁畫和塑像都是泥質的，在沒有任何防護措施的條件下，即便是修復好的壁畫和塑像也將很容易遭受自然因素的破壞。因此使用紅外線提取146 窟壁畫的保護顯得十分必要。

環境監測數據表明，炳靈寺夏季的平均溫度高且溫差大，相對濕度從春季到秋季逐漸增加，整體相對濕度維持在一個較高的水平；從 1月到4 月平均相對濕度大幅度下降。炳靈寺年均降雨量300多mm。炳靈寺石窟所在大寺溝內的風向主要集中在 150°到200°之間，以從溝口吹進的東南風和西南風為主，年平均風速在1米每秒左右，最大風速年平均在 6米每秒左右。這些環境因素對 146窟壁畫和塑像的長期保存十分不利，尤其是在146窟的壁畫和塑像已經出現了被煙熏的情況下，更加加速了壁畫、塑像的風化、褪色和脫落。146窟的數字化及保護修繕工作已到了刻不容緩的地步。首要處理的是壁畫紅外線的高精度影像數據提取。

由于受自然和人為因素的影響，壁畫病害種類多；塑像損毀較嚴重，據初步調查，壁畫幾乎被煙熏，初看只有黑乎乎的碳覆蓋在表面，壁畫內容都看不清了；壁畫裂縫及病害如起甲、空鼓、脫落已經表現得十分嚴重且處于不穩定的狀態。

初步調查顯示，炳靈寺石窟受到損害有：

A.不可抗拒的暴雨、洪澇、地震等一些極端氣候的影響

B.石窟崖壁滲水

C.石窟崖體裂隙與危巖危石

D.底層窟龕潮濕、酥堿

E.窟前泥沙淤積

F.石窟墻體破裂，墻壁脫落

G.煙熏

H.害蟲引起的蟲蛀

I.蜘蛛網

炳靈寺已列入我國“絲綢之路世界文化遺產”，這對炳靈寺的展示要求將進一步提升。146窟毗鄰大佛，位于大佛的南側。該窟被煙熏的壁畫既對保護不利也有礙于參觀展示，對 146窟壁畫的數字化保護修復十分必要且緊迫。

炳靈寺石窟狀況調查方法

按照中華人民共和國文物保護行業標準 《古代壁畫病害與圖示》、《古代壁畫現狀調査規范》的要求,對第146窟壁畫塑像保存現狀進行了詳細的調査, 并繪制病害示意圖。

采用佳能5D mackIII相機、專業攝影閃光燈,對第146窟壁畫塑像進行拍照記錄壁畫現狀,并為現狀調査和其他保護工作提供詳實的第一手資料。拍攝時采用色標卡矯正,選擇合適曝光和色值。

現場調査中，對保護修復方案所涉及壁畫的保存現狀進行了詳細調査。為了準確、直觀、真實反映壁畫修復前的狀況,使用AutocAD 軟件并以拍攝的數字照片為底圖,按照調査標準,手工繪制完成壁畫病害圖。

炳靈寺146窟狀況調查結果

現場調查顯示，炳靈寺石窟146窟壁畫顏料層起甲、脫落病害分布主要在佛龕兩側，地仗層脫落主要在佛龕下部及藻井西面。煙熏的面積較大，共計約33.4m?，許多壁畫及塑像已被熏黑。

南壁：

顏料層起甲：分布在南壁佛龕左側和右側。

地仗層脫落：佛龕下方地仗層及顏料大部分脫落。

煙熏范圍：南壁佛龕以上大面積煙熏嚴重，基本看不清壁畫內容。

佛龕裂隙：主要在佛龕右側。

塑像殘損：佛龕中部塑像右側胎體斷裂。

北壁：

壁畫煙熏：北壁中間塑像上半部分煙熏嚴重。壁畫左側及底部煙熏嚴重。

地仗層脫落：佛龕下方地仗層及顏料大部分脫落。

顏料層起甲：分布在北壁佛龕左側和右側。

西壁

壁畫煙熏：塑像面部分煙熏嚴重。壁畫左側及上部煙熏嚴重。

顏料層起甲：分布在西壁佛龕左側和右側及塑像。

顏料層起甲：分布在西壁佛龕左側和右側。

頂部壁畫

地仗層脫落：藻井西側地仗脫落。

壁畫煙熏：藻井壁畫煙熏嚴重，基本看不清壁畫內容。

E.東壁壁畫

炳靈寺146窟壁畫其他狀況：

窟壁畫起甲、石胎風化、石胎裂隙、煙熏局部、劃痕局部細節、酥堿問題嚴重

總結：

四面窟壁及藻井均被煙熏，看不清壁畫內容，西壁及北壁的塑像也被煙熏，看不清塑像上的圖案紋理。

煙熏面積統計：

146窟壁畫及塑像被煙熏面積總共約33.4m?。

經過前期調查研究，造成146窟嚴重煙熏的原因主要是早年人們在石窟里進行祭拜活動，焚燒的香紙產生的煙長期對壁畫的熏烤造成。及解放前牧民在窟里生火做飯，焰火將石窟上的壁畫及藻井熏黑。在煙熏最嚴重的地方藻井及南壁煙熏覆蓋得厚度已經把墻壁上的壁畫完全覆蓋，肉眼已經不能判斷黑色的煙熏痕跡下是否有壁畫。石窟里的彩繪石雕造像，墻壁上的精美壁畫被煙熏過后看不清原來的樣貌。

炳靈寺運用傳統工藝，采用傳統材料，對瀕危的造像和壁畫進行維修、保護，對有依據的造像、壁畫實施對接、回帖，現已完成十個洞窟的修復保護工作。但是被煙熏過的壁畫已經看不清原來的樣貌，無從下手修復。

對第146窟試點采集流程

應炳靈寺石窟藝術研究所的邀請，廣州漢閾數據處理技術有限公司在炳靈寺石窟中選擇146窟進行測試，該窟是眾多煙熏石窟中，被煙熏覆蓋得最為嚴重且目前已經看不清原本的樣貌。

這次炳靈寺石窟壁畫的紅外采集測試項目，炳靈寺與廣州漢閾數據公司都非常地重視，不僅帶來了俱全的先進設備，還邀請了清華大學美術院的李教授作為測試項目的技術顧問，李教授在紅外采集方面有著豐富經驗，曾經研究采集過許多的古籍，竹簡，壁畫的多光譜影像數據。

紅外線穿透煙熏提取壁畫影像測試前期準備

A.炳靈寺工作人員對146窟壁畫做了表面的清理工作，減少對采集過程中的干擾。

B.架設好紅外設備，以便它能捕捉到人的肉眼看不到的影像。

C.利用紅外線波長對絕大多數物質具有穿透力的特性，我們選擇性地使用其紅外線作為采集光源。

D.采集過程中由于不同的光源發射出來的紅外線波段長度不同，還有不同物質能被紅外穿透的程度也有不同，需根據實際情況測試不同波段的采集效果，并備選了不同的紅外濾鏡為146石窟環境所用。

紅外線穿透煙熏提取壁畫影像采集流程（試點）

為了更好地保護146窟壁畫藝術，并能夠科學、有效、無損害地修復壁畫，炳靈寺與漢閾公司決定在進行全面修復項目之前，在146窟進行試點采集測試。

在146窟我們選擇了一處被煙熏的看不清模樣的壁畫進行紅外采集測試。我們將設備架好，架設燈光并對準要拍攝主體，連接好電腦以便觀察采集效果，然后開始進行影像采集。這個過程中最主要的步驟是需要根據采集的效果，根據不同的光源發射出來的紅外線波段的不同長度，以及不同物質能被紅外穿透的不同程度，來決定不同波段的紅外濾鏡哪個更合適這個環境所用。

近年來，科學技術突飛猛進地發展，高科技技術和設備廣泛運用于文物保護中，取得了可喜的成果。用紅外線穿透攝影技術來辨識被煙熏的壁畫，就是成果的一例。中山大學媒介人類學研究中心與甘肅炳靈寺文物保護研究所對炳靈寺石窟中煙熏較為嚴重的第146窟壁畫進行了初步的實驗和研究，取得了較為理想的成果。

紅外線是什么、能做什么：

紅外線是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，波長在0.75微米至1000微米之間，比紅光長的不可見光。紅外線具有較強熱效應，并易于被物體吸收，具有一定的穿透能力。在通訊、探測、醫療等方面有廣泛的用途。

紅外線攝影對炳靈寺石窟（146窟煙熏洞窟）意義：

由于紅外線波長長，對絕大多數物質具有穿透力。利用這一特性我們就可以通過紅外線做為光源，通過能拍攝到紅外線的廣域數字后背進行影像采集，再加上紅外濾鏡，過濾掉其他波段的光波干擾。就能得到被煙熏過的壁畫后面的信息。這對炳靈寺石窟的壁畫修復，考古研究，繪畫技藝，宗教藝術等方面的研究有著非常重大的意義。

146窟紅外線攝影案例與流程：

應炳靈寺石窟藝術研究所的邀請，‘中國宗教藝術遺產調查與數字化保存整理研究’子課題負責人付常青及廣州漢閾數據處理技術有限公司非常重視這次紅外線攝影測試，不僅帶來了俱全的高科技設備，還請了清華大學的李教授作顧問，李教授在紅外線攝影方面有著豐富經驗，曾經帶領團隊研究及應用紅外線技術拍攝過多部古籍、竹簡、壁畫的多光譜影像數據。

在炳靈寺石窟藝術研究所工作人員的陪同下，我們帶著設備來到了被煙熏覆蓋得非常嚴重的146號石窟。這是一個唐代開鑿的石窟，石窟內部面積約為7平方米、高約3米，三面墻上有菩薩造像，四壁，藻井都畫滿了精美的壁畫。但由于長時間的香火與煙熏，石窟的大部分壁畫都已被熏黑，看不出黑色的煙熏痕跡下是否有壁畫，或是畫的是什么內容。

選用設備：

相機：Hasselblad503cw

鏡頭：Hasselblad 80mm

數字后背：Leaf Credo 60 廣域數字后背

紅外濾鏡：Heliopan濾鏡（不同波段共10片）

相機腳架：GitzoG1340

相機云臺：Manfrotto410

燈光：全光譜閃光燈

電腦：MAC PRO蘋果筆記本

工作現場：

在146窟我們選擇了一處被煙熏的看不清模樣的壁畫進行紅外測試。我們將相機架好，燈光對準要拍攝的地方，連接好電腦，然后進行拍攝。由于不同的光源發射出來的紅外線波段長度不同，還有不同物質能被紅外穿透的程度也有不同。所以我們要更換測試不同波段的紅外濾鏡以便找出最合適這個環境所用的。最后我們選擇了波段610-1000nm波段紅外濾鏡，也拍攝得到了非常理想的效果。

多光譜（紅外線影像）數據采集在壁畫保護中是一種無損非接觸的手段。紅外線數字采集系統與圖像分析系統的搭建，不同光照環境下的數字采集數據分析處理與整合，都是我們需要努力實現的工作；這次我們在炳靈寺石窟選取有代表性的146窟壁畫在不同紅外線波段環境下進行數據采集并記錄過程數據，通過對石窟壁畫的特征分析與所采集的數據進行圖像的關聯分析，尋找一個合適的紅外波段數字影像（能明顯獲取到被煙熏下的壁畫高清影像）與文物特征之間存在的關系，為石窟壁畫保護的各項指標和特征的從定性研究到定量研究提供便捷的手段，為石窟壁畫保護方法與評價實現量化評估提供科學有力的支持，從而為石窟壁畫研究提供有力的證據。

自2000年以后，國家加強了對文物保護的力度，文物保護環境得到很大提高。然而以往受到保護環境的限制，溫度、濕度控制，檢測修復手段和方法的制約，使得許多文物存在霉菌、蟲害、腐蝕等問題。而石窟寺內的壁畫、彩塑等更是受損嚴重，當然現在炳靈寺石窟洞窟內的環境多已實現現代化手段管理，各類傳感器、溫濕度控制設備集成到統一的控制系統中，并且實現智能恒溫恒濕調節、異常報警等功能。壁畫病害的開始多半是肉眼無法辨識，大范圍的控制和檢測系統所不能預警的，文物保護修復人員根據以往的經驗分析，對部分重點保護文物進行現狀初步判斷，再借助其他探測技術檢查文物的物理與化學變化程度。傳統的工作模式依靠技術人員的經驗、各種不同物理儀器的檢測得出結論，往往無法及早發現文物的受損，檢測困難、周期長，而采用其他輔助材料進行壁畫掃描和顯微都對壁畫造成了一定的傷害。

紅外捕捉檢測在航空、地質檢測、安防等方面已有廣泛應用，紅外線捕捉、紅外攝影在壁畫保護中是一種無損非接觸的手段，通過采集不同物質本身輻射出的紅外波段，完成數字成像。這種方法采用現在發展迅速的數字技術成像，采用的設備較之傳統的檢測設備更具有普遍性和易用性。采用數字采集技術獲得數據，可大大降低文物保護人員在壁畫保護修復中前期檢測鑒定所耗費的時間，解放人力把工作重心放在壁畫修復中，這將在一段時間內大大提高壁畫的被保護率。

紅外線高精度影像采集所獲得的數字影像與傳統檢測手段所獲得數據有著本質區別，數字圖像具有直觀性、易保存，可管理的特點，是文物保護人員對肉眼無法辨識的文物變化的一個直觀快速判斷依據。結合計算機圖像分析技術，記錄壁畫不同時間的影像數據可以定量分析文物的變化過程，可為壁畫保護的各項指標和特征的從定性研究到定量研究提供便捷的手段，也為壁畫保護方法與評價實現量化評估提供科學有力的支持。傳統的壁畫管理系統管理的信息一般由洞窟內容總錄、平面圖、頂面圖、剖面圖、二維影像組成，系統多半使用者是文物保管人員、陳列策展人員，進行壁畫的紅外線高精度影像采集所獲得的影像數據將是炳靈寺石窟藝術管理所專業應用系統應用服務范圍的一項補充。在此基礎上建設的壁畫保護、壁畫研究等的業務輔助系統，將真正實現科學管理與業務流程相結合，現代科學技術運用到壁畫保護與研究當中。

紅外線高精度影像數據采集是在非可見光波段環境下拍攝，由于波長的差異拍攝焦點與以往文物攝影不同，需要前移和后移調整。壁畫材質特殊，受光照條件影響明顯，炳靈寺石窟壁畫跨越的歷史時期很長，采用的地仗層材料、繪畫用的礦物顏料，甚至后來隨著被煙熏的破壞演化，這三者之間材質不易尋找共同特征，或需要結合多個關聯特征進行實驗數據分析。對壁畫本身需要非常深入的了解，對修復技術與材料也需要全面的歷史數據，多因素結合進行關聯分析使得數據模型的選擇，數據的篩選存在很大的難度。有效拍攝數據的界定需要一個定性到定量的標準，由于與傳統的壁畫高精度采集有很大的不同，影像采集的有效性不能以傳統的自然光（或者無紅外線、紫外線波段的閃光燈）照射下的圖像質量標準來衡量，本次課題也是為紅外線數字采集在壁畫影像采集中尋找一個關于圖像質量的評價標準。

國外博物館早在90年代初便普遍開始對多光譜影像采集技術應用到文物的保護和研究當中，經由紅外攝影技術獲取油畫的信息，由于不同時期顏料成分的差異，輻射的紅外波段也同樣存在差異，在人眼無法識別或者說是自然光下無法反映的影像信息，透過紅外攝影展現于研究和保護人員面前。英國泰特現代藝術館已建立起了平面藏品的多光譜影像檔案系統，并應用于文物保護與研究當中。

國內敦煌研究院是圖形圖像技術發展領先、研究深入的代表，他們已對敦煌莫高窟第194窟漫漶壁畫進行紅外線、紫外線成像調查與分析，通過漫漶壁畫多光譜成像，揭示服飾的研究。除此之外，還利用多光譜技術全面了解壁畫的現狀、繪畫技法、壁畫病害等。陜西歷史博物館將對將紅外線、紫外熒光成像技術被應用到揭取壁畫修復痕跡、壁畫加固材料的鑒別中做了應用研究。

上述研究表明，紅外線影像數據采集技術應用在石窟壁畫保護中是完全可行的，但當今進行的研究多以揭取壁畫、油畫等顏料色彩厚度較大，材質較厚實的對象當中，其采用的儀器設備、操作模式、實驗參數成果，應用到石窟壁畫這類顏料被煙熏遮蓋，繪畫特征不明顯的對象中，目前還沒有特別成功的案例。此次我們對炳靈寺146窟煙熏壁畫的紅外線測試，可以看出石窟壁畫的采集應根據其獨有的材質和文物特征，有針對的采集方案進行紅外線影像數字化，從而得到理想的紅外線影像數據采集結果。

（課題組供稿）