摘要：通过研究古代壁画，我们可以从中获取大量珍贵的信息，其中包括古代人们的生活方式、兴趣爱好、历史文化等。因此，作为我国历史文明不断变迁的见证者——壁画蕴含丰富的艺术价值，是我国历史文化的瑰宝。但是，壁画遭受着人为与自然双重因素的影响，不断地出现龟裂、褪色、脱落等问题，面对这些问题，专业修复人员必须予以重视，然而传统的修复方式不仅费时费力，甚至可能在修复中出现更加严重的二次伤害。面对这一前提，将计算机技术充分应用在壁画的修复工作中这一方法已然成为当前研究的重点方向之一。
关键词：计算机；修复；壁画；信息
正文：
敦煌这一富含多种寓意的名词本身就具有两千余年的历史，占据着我国丝绸之路上不可忽视的重要地理位置。敦煌的莫高窟体现了我国独具特色的民间佛教艺术，集建筑、泥塑、壁画于一身，自汉代以来取多种文化艺术之精华，形成了当今世界上规模最大的佛教艺术圣地，影响深远。敦煌莫高窟的壁画在自然的侵蚀作用和多种人为因素的影响下已经受到了巨大的损害，已有的传统技术因不具备高效率并不能帮助人们迅速修复、保护珍贵的壁画艺术，必须应用图形图像处理技术。
一、计算机辅助壁画临摹
早在上世纪四十年代开始，我国就开始对莫高窟壁画进行临摹，以期对其进行信息的记录与保存。随着计算机技术的进步，人们开始将相机、扫描仪等工具运用到这项工作中，但随着图像的传递，壁画的清晰度不断下降。在敦煌壁画的保护中，壁画数字化不仅能够将图像永久高清保存，还为下一步的壁画修复与辅助保护、展示工作做铺垫。计算机辅助壁画临摹主要包括以下两个步骤。
（一）生成线图
随着人们对壁画图像的边缘提取的要求越来越高，以前常用的图像分割与边缘提取算法越来越难以满足人们的需求。为了获取更高标准的壁画线稿，必须在考虑数学、艺术、计算机等角度的基础上对现有的算法进行改进。
首先必须对壁画进行预处理，提取边缘信息。图形图像分割方法中，特征阈值或举类、边缘检测等传统技术处理后的灰度图像虽然具备较好的结果，但不适用于彩色壁画的图像分割中。同时，对复杂的图像进行处理时，单一技术有时很难获取优秀的边缘特征，而加入交互方法可以高效解决这一问题。壁画因受损会随机出现中可能存在的裂纹、起甲等问题，其中的狭长结构可能会被检测为线条结构，因而损坏部分会混入非目标对象。因此接下来应该在样本的学习下完善壁画中缺失或破损的部分，由于壁画图像线条的复杂度较高，通过建立线条的矢量图和色彩样本信息库，再进行大量的机器学习，得到最终的壁画线描替换部分。在前两个步骤的基础上运用多种差值算法与矢量技术实现重点线条的交互再处理，模拟出原壁画图像所属风格的线描图像。
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（二）色彩填充
在获得线描提取图像后采用模式识别、人工智能、形态学操作等技术实现敦煌壁画的计算机辅助色彩填充过程。首先要选中正确的色彩填充区域，在这个过程中先运用交互方法根据构图位置粗略选出填充位置，其次在这些位置运用特征点匹配的方法得出色彩填充的精确位置。接着要筛选出填充的颜色，在参考原图像的基础上，运用多种推理方法选出填充颜色
参考原壁画的色彩信息。最后定义填充时的笔画模型，包括运动轨迹、线条粗细等信息，选择特定效果的笔刷对色彩填充区域进行绘制。同时要注意到为了能够在绘制的时候增加精准度要引入多个参数体现色彩的变化。
二、计算机辅助壁画修复
对照修复壁画缺损位置时由于壁画的风格统一性和元素的高重复性，通常具备两个参考对象，分别是同类完整图像和该缺损图像周围的信息。计算机辅助壁画修复简单来说即为模拟人工修复的过程，将壁画的缺损部分当做空白信息，最大程度地利用已知线索来推理缺损信息。
现有的应用较为广泛的计算机辅助壁画修复方法主要有三类，分别是基于偏微分方程的图像缺损信息修复、基于纹理合成的图像缺损信息修复与综合偏微分方程和纹理合成的图像缺损信息修复方法。偏微分方程修复方法由缺损区域边缘沿等照度线方向平滑的向内部扩散传播能量一次完成壁画的修复工作，优越点在于较好的理论基础和较快的运算速度，因为应用度较为广泛。基于迭代优化的图像缺损信息修复算法给出支持迭代的函数，运用贪婪算法思想获取初值、计算权值，最后通过迭代求解出缺损区域中每一个像素的最佳结果。这种方法改进了传统贪婪修复算法中的错误累积现象，较大程度地保持了壁画中纹理与色彩的完整致性，且该算法的鲁棒性较好。而综合修复算法把壁画图像分割为结构和纹理两部分利用偏微分方程方法在修复图像确实部分时在延伸图像缺损区域周围的结构线上完成度较高，而基于纹理合成的修复算法在修复纹理等细节上结果更好。进一步的算法优化研究也占据了壁画修复工作的前沿。
三、总结
在多媒体技术迅速发展的当今社会，将计算机技术尤其是图形图像处理技术合理应用至古代壁画保护行业是一项刻不容缓的措施，也是相关专业从事者的应尽职责，不仅可以减少人为对珍贵壁画不可逆的二次伤害，还能够大大降低壁画修复工作的难度和风险，甚至共享壁画修复的方法原理和案例，帮助人们高效率工作。图形图像处理技术已突破了经典方法与技术的局限性，将进一步促进智能技术与多媒体技术等多学科研究的相互渗透，形成新的学科与研究方向。
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作者简介：叶凤华（1977.04-），女，湖南汉寿人，当前职称：副教授，学历：博士，研究方向：审美人工智能。
论文作者:叶凤华,HO Charlotte Yuk-Fan,李亚
论文发表刊物:《信息技术时代》2018年6期
论文发表时间:2019/3/15
标签：壁画论文; 图像论文; 敦煌论文; 方法论文; 算法论文; 信息论文; 技术论文; 《信息技术时代》2018年6期论文;