樊丹丹，刘 成，容 波，王 飞，孙 剑，雷 君

(1. 西北大学文化遗产学院，陕西西安 710069； 2. 秦始皇帝陵博物院，陕西西安 710600；3. 义县文物管理局，辽宁锦州 121100； 4. 西安博物院，陕西西安 710061)

0 引 言

计算机图像虚拟修复技术是指依据原有信息，按照一定规则复原缺损区域信息的技术。现有的数字图像修复技术主要分为非纹理合成和纹理合成[1]。非纹理合成的图像修复方法主要应用于一些小尺度破损的图像，这种技术是利用待修复区域的边缘信息，由精到粗的方法来估计等照度线的方向[2]，将已知区域的信息利用传播机制复制到待还原区域，实现图像还原。该技术实际上是偏微分方程中的PDE算法[3]。纹理合成则主要用于修复图像中大块破损区域的补全[4]，其方法是在较完整的区域中找到和破损区域最相近的像素进行对比，把最佳匹配块复制到破损区域去填充图像，逐步完成修复。这也是当前最常见的图像修复[5]，Photoshop虚拟修复方法正属于此类。

基于Photoshop实现的古代壁画虚拟复原研究，是在对古代壁画绘制的颜料和制作技法进行调查分析的基础上，应用计算机Photoshop软件对其进行虚拟的色彩修复、线条修复以及残缺补绘等，最后调整色彩中的HSV值还原古老壁画的本来面貌[6](通过科学分析先确定每一种颜色的色调H、饱和度S、明度V值，然后对比修复结果，纠正错误的色彩信息)。

本研究以辽宁省义县奉国寺壁画为研究对象，根据对壁画病害调查、颜料鉴定、色彩分析等，利用样本块的纹理合成技术，通过计算机图像处理，对现有壁画的线条病害、颜料病害和结构病害进行虚拟修复。

1 奉国寺壁画概况

奉国寺位于辽宁省锦州市义县，于辽开泰九年(公元1020年)建成，属辽代皇家寺院。由于朝代更迭，几经战乱，再加上地震等自然灾害，目前寺内除主殿大雄殿为辽代建筑外，山门、天王殿等皆为清代或近代重修[7]。

大雄殿面阔九间、进深五间，为中国辽代佛教寺院中最大的单体木构建筑[8]。殿内四壁满绘壁画，据佛像造型和绘画风格可定为元代壁画，壁画以间口分幅，其中南墙东西尽间各绘千手观音1幅，东西墙各绘佛像5幅，北墙除当心间外左右各绘观音像4幅，共计20幅[9]。佛像间以须弥山相隔，既浑然一体，又自成单元。在绘画技法上，使用“铁线描”等技法，画面线条流畅，背光、须弥山等又通过晕染的手法使画面富于变化[10]。

奉国寺壁画规模大，绘制水平高，且具有明确的断代依据，对研究元代的佛教发展、壁画风格和壁画绘制技法具有极高的历史、艺术和科学价值[11]。

2 奉国寺壁画病害调查与虚拟修复研究

2017年西北大学文化遗产学院受义县文物管理局的委托，对奉国寺进行了壁画的现状调查，调查依据中华人民共和国文物保护行业标准WW/T 0061—2014[12]。调查结果表明目前奉国寺壁画保存状况堪忧，病害种类多，面积大，不仅破坏了壁画的画面完整，还影响着壁画的结构稳定，因此必须要对壁画进行修复保护，确保壁画的安全。

奉国寺壁画病害包括覆盖、划痕、表面污染、颜料层脱落、变色、起甲、龟裂、地仗层疏松、地仗脱落、酥碱、裂隙等，其病害面积和比例如图1所示。

图1 奉国寺大雄殿壁画病害统计图Fig.1 Statistical chart of mural diseases of the main hall in Fengguo Temple

奉国寺壁画病害类型复杂，画面残缺严重，对之后的保护修复造成了不小的阻碍，因此在实际修复前需要运用Photoshop虚拟修复技术对壁画进行画面的修复、补配，科学还原壁画的本来面貌，一方面为之后的保护修复工作提供参考，另一方面可以确定壁画保护修复的最终效果，避免多次修复对壁画造成损害[13]。基于Photoshop虚拟修复的分类和操作方法，本研究将奉国寺壁画的病害分为线条病害、颜料病害和结构病害3类，对其分别进行病害虚拟修复的研究。

2.1 线条病害

线条病害主要指墨线的残损。线条是中国绘画的艺术语言，画家谢赫曾提到的“六法”论[14]，一是“气韵生动”，二是“骨法用笔”，即所谓的流畅美中不失力量。但墨线随着岁月的变化，会出现残缺(图2a)、褪色(图2b)等病害，破坏画面的流畅性。不过根据线条的统一性和连贯性，对此类病害中线条的缺失部分可以准确预测，对于褪色区域可以通过对未褪色部分的色度检测确定补色标准，因此通过Photoshop虚拟修复技术可以实现对此类病害的准确修复。

图2 奉国寺大雄殿壁画线条病害图Fig.2 Mural line diseases of the main hall in Fengguo Temple

2.2 颜料病害

奉国寺壁画的颜料病害主要包括颜料层脱落(图3a)、龟裂(图3b)、起甲(图4a)和表面覆盖(图4b)等。

壁画颜料层脱落会造成壁画表面内容缺失，影响壁画的美观性和艺术性。由于奉国寺同题材壁画的画面布局和绘画风格都大致相同，仅为佛像手印和服饰的差异，因此可以通过同一墙面其余壁画的比对，确定壁画缺失部分的内容。

颜料层龟裂一方面会破坏壁画的完整性，另一方面裂纹相连发展会形成颜料层的薄弱面，引起颜料层的大面积脱落。对于此类病害，在进行虚拟修复时，可以利用Photoshop技术将裂纹去除，还原壁画。

图3 奉国寺大雄殿壁画颜料病害图Fig.3 Mural pigment diseases of the main hall in Fengguo Temple

图4 奉国寺大雄殿壁画颜料病害图Fig.4 Mural pigment diseases of the main hall in Fengguo Temple

壁画起甲是颜料层已经形成卷翘，其没有画面信息的缺失，但由于起甲部分与壁画本体已经不处于同一个平面，因此在虚拟修复时需要对壁画进行降维处理[15]，再通过虚拟修复技术重新贴合在壁画层面。

壁画表面覆盖物多为灰尘、动物粪便等。进行虚拟修复时，需要对比未覆盖区域进行色彩样本和数据提取，但此方法仅适合于没有绘画细节的单色区域；如果覆盖区域下为手势、服饰等差别部分，则需要通过多光谱成像等技术确定覆盖位置下的绘画内容，再进行画面复原。

2.3 结构病害

结构病害是除线条病害和颜料病害之外其余病害类型的总称。其主要包括壁画的裂隙(图5a)、壁画的空鼓变形(图5b)等。

奉国寺20幅元代壁画中有13幅壁画都存在裂隙问题，且裂隙的开裂程度可以达到壁画的粗泥层，断裂面与壁画本体严重错开。对于这种直接影响壁画结构稳定性的病害，在进行虚拟修复壁画时一是要对开裂位置进行复合，二是要对凸起变形位置进行复原[16]。

壁画的空鼓变形是由于20世纪80年代壁画使用了环氧树脂和玻璃纤维布作为壁画新的支撑体，而环氧树脂因老化收缩变形后引起了地仗层的脱离与空鼓[17]。利用软件在此类病害部位对空鼓变形位置进行修正即可。

图5 奉国寺大雄殿壁画结构病害图Fig.5 Mural structure diseases of the main hall in Fengguo Temple

3 虚拟修复技术在奉国寺壁画保护中的应用

奉国寺壁画保存现状堪忧、画面破坏严重、病害类型众多、病害机理复杂，短期内无法进行保护修复工程，因此需要通过Photoshop虚拟修复技术对壁画的画面进行还原，指导今后保护修复的方向，同时也可以通过虚拟再现的方式使观众更好地了解壁画全貌，便于壁画价值的传播。

3.1 虚拟修复原则

3.1.1最小干预 在虚拟修复过程中对于不确定且没有完整证据支撑的缺失或覆盖部分不进行主观性质的修补；对于画面变色、褪色部分进行色彩复原时，如果不影响画面的艺术表达，亦不进行色彩变动，保留壁画的历史信息[18]。

3.1.2价值展示为先 虚拟修复与实际本体修复不同，是通过各种现代技术对壁画画面进行还原，更注重画面的整体艺术性，因此在确定的情况下需要尽可能多地还原壁画信息，以展示壁画的价值为先[19]。对于裂隙、空鼓等病害，在实际修复中考虑到壁画的安全性，不可能将其完全恢复到原状，但在虚拟修复时可以对这类病害进行处理，使其回到本来面貌。

3.1.3为壁画保护服务 虚拟修复只是一种手段，在虚拟修复过程中不能本末倒置，应该将其修复结果与之后的壁画保护工程紧密地结合在一起，为壁画本体保护提供建设性意见，确保本体保护可以取得更好的效果[20]。

3.2 虚拟修复方法

3.2.1线条病害 以线造型是奉国寺壁画的重要艺术表现形式。奉国寺壁画描绘的艺术形象包含了人物、山水、法器等，其用笔细而下垂，成圆弧状，最讲究线条之间的疏密排列变化，整体具有工丽严谨而又不失奔放洒脱的特点[21]。壁画根据人物的身份、传达的个性、服饰等采用完全不同的表现形式，画面继承了唐宋以来传统的白描技法，人物的手、足、脸采用细而均匀的暗红色游丝描，线条提按变化不大，多为圆曲转线[22]。所着长袍的衣纹线一气呵成，有时风动流畅，有时则谨慎细腻，胸前领口飘带、袖口在细小的花瓣之上勾勒出丝丝筋络，轻柔娇嫩。正所谓“是以虚实相生，疏密相用，绘事乃成”[23]。背景中的山水景致及云卷纹画面较为素雅，山石以墨线勾勒，笔势婉转较有变化，并施以小斧劈皴，再施色石青和石绿浅绛设色。而云卷纹先以浓墨勾勒，再以淡墨晕染，最后浅绛设色，莲花座采用双线勾勒层次感极强，在整体空间的营造上增强了艺术的表现力。

奉国寺壁画中线条病害的虚拟修复主要针对线条的残缺情况(图6)，一为可辨识性的残缺；二为不可辨识性的残缺。在运用Photoshop软件的辅助修复中，要着重把握其线条流露的节奏和韵律美[24]：一则为线条自身的节奏和韵律，主要表现在绘画过程中由提按、行顿、转折、轻重、疾缓等所表达的变化；二则是每根线条的长短、粗细、繁简、疏密、浓淡、虚实等展露出来的节奏感。

1) 可辨识性残缺。可辨识性残缺是由已有的壁画信息去推测残缺部分的绘制内容，奉国寺壁画中可辨识性缺失的主要内容常在人物四肢、衣服纹饰、图案的装饰、佛像背光、山水景致等位置出现。这类残缺一般情况下可进行准确的虚拟修复。其修复方法为：

(1) 针对完全残缺的内容应用计算机选择Photoshop工具栏中的仿制画笔种类，并调整其大小、硬度、透明度、流量等参数，再运用已推测的信息补配残缺内容。

(2) 针对墨线模糊、褪色的情况，运用色彩差的原理重复提取原墨线痕迹，通过叠加使模糊浅淡的线条色彩恢复清晰。

2) 不可辨识性残缺。不可辨识性残缺是指残缺的壁画很难通过现有的视觉信息来进行修复，特别是人物的五官、手印、关键动态部位以及背景无规律云卷纹残缺。这类缺失是壁画虚拟修复中的重点，也是难点。其修复方法为：

(1) 判断原有的绘画运笔轨迹和用笔技法选择具有类似效果的模拟笔刷[25]，以此来达到补配的艺术效果。

(2) 选择一个具有类似特征的原型，将原型复制后移动到残缺区域，进行大小、方位、边缘细节等变型处理等使之符合人的视觉感受。

(3) 根据壁画的整体构图、外轮廓特征以及人物布局等对原型进行调整，使之与人以及所依存的环境相融合[26]。对于墨线的修复，不仅要完成线条所展现的形体塑造，而且要领会、解读画面的丰富情感。这一部分的修复需要具备相关绘画知识。

图6 壁画残缺线条的虚拟修复Fig.6 Virtual image reconstruction of broken lines of murals

3.2.2颜料病害 奉国寺壁画色彩以红、青绿、靛蓝为主，并辅以黑、白、金、黄等，色彩丰富而富丽精工。从图像特征上看，壁画中主体佛像大面积地使用了红色，画面却丝毫不显单调，主要在于用色主次分明、位置经营巧妙。不仅具有视觉上的结构稳定，而且画面极具扩张力。着色技法以重彩勾填为主[27]。重彩勾填是中国传统重彩画经典技法，用墨线作为骨架，勾好轮廓，然后填色。勾填的颜色多为覆盖力强、浓重的矿物色，并做到色不压线、线不压色，保留墨线和色块的相对独立性和关联性，即在墨线所界定范围内把色彩均匀涂开。但为了达到和谐的色彩画面，除了建立主次分明的色彩秩序以外，还需要具有色相、明度渐变的方式来表达体积、明暗、空间[28]。这种着色技法一般从轮廓线开始向内染，起笔部分颜色浑厚，色彩饱和度高，结束部分颜色浅，以此使色彩产生浓淡虚实的变化，形成明暗关系。古代壁画受西域的影响，对饰品图案、建筑装饰等一般用重彩勾填法，对人物的服饰、皮肤、山水、花鸟等多用渐变晕染法[29]。

颜料病害的虚拟修复不同于线条病害，更需甄别古代壁画的着色技法。一般来说修复重彩勾填病害的色彩区域时，只需选取相同色相较高、完好的区域样本[30]，然后导入到待修复的区域，最后再进行色彩的矫正即可。而对于渐变区域的修复，则需要考虑模拟笔刷、色彩差原理、灵活调整透明指数等多种方法，才能使最后的视觉效果自然生动(图7)。

以图7所示局部山水的虚拟修复为例介绍颜料病害的修复流程，此区域的绘画技法属于典型的重彩勾填，也就是指将色彩均匀地涂在线条所界定的范围内，病害为颜料层褪色，在修复具有这一类的色彩区域时：

1) 选择污点修复工具，并调整大小、硬度、模式、类型等参数，先清除表面黑色絮状污染物以及颜料层由于起甲和龟裂而产生的短浅裂纹。

2) 对表面缺失部分应用快速选择工具将缺失内容进行闭合框选，再利用近似匹配原理进行内容识别填充。

3) 对褪色、变色部分的修复，选用仿制图章工具采集同区域保存完好的颜色样本导入到病害区域。

4) 最后调整色彩的HSV值，即可还原壁画的原貌。

图7 壁画颜料区域病害的虚拟修复Fig.7 Virtual image reconstruction of pigment areas of murals

3.2.3结构病害 虽然壁画结构病害种类繁多、数量庞大，不同病害产生的情况差异较大，但在修复中大体都要经过病害识别、图像预处理、特征提取、分类修复等基本步骤。

病害识别要在现场与壁画进行比对，不能仅仅依靠高清图片，同时也要辅助多光谱成像、超景深显微系统对病害细节进行确定[31]。图像预处理是需要对壁画表面覆盖物进行清除，对于壁画龟裂所产生的裂缝和起甲形成的卷翘进行复原，以保证后期可以更准确地识别病害类型。然后依据病害调查情况对病害进行特征提取，最后依据不同结构病害的特征设计虚拟修复方案(图8)。

图8 层次结构病害的虚拟修复Fig.8 Virtual image reconstruction of structural layout of murals

如图8所示的结构病害为地仗层出现的纵向裂隙。修复这类破坏性较大的病害时，由于病害面积较大，修复结果往往要以画面的整体融合性为主，使之最大程度符合人的视觉效果，一般分为以下2种情况：

1) 结构病害出现在有绘画内容的壁画上，先调整污点修复工具的参数对图像进行预处理，复合开裂、凸起的变形位置，然后再补绘病害下的缺失内容。

2) 结构病害出现在单色的壁画背景上，修复过程不能概念化，仿制图章、内容识别、近似纹理匹配等原理需要相结合灵活运用，最后运用加深、减淡工具对与周围衔接处的细节进行处理，达到真实自然的效果。

4 结 论

如今虚拟修复技术已成为辅助壁画保护工作的重要方法，对壁画的信息共享、保护修复、学术研究和参观鉴赏等具有极大的作用，同时也能为壁画虚拟展示提供了更具象、立体的效果。

通过Photoshop虚拟修复技术对奉国寺壁画修复的结果可知，此类修复方法可以实现对确定区域的准确修复，且壁画还原效果好。Photoshop技术具有对壁画色彩和线条的特性模拟处理能力，在对原壁画不造成任何伤害的情况下，可以更好地还原古代壁画的真实面貌，达到美学效果与历史信息的双重保留，为古代壁画的数字化虚拟修复带来新的契机，可加快我国壁画研究数字化进程，对实体修复指导意义重大。基于Photoshop虚拟修复技术在不破坏原壁画的前提下，能最大程度地展现古代壁画图像的信息，并且更加客观、理性和准确，减少了人为和主观因素的干预，更利于还原古代壁画的本来面貌。且Photoshop是最常见的图片处理软件，操作简单，工作人员在短期的学习之后就可以在文物保护中应用，易推广。

计算机技术的发展为古代壁画的虚拟修复提供了强有力的技术手段，是世界文物保护领域一次重大的技术革新。选用Photoshop技术对古壁画虚拟修复，是现代技术与古代艺术相结合的重要探索。修复过程融入了艺术家的专业知识、绘画技法以及对壁画的解读，在视觉上可以达到与人工修复极为相似的艺术效果，是数字化保护文物发展的重要方向。