第二届“一带一路”文化和科技融合发展大会嘉宾发言摘登 || 宁波

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数智赋能云冈石窟保护利用


云冈研究院数字化保护中心主任 宁波

数智本质上是硬件、软件数据及整体用途的综合体。关于如何利用数智技术赋能世界遗产，2020 年习近平总书记视察云冈时强调：云冈石窟是世界文化遗产，保护好云冈石窟，不仅具有中国意义，而且具有世界意义。历史文化遗产是不可再生、不可替代的宝贵资源，要始终把保护放在第一位。要深入挖掘云冈石窟所蕴含的各民族交往交流交融的历史内涵，增强中华民族共同体意识。

因此，要保护传承、文旅融合、文教融合，即要将数据划分成不同层次以实现赋能。依据应用场景合理运用数据，是当前文物利用的重要方向。通过数据及数智的应用，使文物不仅在形象上“活起来”，更要让其内涵“活起来”。四年来，云冈研究院围绕数智赋能，在文物数字化、数据治理、新基建和人工智能四个方面持续发力，逐步实现三个阶段的跨越。

一、数字化

云冈石窟作为高浮雕石窟，其数字化工作具有独特性。与平面及馆藏文物采集不同，云冈石窟的连续变化曲面给数字化保护与记录带来挑战。在此过程中，形成了大量数字资源资产，如何有效利用这些资产成为当前面临的主要难题。

从资源属性来看，文物与自然资源类似，属于不可再生、不可复制的宝贵资源，具有相对稳定性。然而，对自然资源的利用需求却常处于变化之中。在文物不可复制、不可再生，而文物数据可复制、可再生的情况下，如何平衡这两者关系，存在一定困难。

云冈研究院采取通过场景对数据进行治理、分类、分级的方式来使用数据。采用多种不可移动采集方式，具备获取精度达 0.03mm、8K 分辨率三维数据的能力。以云冈第 13 窟为例，整个洞窟的采集耗时三个月，获取数据量达 17TB。最终生成的模型视频大小为 500GB，该模型以三角网面片形式呈现，包含丰富的可见信息，如石窟破损与维修记录等。模型数据量庞大，三角网数量达 8.8 亿个。如此大量的数据，对于传承意义重大，但在当下，如何使其更好地服务于文物保护与利用，仍是亟待解决的难题。

二、新基建

鉴于云冈石窟所生成的庞大数据量，新基建成为必要举措。云冈石窟是首个设立国家测绘标志原点，并构建起完整控制测量网体系的石窟。凭借此体系，长达一公里的石窟内所有数据皆能精准纳入同一坐标体系，实现联测。

同时，云冈石窟建成全国文物系统首个先进计算中心。该计算中心综合算力达 234 TFLOPS，其中 GPU 算力为 179 TFLOPS，存储容量为 2.3PB。历经四年，该存储容量已接近饱和，目前约达 2.2PB。因此，计划明年继续扩建存储设施，以容纳更多重要的文物数据。

除硬件算力这一“大脑”之外，网络作为“神经”也需畅通。网络分为两个层面，其一为园区内的有线局域网；其二是与中国移动合作建设的 5G 双域专网，此移动网可在全国范围内使用，通过专网方式实现访问。未来，该专网将为数据访问提供安全通道，以便各方能够通过专网访问相关数据。



三、数据治理

数据治理拥有多维多元的数据类型，各类数据相互交织。大型遗产点兼具文物保护、旅游开发以及学术研究等多重功能，如何将这些功能进行有效整合，打破信息孤岛，以满足社会的多元需求，成为遗产地开发利用的关键要点。

云冈石窟所采取的方法是实现数据汇聚，构建面向应用场景使用的数据体系，并加快文物领域的新基建建设，以推动数据的规模化应用。其理念在于这些数据不应局限于某一单位或文物系统内部使用，而应构建一套可供全社会共享的技术流程。

在数据汇聚层面，不仅涵盖三维扫描与高端光谱采集所得数据，还将自 1950 年建院以来的所有历史资料进行数字化和数智化处理，并实现全文检索功能。其中包括监测档案等一系列数据，与现有系统融合为一个完整统一的整体。

在面向场景构建数据档案方面，依据不同精度划分为四个层面。8K 精度的数据主要用于文化传承，着眼未来 1500 年的文化延续；4K 数据主要服务于专业用户，用于文物保护、维修以及科学研究；2K 数据则应用于文旅融合领域，为相关服务提供支持；2K 以下的数据面向公众开放。通过由上而下的体系构建，达成各项功能的有效运用。

数据轻量化是其中一项关键技术。即在人眼视觉效果变化不明显的前提下，降低数据精度，减少数据量，以提升数据的易用性与流通性。该技术的难点在于三维数据的特性，棱角部位数据量多，平面部位数据量少，因此需要在平面区域适度删减数据，而在边缘、棱角处保持数据完整性，否则数据模型将失去原有形态而近似球体。

通过上述方法，云冈石窟逐步构建起以图片为核心的四套数据体系。鉴于文字、图片、视频与模型之间需要相互关联并形成统一整体，因而至少需要四套数据库协同运作，通过对应的应用场景，授权使用数据。自 2020 年起，云冈石窟设定了数字云冈的整体框架，目前除图中紫色部分尚未实现外，其余部分均已完成建设。



四、数据赋能

（一）保护与传承

以云冈西部洞窟第 33 窟的局部内部 100 年间的照片为例，从中可见不可移动文物普遍存在的风化现象。文物保护工作者肩负着延缓文物变化的重任，他们运用自然与科学的方法，通过数字化手段加速数据采集。近年来，数据采集量不断增长，目前土黄色区域已完成数字化采集，计划于 2030 年前完成整个石窟的数字化采集工作，以形成有效的数据档案。这一过程存在难点，如云冈第 6 窟第二层的塔柱，其镂空雕刻极为复杂，加之洞窟高达 15 米，导致数据采集量巨大，需要专用设备与技术支持。

我们对云冈第 9、10 窟进行了为期十年的监测。通过建立测量控制网，每年进行四次数据采集，对比修建窟檐前后的变化，得出修建窟檐后石窟风化速度降低 70% 的结论。此方法已应用于龙门石窟、大足石刻和龙山石窟，旨在探究不同环境、不同石质的石窟自然风化速度，进而提出更有效的保护措施。云冈的这套技术体系已在 10 个省市的 7 处世界遗产及 30 多处国宝的数字化保护项目中得到应用。

此外，与腾讯基金合作，利用天然缪子射线扫描技术探测石窟的空洞及密度异常区域。在山顶发现空洞区，在八字墙下方找到推测为古代寺院的窖藏区，可能藏有陶器，但因担心探查导致石窟漏水，尚未开展进一步挖掘。

（二）文旅融合

云冈的智慧旅游平台实现了对游客和车辆的全面管理，涵盖重要区域的视频监控以及无人机监测。2024年十一期间，云冈最大游客承载量达 68000 人，通过有效管理，游客虽需排队但参观秩序井然，满意度较高。平台还从距离云冈八公里外开始引导游客便捷停车与行车，并致力于让游客更好地理解石窟文化。目前，游客对云冈石窟的理解存在局限，未来计划通过数字化手段，将云冈东西文明交流、南北民族汇聚的内涵生动呈现，使游客能够领会并带走重要信息。

鉴于云冈石窟作为皇家石窟，体量宏大、风格鲜明，利用 3D 打印技术将石窟完整的气场转移至其他场地进行实地展览，效果良好。例如，在二十大奋进新时代主题成就展中，就展示了云冈石窟的 3D 打印局部。此外，游戏《黑神话：悟空》引发关注，游戏所需数据量较小，与网易、腾讯等交流发现，他们多需要 2K 以下的数据，如何合理开发与管理数据，以及文创产品的数据使用与授权问题，都亟待探讨解决方案。同时，通过开发网上小程序，助力大众了解石窟、文物及增强民族自信。

（三）文教融合

石窟考古：以往石窟研究受限于空间，研究者多在石窟内作业。如今借助数字化手段实现时空转换，将石窟作为研究点，可随时随地利用数字化工具进行细致观察，如生成各种图鉴、实现类似 CT 扫描的功能。同时，创新了石窟考古线图绘制方式，能够生成矢量图并直接用于出版。

构建云冈学：依托硬件基础，建设云冈云的私有云，通过 5G 双域专网向各研究高校开放数字资源，实现远程访问，保证数据可见、可用但不可获取，鼓励研究者得出研究结论。自 1960 年至 2018 年的纸质档案已全部数字化，并与现有监测体系整合为一个完整的整体，所有数据均按照时空关系进行组织。

虚拟复原：云冈第 20 窟露天大佛广为人知，其西面的西立佛在北魏时期因地震坍塌。最初，第 20 窟应与其他洞窟一样，设有明窗和窟门，经历过两次地震坍塌。1991 年十大考古发现中找到相关残件，2015 年进行手工拼接，因缺乏完整拼图，参照东立佛进行镜像寻找。此前，与北京联合大学的教授、老师合作找到拼图，包括确定衣纹服饰方向等，联合浙江大学、武汉大学，运用人工智能技术寻找残块拼接方案。在此过程中发现，人工智能技术的有效应用依赖于前期大量的人工基础工作。目前，云冈在这方面仍处于基础建设阶段，需先完成繁重的人工工作，以便后续计算机能够更高效地开展工作。构建高质量数据集的方法是当前面临的最大难题之一。

经考古与艺术领域专家共同研讨确认，最终确定云冈石窟西立佛呈现右手抓衣襟的姿态。后续，计划通过数字化手段，向游客展示此类考古成果。

最后要阐述的是数据与内涵的“两张皮”。目前正围绕数据实体化开展工作，这一思路与“实景三维中国”概念相关联。“实景三维中国”旨在解决城市级数据使用问题，在此背景下，如何将城市动态更新数据与文物相对静态的数据有机结合，成为需要攻克的课题。目前，正在与自然资源部共同探索解决方案，尝试将文物静态数据通过档案资料以及语义化数据进行关联，即实现文字、图片、视频和模型之间的相互关联，使其具备明确的指向性。同时，将石窟进行最小单元化，明确最小单元数据的构成，并基于此进行重新组合，从而构建起石窟流派传承关系等相关知识的完整体系。目前，已针对该项目开展了一些初步工作。



活动现场

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