中国石窟文物数字化技术方法研究综述

doi:10.11996/JG.j.2095-302X.2025030479

图学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (3): 479-490.DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2025030479

中国石窟文物数字化技术方法研究综述

谭冰钰(), 薛艳敏(), 钦松

西安理工大学艺术与设计学院，陕西西安 710048

收稿日期:2024-09-04 接受日期:2025-01-22 出版日期:2025-06-30 发布日期:2025-06-13
通讯作者:薛艳敏(1974-)，女，教授，博士。主要研究方向为人机工程学理论、文化遗产数字化保护与传承。E-mail：915728096@qq.com
第一作者:谭冰钰(2000-)，女，硕士研究生。主要研究方向为文化遗产数字化保护与传承。E-mail：1915808919@qq.com
基金资助:
国家社会科学基金(22BSH122);教育部人文社会科学研究青年基金(20YJC760074)

Review of digital technology methods for grottoes cultural relics in China

TAN Bingyu(), XUE Yanmin(), QIN Song

School of Art and Design, Xi’an University of Technology, Xi’an Shaanxi 710048, China

Received:2024-09-04 Accepted:2025-01-22 Published:2025-06-30 Online:2025-06-13
Contact: XUE Yanmin (1974-), professor, Ph.D. Her main research interests cover ergonomics theory, digital protection and inheritance of cultural heritage. E-mail：915728096@qq.com
First author：TAN Bingyu (2000-), master student. Her main research interests cover digital protection and inheritance of cultural heritage. E-mail：1915808919@qq.com
Supported by:
National Social Science Foundation of China(22BSH122);Humanities and Social Science Research Youth Fund of the Ministry of Education(20YJC760074)

摘要/Abstract

摘要：

石窟艺术作为中国历史文化遗产中的一颗璀璨明珠，承载着丰富的历史和文化信息，具有极高的历史、艺术和科学价值。中国对于石窟文物的数字化保护研究工作起始于上世纪80年代，随着社会科学技术的进步与发展，有关于石窟文物的数字化相关技术方法也在不断更新完善。然而，目前在中国石窟类文物领域，关于文物数字化的技术方法的综述性研究仍然缺乏。为了弥补这一研究空缺并为石窟文物的数字化研究工作提供帮助，根据石窟文物的数字化转化大致工作流程，收集、整理并归纳中国石窟文物的数字化技术方法相关研究论文和典型案例。对石窟文物三维数据采集技术及采集案例梳理分类，概述不同种类数字化修复方式及石窟文物数字化复制技术发展研究进展，并介绍石窟类文物在数字化展示领域的转化案例，最后探讨人工智能在文物保护领域未来应用，展望其未来发展趋势。

关键词: 石窟文物, 文物数字化, 三维数据采集, 文物数字修复, 数字展示

Abstract:

As a brilliant pearl in China’s historical and cultural heritage, grotto art embodies rich historical and cultural information and possesses immense historical, artistic, and scientific value. China’s digital conservation of grotto artifacts began in the 1980s; with the advancement of social science and technology, technical methods for digitizing these relics were continually updated and improved. However, comprehensive reviews on the technical methods for digitizing such grotto cultural relics remain scarce. In order to address this research gap and support the digitalization of grotto artifacts, relevant research papers and typical cases were collected, organized, and summarized according to the general workflow of grotto cultural relic digitalization. The three-dimensional data collection technology and corresponding collection cases for grotto cultural relics were systematically categorized; various digital restoration methods and reproduction technologies of grotto cultural relics were outlined; transformation cases of grotto cultural relics in digital display were introduced. Finally, the future application of artificial intelligence in cultural relic protection were discussed, thereby envisioning the future development trend of the application.

Key words: grottoes cultural relics, digitalization of cultural relics, three-dimensional data acquisition, digital restoration of cultural relics, digital display

中图分类号:

谭冰钰, 薛艳敏, 钦松. 中国石窟文物数字化技术方法研究综述[J]. 图学学报, 2025, 46(3): 479-490.

TAN Bingyu, XUE Yanmin, QIN Song. Review of digital technology methods for grottoes cultural relics in China[J]. Journal of Graphics, 2025, 46(3): 479-490.

图/表 12

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研究机构/团队	研究对象	主要测量方法	研究内容
敦煌研究院	敦煌莫高窟壁画、雕塑	数码相机摄影测量	采用近景测量技术，精确记录壁画雕塑的细节，生成高分辨率的三维模型，保存文物数据用于学术研究、文物虚拟展示^[7]
北京大学考古文博学院	古建筑、文物遗址	数字近景摄影测量	利用近景测量技术对多处历史遗址和文物进行三维建模和数字化记录。例如，在长城、古墓葬和历史建筑的保护中，该技术被广泛应用，以捕捉文物的详细信息和损坏情况，并辅助后续的修复工作^[8-9]
清华大学建筑学院	古建筑保护	数字近景摄影测量	利用近景测量技术对复杂建筑结构的三维数字化进行记录和分析，帮助更好地理解和保护古建筑遗产^[10]
中国科学院遥感与数字地球研究所	古遗址保护和考古研究	近景测量技术+遥感测量技术	结合近景测量技术和遥感技术，开展多项关于文物遗址的保护项目工作，通过详细的地面和空中测量，建立精确的数字模型，为遗址的保护与修复提供科学依据^[11]
秦始皇帝陵博物院	秦始皇兵马俑坑	数码相机+无人机摄影测量	利用非测量数码相机获取现场多航带序列影像；通过多种数字近景摄影测量方法，总结出一种文物数字近景摄影测量方法^[12]
西北大学文化遗产学院	秦始皇兵马俑坑、汉长安城遗址	数码相机+无人机摄影测量	在陕西地区的考古发掘和文物保护项目中，广泛使用近景测量技术。包括对秦始皇兵马俑坑、汉长安城遗址等重要文化遗址的三维数字化记录和保护^[13-14]
西安理工大学	唐代帝陵石像生	数码相机+无人机摄影测量	对唐帝陵石像生进行数字化信息采集、整理归纳，利用互联网媒体技术建立文物数字化展示平台，将文物信息转化为数字旅游资源^[15-16]

研究机构/团队	研究对象	主要测量方法	研究内容
敦煌研究院	敦煌莫高窟壁画、雕塑	数码相机摄影测量	采用近景测量技术，精确记录壁画雕塑的细节，生成高分辨率的三维模型，保存文物数据用于学术研究、文物虚拟展示^[7]
北京大学考古文博学院	古建筑、文物遗址	数字近景摄影测量	利用近景测量技术对多处历史遗址和文物进行三维建模和数字化记录。例如，在长城、古墓葬和历史建筑的保护中，该技术被广泛应用，以捕捉文物的详细信息和损坏情况，并辅助后续的修复工作^[8-9]
清华大学建筑学院	古建筑保护	数字近景摄影测量	利用近景测量技术对复杂建筑结构的三维数字化进行记录和分析，帮助更好地理解和保护古建筑遗产^[10]
中国科学院遥感与数字地球研究所	古遗址保护和考古研究	近景测量技术+遥感测量技术	结合近景测量技术和遥感技术，开展多项关于文物遗址的保护项目工作，通过详细的地面和空中测量，建立精确的数字模型，为遗址的保护与修复提供科学依据^[11]
秦始皇帝陵博物院	秦始皇兵马俑坑	数码相机+无人机摄影测量	利用非测量数码相机获取现场多航带序列影像；通过多种数字近景摄影测量方法，总结出一种文物数字近景摄影测量方法^[12]
西北大学文化遗产学院	秦始皇兵马俑坑、汉长安城遗址	数码相机+无人机摄影测量	在陕西地区的考古发掘和文物保护项目中，广泛使用近景测量技术。包括对秦始皇兵马俑坑、汉长安城遗址等重要文化遗址的三维数字化记录和保护^[13-14]
西安理工大学	唐代帝陵石像生	数码相机+无人机摄影测量	对唐帝陵石像生进行数字化信息采集、整理归纳，利用互联网媒体技术建立文物数字化展示平台，将文物信息转化为数字旅游资源^[15-16]

类别	构成	特点
地面型激光扫描系统	由激光扫描仪及控制系统、内置数码相机等构成	近景高精度测量
手持型激光扫描系统	手持型激光扫描仪一般配合柔性机械臂使用	小型物体快速、简洁、精确扫描
特定环境型激光扫描系统	如洞穴、石窟中应用的激光扫描仪	狭小、细长型空间扫描

类别	构成	特点
地面型激光扫描系统	由激光扫描仪及控制系统、内置数码相机等构成	近景高精度测量
手持型激光扫描系统	手持型激光扫描仪一般配合柔性机械臂使用	小型物体快速、简洁、精确扫描
特定环境型激光扫描系统	如洞穴、石窟中应用的激光扫描仪	狭小、细长型空间扫描

优点		缺点
高灵活性和适应性	数控铣削能够处理极为复杂的三维曲面，包括自由曲面和数学模型定义的曲面	加工精度控制难度大	在铣削复杂曲面时，刀具频繁变换方向需保持精确的移动轨迹和连续高速切削，在实际操作过程中易出现走刀误差，影响加工精度
多轴联动加工能力	五轴及以上的数控铣削加工中心能实现多轴联动，使得刀具可以从各个角度接近工件，尤其适合复杂曲面的一次性成型，减少了多次装夹带来的累积误差，提高了整体加工质量和效率	存在加工盲区	在对复杂形体文物复制加工时，模型存在深度空间上受遮挡的加工区域，铣削刀具刀头无法到达该区域进行铣削作业，只能在复制后期通过手工处理完成加工
材料适用范围广	无论是塑料、泡沫材料、铝合金还是硬度极高的钛合金等材料，数控铣削都能提供有效的加工解决方案，以应对不同加工需求	特殊形体加工成本高、效率低	在特殊形体的文物定制化复制加工时，往往需要进行大量的前期设计工作和定制铣削刀具，使得整个复制过程的成本效益相对较低

中国石窟文物数字化技术方法研究综述

Review of digital technology methods for grottoes cultural relics in China

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熔融层积成型(FDM)3D打印		光固化成型(SLA)3D打印
优点	缺点	优点	缺点
3D成型准确	精度相对较低	高精度3D成型，表面光洁度高	后处理繁琐，打印部件需清洗
加工材料可选择(热塑性材料)	需要支撑结构、垂直方向强度弱	适于加工外形复杂的造型	材料成本较高且材料种类相对有限
设备费用低	成型时间较长	根据数字模型快速成型	树脂物理特性

熔融层积成型(FDM)3D打印		光固化成型(SLA)3D打印
优点	缺点	优点	缺点
3D成型准确	精度相对较低	高精度3D成型，表面光洁度高	后处理繁琐，打印部件需清洗
加工材料可选择(热塑性材料)	需要支撑结构、垂直方向强度弱	适于加工外形复杂的造型	材料成本较高且材料种类相对有限
设备费用低	成型时间较长	根据数字模型快速成型	树脂物理特性