颜料彩绘文物全外貌信息表征及再现方法研究

Focusing on the existing spectral-based method can only represent and capture the real and objective color information rather than the others appearance information of visual perception total appearance information, e.g., grainess, coarseness, glossiness and texture，determined by physical properties, such as pigment size and profile, of mineral pigments, a multi-angle illumination and capture platform, recording the surface reflection characteristics of mineral pigment painted samples, is constructed and parameters representing physical properties of mineral pigments are measured, to establish the relationship between pigment materials and visual perception appearance such as color, coarseness. The interaction mechanism between light and mineral pigments is investigated; Perception characteristics of pigment samples under any illumination and capture conditions is attained and the visual perception based appearance characterization model is established to reveal the influence law of physical properties of mineral pigments on visual perception appearance and to achieve the universal appearance characterization method used to characterize mineral pigments painted colored relics. On this basis, a scientific and reliable pigment matching methods, through characteristics space and matching criterion construction is established based on the color information and coarseness information of the colored relics, all of which can provide theoretical guidance and methodological supports for the digital archive, reproduction and restoration of colored relics.

针对现有的基于光谱的真实客观表达颜色信息的方法，不能完全解决由矿物颜料颗粒大小和形貌等物理特性形成的彩绘文物表面所表现出来的颗粒感、粗糙感、光泽度、纹理等人眼感知的外貌信息的记录和表达，提出通过构建多角度光照信息获取平台，获取矿物质颜料样本的表面反射特性，同时测量颜料物质的颗粒大小和形貌等物理特征，建立颜料物质与人眼感知的颜色、粗糙感等外貌特征的关系，探讨光与矿物颜料颗粒之间的相互作用机理，获得任意观测条件下颜料样本表面的感知特性，从而揭示物理特征属性与视觉感知外貌之间相互作用的规律，构建出基于人眼颜色、粗糙度感知的外貌数据模型，实现针对矿物质颜料表面视觉感知颜色外貌信息和粗糙度外貌信息的普适性表征。以此为根据，通过特征空间和匹配准则构建，建立基于颜色信息和粗糙度信息的科学可靠的彩绘文物颜料物质及属性确定方法，为彩绘文物外貌信息的数字化和缺陷修复提供理论支持和技术支撑。

项目研究背景：彩绘文物用矿物质颜料的物质成分、粒径等特征形成了彩绘文物表面所呈现出来的颜色、粗糙感、颗粒感、光泽度和纹理等人眼感知的全外貌信息。基于多光谱的颜色数据获取方法可真实客观地表达彩绘文物颜色信息。而为准确全面表征彩绘文物所呈现的其它外貌信息，本课题搭建了彩绘文物表面视觉感知外貌信息的无损获取平台，研究了彩绘文物表面视觉感知颜色、粗糙度等外貌信息与其矿物质颜料物质成分、物理特征属性之间的相互作用机理，建立了彩绘文物颜料物质及其物理属性的识别方法。并以此为基础，研究了古代壁画的用色特点及不同朝代壁画的用色风格演化及变迁过程。.主要研究内容与结果：（1）研究了彩绘文物表面可见光谱与其矿物质颜料物质成分、物理特征属性之间的相互关联机理，揭示了颜料物质成分决定可见光谱反射率峰值位置和几何轮廓的规律；揭示了颜料粒径决定可见光谱反射率幅度值的规律。（2）通过非接触式可见光谱获取平台的构建，无损获取了壁画文物表面的可见光谱反射率，通过特征空间的构建，建立了彩绘文物颜料质颜料物质成分的识别方法。（3）以光谱反射率积分值表征其幅度强度，通过拟合与颜料平均粒径间的关系，建立了一种颜料粒径识别的方法；研究了彩绘文物模拟样本微观图像的无损获取方法，经预处理增强后提取图像表面纹理特征参数，通过拟合与颜料平均粒径间的关系，建立了一种颜料粒径识别的方法。（4）以敦煌莫高窟壁画为例验证了本课题的可行性，研究了古代壁画的用色特点及不同朝代壁画的用色风格演化及变迁等。.项目科学意义：本项目阐释了彩绘文物表面可见光谱与其矿物质颜料物质成分、物理特征属性之间的相互关联机理，建立了由彩绘文物视觉感知颜色信息、纹理信息确定彩绘文物用矿物质颜料物质及物理属性特征的理论方法和模型，为彩绘文物修复再现提供科学指导。研究了古代壁画的用色特点及不同朝代壁画的用色风格演化及变迁规律，为壁画的文史考证提供技术支撑。