從文物保護(hù)修復(fù)理念看博物館VR技術(shù)的應(yīng)用前景

□ 張學(xué)慧

從文物保護(hù)修復(fù)理念看博物館VR技術(shù)的應(yīng)用前景

□ 張學(xué)慧

VR技術(shù)全稱(chēng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外科技界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，其在博物館文物保護(hù)領(lǐng)域擁有著其他科技手段無(wú)法比擬的優(yōu)越性。兩者的交叉滲透，不僅促進(jìn)了數(shù)字技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，也創(chuàng)新著文物修復(fù)的手段和科學(xué)保存的方法?？梢哉f(shuō)，VR技術(shù)研究使博物館在文物保護(hù)和展示方面都取得長(zhǎng)足發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。

文物修復(fù) VR技術(shù) 博物館 應(yīng)用前景

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)文化的不斷進(jìn)步，人們對(duì)文物保護(hù)的理解在不斷地更新，對(duì)文物修復(fù)要求和認(rèn)識(shí)、應(yīng)用的理念也在不斷變化。如今，預(yù)防性保護(hù)已成為文化遺產(chǎn)保護(hù)的共識(shí)，修復(fù)的科學(xué)性、最小干預(yù)性、可辨識(shí)性等原則也為學(xué)界普遍接受。作為肩負(fù)文化傳承重任的博物館，無(wú)疑要在文物的有效保護(hù)與積極開(kāi)發(fā)中尋找平衡點(diǎn)。

我想，透過(guò)現(xiàn)代化的VR技術(shù)手段，在保持文物原貌或現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，拉近文物與普通大眾的距離，無(wú)疑將成為促進(jìn)我國(guó)文博事業(yè)健康、有序、長(zhǎng)效發(fā)展的一個(gè)重要抓手。那么，什么是VR技術(shù)呢？

一、VR概念及基本原理

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，VR（virtual reality）技術(shù)，又稱(chēng)幻境或靈境技術(shù)，是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)及硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一種人們可以通過(guò)視、聽(tīng)、觸、嗅等手段所感受到的虛擬幻境，最大限度地給予使用者各種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知交互手段。

正如其他新興科學(xué)技術(shù)一樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

大體來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要由以下五個(gè)模塊構(gòu)成。

檢測(cè)模塊，檢測(cè)用戶(hù)的操作指令，并通過(guò)傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。

反饋模塊，接收來(lái)自傳感器模塊信息，為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)反饋。

傳感器模塊，一方面接收來(lái)自用戶(hù)的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境，另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶(hù)。

控制模塊，對(duì)傳感器進(jìn)行控制，使其對(duì)用戶(hù)、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用。

建模模塊，獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。

其特征主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.存在感，即用戶(hù)感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該能達(dá)到當(dāng)使用者全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中時(shí)，其難以分辨虛擬與現(xiàn)實(shí)真假的程度。

2.多感知性。所謂多感知性是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還應(yīng)有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該包含一切人所具有的感知功能。

3.交互性。指使用者對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，使用者可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。

4.自主性。是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。例如，當(dāng)受到力的推動(dòng)時(shí)，物體會(huì)向力的方向移動(dòng)、翻倒，或從桌面落到地面等。使用者通過(guò)傳感裝置直接對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行操作，并得到實(shí)時(shí)三維顯示和其他反饋信息。

二、VR技術(shù)在博物館的應(yīng)用前景

文物是人類(lèi)歷史發(fā)展過(guò)程中遺留下來(lái)的寶貴遺產(chǎn)，是現(xiàn)代人了解古人利用自然、改造自然的重要橋梁，更是我們寶貴的精神財(cái)富。博物館作為文物的收藏單位，無(wú)疑肩負(fù)著文物保護(hù)、展示的雙重職責(zé)。

而館藏文物資源的珍貴性、稀缺性及其易損傷性決定了文物的實(shí)體絕不可能為普通大眾所廣泛接觸，但是在特定環(huán)境下，通過(guò)VR技術(shù)營(yíng)造的虛擬幻境則能讓普通人更為真切地“觸碰”文物，感受其真實(shí)存在。

1.VR技術(shù)可通過(guò)虛擬實(shí)景和虛擬虛景兩種方式實(shí)現(xiàn)在線展示、“異地參觀”

虛擬實(shí)景技術(shù)是指利用虛擬技術(shù)游覽實(shí)體博物館，即博物館借助文字、語(yǔ)言、圖像、視頻等展現(xiàn)方式，通過(guò)移動(dòng)終端為公眾提供動(dòng)態(tài)信息查詢(xún)、展覽查詢(xún)及參觀路線等多種輔助導(dǎo)覽的服務(wù)方式，達(dá)到使用者不必“實(shí)地探查”，只需要在終端設(shè)備上進(jìn)行簡(jiǎn)單操作，就能對(duì)參觀對(duì)象擁有較為全面了解的效果。

虛擬虛景技術(shù)主要是對(duì)已經(jīng)湮滅了的遺址、建筑進(jìn)行場(chǎng)景復(fù)原。利用VR技術(shù)，通過(guò)考究布局，運(yùn)用聲、光、電等高科技手段動(dòng)感顯示、復(fù)原模擬古人生活生產(chǎn)場(chǎng)景，給參觀者身臨其境、穿越古今之感。而且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是一些手游軟件的開(kāi)發(fā)利用，更是使虛擬虛景技術(shù)在博物館的應(yīng)用成為一種潮流趨勢(shì)。

2.文物藏品信息資料的保存與共享

相較于在展廳陳列柜中展示的部分文物外，許多博物館庫(kù)房更是存放著數(shù)以萬(wàn)計(jì)、乃至數(shù)十萬(wàn)計(jì)的文物藏品。顯然，對(duì)于這些可移動(dòng)文物，由于種種原因，其信息資料尚不完全，其價(jià)值尚未開(kāi)發(fā)，其意義尚無(wú)法體現(xiàn)，其交流傳播尚無(wú)從談起。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了脫離文物原件來(lái)表現(xiàn)其重量、觸覺(jué)等非視覺(jué)感受的技術(shù)手段，我們可以通過(guò)對(duì)文物實(shí)體的影像數(shù)據(jù)采集手段，建立起三維或模擬數(shù)據(jù)庫(kù)，一方面實(shí)現(xiàn)瀕危文物資源的科學(xué)、高精度和永久的保存；另一方面，可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)整合文物資源，促進(jìn)信息交流傳播，實(shí)現(xiàn)資源共享，真正使文物成為全人類(lèi)的共同財(cái)富。

3.文物個(gè)體的修復(fù)與利用

文物保護(hù)修復(fù)是博物館工作的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。在館藏文物當(dāng)中存在著大量易損文物，如果處理不當(dāng)，就可能造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。而將VR技術(shù)應(yīng)用在文物修復(fù)中則可有效避免這一情況的發(fā)生。

VR技術(shù)在完成信息的初步采集后，可根據(jù)實(shí)際需要，模擬多種數(shù)字化修復(fù)方式和方法，再現(xiàn)修復(fù)過(guò)程中的各項(xiàng)環(huán)節(jié)，從而檢驗(yàn)修復(fù)理念、技術(shù)和手段的可行性，提高文物保護(hù)修復(fù)的精準(zhǔn)度。

具體說(shuō)來(lái)，其步驟應(yīng)包括：

（1）數(shù)據(jù)錄入：通過(guò)三維掃描，獲取待修復(fù)文物的數(shù)字化數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述和歸類(lèi)整理。

（2）虛擬復(fù)原：利用計(jì)算機(jī)程序，結(jié)合先前修復(fù)范例，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中按照文物類(lèi)型特征進(jìn)行自動(dòng)尋找、拼接。如果復(fù)原成功，那么就可通過(guò)VR技術(shù)直接展示。如果修復(fù)失敗，亦可把三維模型存入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為參照對(duì)象進(jìn)行對(duì)比分析。

（3）實(shí)體修復(fù)：按照修復(fù)原則，從多種復(fù)原方案中選擇最為合適的一種，對(duì)文物進(jìn)行顯示修復(fù)，保證文物修復(fù)的正確性。

此外，對(duì)于一些建筑本身即為文物保護(hù)單位的博物館而言，類(lèi)比文物修復(fù)，VR技術(shù)的應(yīng)用更多了一層現(xiàn)實(shí)意義：傳承建筑文化，保護(hù)古建安全。

傳統(tǒng)的古建筑保護(hù)和修復(fù)手法，需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，且效率低下，在保護(hù)修復(fù)的過(guò)程中更有可能造成二次破壞。而利用VR技術(shù)和高速三維掃描設(shè)備，可以快速對(duì)需要修復(fù)的古建筑建立詳細(xì)的立體影像，提供準(zhǔn)確的定量分析，建立三維數(shù)據(jù)庫(kù)，保存文物建筑的各種空間關(guān)系，為選擇最佳的古建筑修繕保護(hù)方案提供視覺(jué)和數(shù)據(jù)方面的直觀依據(jù)。

三、結(jié) 語(yǔ)

伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，VR技術(shù)在博物館文物保護(hù)方面正扮演越來(lái)越重要的角色?？梢哉f(shuō)，VR技術(shù)不僅能夠很好地踐行現(xiàn)階段“保護(hù)為主，搶救第一，合理利用，加強(qiáng)管理”的文物工作方針，對(duì)破損文物進(jìn)行虛擬修復(fù)，促使文物壽命得以延長(zhǎng)；而且能最大限度地存留文物承載的歷史文化信息，并從多角度展示文物信息，促進(jìn)文物信息的交流。我相信，VR技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，必將使博物館在文保方面跨上新的臺(tái)階，取得長(zhǎng)足進(jìn)步。

[1]李德仁《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用》，《云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版）》2008年第7期。

[2]王小峰《淺析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的重要意義》，《中國(guó)西部科技》2009年第12期。

[3]孫霖楠《數(shù)字技術(shù)之于文物修復(fù)的意義研究》，《考古與文物》2010年第1期。

[4]周鼎《VR技術(shù)在地震后文物建筑修復(fù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》，《蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)》2011年第9期。

[5]李靜生《文物修復(fù)理念探討與實(shí)踐》，《中國(guó)文物科學(xué)研究》2012年第3期。

[6]楊蘊(yùn)《淺談3D打印技術(shù)在陶瓷類(lèi)文物修復(fù)和復(fù)制中的應(yīng)用》，《文物保護(hù)與考古科學(xué)》2015年第5期。

（作者工作單位：山西省藝術(shù)博物館）