數(shù)字化文物展示與保護(hù)的虛擬技術(shù)分析

趙治瑞

摘 要：中國是世界上文明發(fā)達(dá)最早的國家之一，有將近4000年的有文字可考的歷史。悠久的歷史中，遺留下許多不可再生的歷史文化遺產(chǎn)。這些歷史文物體現(xiàn)了中華民族深厚的文化底蘊(yùn)。隨時(shí)間的流逝，這些文化遺產(chǎn)有著不同程度的損壞。新中國成立以來，我國加強(qiáng)對文物的保護(hù)。近幾年來，隨科技的發(fā)展，信息技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)成為展示和保護(hù)文物的主要途徑。文章就如何利用數(shù)字化技術(shù)保護(hù)文物以及我國的數(shù)字化進(jìn)程展開討論。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;文物展示;文物保護(hù);虛擬技術(shù)

隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的誕生，人類社會進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。作為人類歷史文化遺產(chǎn)的文物，也逐漸進(jìn)入數(shù)字化保護(hù)階段。尤其是近幾年來光電技術(shù)突飛猛進(jìn)，大力推進(jìn)了文物數(shù)字化進(jìn)程。文物是中華民族的象征符號。習(xí)近平總書記在一次關(guān)于文化建設(shè)的重要講話中說過，5000年的歷史文化是我們國家文化軟實(shí)力最深厚的源泉，是將這種根基實(shí)力進(jìn)行深化的主要途徑。保護(hù)和發(fā)揚(yáng)我國各民族的傳統(tǒng)文化，并且實(shí)現(xiàn)與西方文明之間的融合共進(jìn)，是解決現(xiàn)代社會不同種族文明矛盾的有效措施。不同文明之間求同存異，齊頭并進(jìn)，更能走進(jìn)大眾心底，并且具有調(diào)動群眾積極性和參與性的文化為優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化。優(yōu)秀的文化傳播使基于本國而又面向世界的當(dāng)代新中國更深入地認(rèn)識到傳統(tǒng)文化資源對于我國的重要性，使得文物走出來，文書古籍活起來。近幾年來，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)也不斷發(fā)展并成為當(dāng)下熱點(diǎn)。2016開始的VR新時(shí)代，在電商平臺和社交網(wǎng)站上掀起了一波又一波的狂潮。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用廣泛，在醫(yī)療、軍事、教育、文物和游戲方面都有應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅能對古建筑進(jìn)行大型修復(fù)、復(fù)原，而且可對一些已經(jīng)毀壞或消失的文物古跡進(jìn)行虛擬復(fù)原。甘肅省的文物古跡眾多。一些著名的文物如馬踏飛燕就出土于此。甘肅省還有著名的敦煌莫高窟等歷史文化遺產(chǎn)。文物的數(shù)字化展示與保護(hù)能夠給觀者帶來視覺上的沖擊和驚奇體驗(yàn)。目前國內(nèi)和國際社會上文物的虛擬展示都處于初級階段，但相信在不久的將來，數(shù)字化文物管理一定會引領(lǐng)文物展示的潮流。

1 開展數(shù)字化和虛擬技術(shù)的意義

現(xiàn)階段，數(shù)字化和虛擬技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到人們生活的各個(gè)方面，“聯(lián)網(wǎng)+中華文明”更是成為“使文物活起來”的一項(xiàng)重要技術(shù)。博物館是文物保護(hù)與文化研究的產(chǎn)物，是一個(gè)地區(qū)甚至國家文明發(fā)展程度的重要標(biāo)志。隨信息技術(shù)的迅速發(fā)展，人類社會已進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代。這對博物館來說，是一個(gè)巨大的發(fā)展機(jī)遇。對文物的展覽方式和展示設(shè)計(jì)而言，數(shù)字化展示更具多樣性和設(shè)計(jì)性。數(shù)字技術(shù)在展示中的應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)的臺、板、架、燈光等布展方式。數(shù)字化展覽的互動性、多維性和體驗(yàn)感為現(xiàn)代博物館展覽發(fā)展帶來了新的生機(jī)。數(shù)字化展示設(shè)計(jì)引領(lǐng)著現(xiàn)代展示模式的發(fā)展方向。博物館也越來越重視數(shù)字化與信息化建設(shè)。現(xiàn)今的文物展示方式正朝著虛擬化的展示方式發(fā)展。信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)是最便捷的信息中心，以三維重建技術(shù)虛擬、還原歷史文物。通過網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、投影儀、全息投影、虛擬現(xiàn)實(shí)等設(shè)備均可瀏覽虛擬文物。虛擬文物為文物展示提供了新的便捷途徑。文章旨在以三維虛擬模型技術(shù)，通過高模套低模、法線貼圖等技術(shù)手段建立高精度全仿真虛擬文物模型。為文物的展示、保護(hù)、研究、修復(fù)提供了一個(gè)新的方法和平臺，有效地緩解了文物資源保護(hù)與利用的矛盾，擴(kuò)大了文物資源的受眾面，為文物展示事業(yè)的發(fā)展提供先進(jìn)技術(shù)支撐。

2 歷史文化資源數(shù)字化相關(guān)理論與三維技術(shù)

歷史文化資源的可視化是指歷史文化知識的可視化，可視化指所有可用來構(gòu)建和傳達(dá)復(fù)雜知識的圖解手段。為使受眾更好地了解文物，就要構(gòu)建文化空間知識可視化。其中，知識可視化是這一模型構(gòu)建的核心。信息資源數(shù)字化的相關(guān)理論由香農(nóng)提出，他指出一個(gè)問題的信息如何準(zhǔn)確傳播，是信息傳播的核心問題。傳統(tǒng)的歷史文化資源信息處理方式主要是初級編碼，如人工記錄、拍照及攝像等。如果在這些過程中出現(xiàn)了問題，再解決這些問題就要花費(fèi)很多時(shí)間和精力，浪費(fèi)很多資源。數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一問題，只需經(jīng)過簡單的初級編碼，就能將歷史文化資源的信息全部保存下來。不僅節(jié)省了空間，也縮短了找尋這些文化資源的時(shí)間，提高了空間和時(shí)間的利用率。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)理論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以擴(kuò)展歷史文化資源的開發(fā)表現(xiàn)形式，增加對文物的直觀印象。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使受眾更加主動地了解文物，激發(fā)群眾的興趣。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指基于三維技術(shù)運(yùn)行的可視化操作，能夠讓我們有真實(shí)的感覺，但卻不存在。當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到游戲和動漫中的較多。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以數(shù)字化的方式制作，保護(hù)并展示、開發(fā)文物，能夠使文物的呈現(xiàn)達(dá)到原本效果。之前制作的數(shù)字故宮、數(shù)字敦煌等都是用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知性、交互性、沉浸性以及可想象性四大特征。虛擬現(xiàn)實(shí)可以達(dá)到視覺、聽覺等感官的感知效果，使受眾有身臨其境的感覺。交互性是指人與計(jì)算機(jī)在三維空間中的可控性，交互性也是虛擬現(xiàn)實(shí)和三維的重要區(qū)別。虛擬現(xiàn)實(shí)比三維立體更接近現(xiàn)實(shí)，會使受眾有更加真實(shí)的感覺。沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)用封閉的方式，將使用者的聽覺和視覺與外界相隔離，使受眾完全位于虛擬環(huán)境之中，會產(chǎn)生一種身臨其境、沉浸其中的感覺。虛擬性是指將人的實(shí)踐活動轉(zhuǎn)移到以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的虛擬電子空間中。網(wǎng)絡(luò)信息傳播技術(shù)把真實(shí)世界和虛擬世界變得界限模糊，它把實(shí)體的現(xiàn)實(shí)和創(chuàng)造的現(xiàn)實(shí)連接起來，從根本上改變?nèi)说恼J(rèn)識方式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會大大提高文物的保護(hù)水平，并在文物古跡的修復(fù)、保護(hù)和保存過程中，通過使用VR技術(shù)，可以提高文物修復(fù)的精準(zhǔn)度，利于在展示過程中保護(hù)文物古跡，減少文物與外界的接觸和人為破壞，虛擬文物形成之后便不會被破壞。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以保護(hù)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。一些非物質(zhì)文化遺產(chǎn)是通過傳承人進(jìn)行傳承的，在歷史發(fā)展過程中難免失真。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能拓展歷史文化資源產(chǎn)業(yè)的開發(fā)途徑。傳統(tǒng)文化的參觀一般以游覽為主，受眾缺乏主動性和參與性，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能極大提高群眾的主動性參與性。

4 三維技術(shù)

根據(jù)文物項(xiàng)目的不同，在數(shù)據(jù)采集方面，需使用不同類型的掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以滿足項(xiàng)目的需求。

4.1 地面固定式掃描儀

該掃描儀需要架設(shè)固定站進(jìn)行掃描，根據(jù)廠家品牌型號的不同，掃描距離一般在幾十米至一百米之間，在測量距離10米處，精度可以達(dá)到（毫米）級別。

儀器特點(diǎn)：掃描范圍廣，主動測量，不受光源因素影響，多用于古建街區(qū)、洞窟、遺址現(xiàn)場發(fā)掘等大場景類型的數(shù)據(jù)采集。

4.2 高精度掃描儀

該掃描儀采用不同的測距原理，將掃描精度提高至亞毫米級，甚至微米級別，數(shù)據(jù)采集精度非常高，多用于佛像、瓷器、陶器、石器、繪畫等對精度要求比較高的文物。

在紋理數(shù)據(jù)采集上，文物紋理信息在文物復(fù)原保護(hù)、展示等方面具有重要作用，在復(fù)雜光場所環(huán)境下對完整、真實(shí)的紋理信息進(jìn)行采集。紋理數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量主要取決于兩個(gè)方面：一是相機(jī)及鏡頭的分辨率;二是專業(yè)的燈光設(shè)備及布光方案。采用專業(yè)相機(jī)及鏡頭組合，可以獲取分辨率及色彩還原度更高的影像數(shù)據(jù)。專業(yè)的燈光設(shè)備及布光方案，可在洞窟、寺廟、遺址等場景進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在光源雜駁、過暗、偏色問題嚴(yán)重的特殊環(huán)境下，模擬出穩(wěn)定的太陽光照環(huán)境，有效解決采集光源不真實(shí)問題。

參考文獻(xiàn)

[1]張小朋.博物館信息化建設(shè)的初步探討[J].智能建筑與城市信息，2004（9）：24-28.

[2]許潔，張靜，曾軍梅，等.皮影戲數(shù)字動畫創(chuàng)作技巧解析[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（5）：581-585.

[3]李嘉樂.關(guān)于保護(hù)歷史文物和繼波斯傳統(tǒng)文脈[C].北京：北京市文物保護(hù)協(xié)會，2000：13-15.

[4]張小李.數(shù)字博物館與實(shí)體博物館的“虛實(shí)相生”關(guān)系[J].中國博物館，2008（3）：81-85.

[5]黃克忠.走向二十一世紀(jì)的中國文物科技保護(hù)[J].敦煌研究，2000（1）：5-9.