基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)的應(yīng)用

董金義

（廣西民族師范學(xué)院歷史文化與旅游學(xué)院，廣西 崇左 532200）

廣西壯族自治區(qū)左江花山巖畫文化景觀是遺存在山體崖壁上的古代圖畫，地處廣西左江及其支流明江流域。由于巖畫位于露天崖壁，受當?shù)貧夂?、水文和地質(zhì)條件等因素的影響，如何完整的保存現(xiàn)有的巖畫是目前所面臨的難題。在大數(shù)據(jù)時代建設(shè)背景下，數(shù)據(jù)庫（DB）、數(shù)字動畫和虛擬現(xiàn)實（VR）等技術(shù)可實現(xiàn)文物存檔及永久性保存。3S（GIS、RS 和GPS）技術(shù)與DB、VR 等技術(shù)相結(jié)合，可建立實物二維或三維模型空間數(shù)據(jù)庫，用于保存廣西左江花山巖畫文化遺產(chǎn)原有的各項形式的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)瀕危文物資源的科學(xué)、高精度和永久性的保存。同時，也可突破時間和空間限制發(fā)揮文物的價值。結(jié)合GIS 三維可視化技術(shù)、VR 技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫，采用合適的方式可實現(xiàn)廣西左江花山巖畫文化遺產(chǎn)科學(xué)的、高精度和永久性的保存。

目前學(xué)者關(guān)于左江花山巖畫的研究主要集中在左江花山巖畫中銅鼓的族屬、類型、傳承發(fā)展、文化功能[1-2]，左右江流域早期考古學(xué)文化及其研究價值[3]，寧明花山巖畫生物病害及其治理研究進展，后申遺時代左江花山巖畫文化遺產(chǎn)保護與傳承研究[4]，廣西左江花山巖畫文化影響力[5]、左江花山巖畫文化與壯族傳統(tǒng)服飾習(xí)俗關(guān)系[6]等方面，而關(guān)于左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護與應(yīng)用方面的研究較少。因此，將三維GIS、VR 技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)保護具有非常重要的意義和廣泛的應(yīng)用價值。構(gòu)建的三維可視化系統(tǒng)可使左江花山巖畫遺產(chǎn)保護區(qū)巖畫文化景更加直觀、多角度和全方位的展現(xiàn)，且支持多源數(shù)據(jù)的不斷更新，也便于儲存和查找。對游客或研學(xué)者而言，三維空間給予游客或研學(xué)者“身臨其境”的感覺，利于提升景區(qū)的服務(wù)水平；對左江花山巖畫遺產(chǎn)保護區(qū)管理者而言，可在三維場景中模擬旅游線路或景區(qū)規(guī)劃，便于選取最優(yōu)的規(guī)劃方案。

一、關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)路線

（一）關(guān)鍵技術(shù)

1.三維GIS

三維GIS 除了具備較強的空間數(shù)據(jù)分析與處理的能力之外，它還具有多角度呈現(xiàn)、多維度空間分析、多源數(shù)據(jù)管理等優(yōu)勢。將三維GIS 技術(shù)應(yīng)用于廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護，一是可將研究區(qū)空間信息更加直觀地展現(xiàn)出來，如多角度、全方位更加直觀地展示巖畫在空間上的分布；二是可進行多維度的空間分析，如巖畫空間擴散分析、通視性分析、日照分析、淹沒分析等；三是便于存儲與管理多源數(shù)據(jù)，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、三維模型等數(shù)據(jù)。

2.虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實可將現(xiàn)實中的空間數(shù)據(jù)，通過計算機、信息通信等技術(shù)模擬出現(xiàn)實世界中的事物。它具備沉浸性、交互性、多感知性等特點；具有不受時間和空間上的限制，模擬現(xiàn)實中特殊場景或難以體驗的場景等優(yōu)勢。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護，一是可動態(tài)模擬出研究區(qū)空間數(shù)據(jù)發(fā)展歷程或變化歷程，如左江花山巖畫不同時期分布動態(tài)演變；二是模擬多角度接觸或感受的場景，如模擬游客從不同角度近距離或直接接觸左江花山巖畫的場景。

3.3S

3S 技術(shù)是GIS、RS 和GPS 技術(shù)的統(tǒng)稱。如若將GIS、RS 和GPS 進行有效地集成，可實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的有效管理和綜合處理，如進行海量數(shù)據(jù)的存儲與管理、深度地數(shù)據(jù)挖掘、強大地空間分析等。將3S 技術(shù)應(yīng)用于廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護，一是有利于獲取和管理研究區(qū)不同來源的數(shù)據(jù)；二是能夠進行深度挖掘研究區(qū)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)；三是便于進行研究區(qū)空間數(shù)據(jù)的分析。

4.空間數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)庫采用一定的方式將空間關(guān)系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和圖形圖像數(shù)據(jù)等進行有效地存儲、組織和管理，實現(xiàn)用戶查詢、編輯與共享。構(gòu)建廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)涉及大量的數(shù)據(jù)，且具有數(shù)據(jù)來源不同、屬性不同、圖形圖像等特點，因此，需要使用到空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)才能處理好空間關(guān)系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和圖形圖像稍等數(shù)據(jù)之間的存儲、管理和編輯。

5.紋理映射技術(shù)

紋理映射就是將紋理模式映射到物體表面上的技術(shù)，其主要原理是把紋理影像復(fù)合到由幾何數(shù)據(jù)所構(gòu)成的三維模型上。其關(guān)鍵之處在于如何紋理將影像與幾何或空間數(shù)據(jù)進行正確的套合。為了讓左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)保護區(qū)三維可視化場景達到逼真的效果，在三維可視化場景構(gòu)建過程中需要進行紋理映射，該操作對于構(gòu)建的三維場景的整體效果與紋理細節(jié)的處理具有較大的作用。此外，考慮到構(gòu)建的左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)保護區(qū)三維可視化場景涉及到大量數(shù)據(jù)，在構(gòu)建的三維模型不失真的情況下，對部分模型進行優(yōu)化處理，其關(guān)鍵點也在于紋理的預(yù)處理及優(yōu)化設(shè)置。

（二）技術(shù)路線

通過下載或收集獲取研究區(qū)的高分辨率遙感影像、DEM、地形圖、專題圖等數(shù)據(jù)，根據(jù)研究范圍對獲取的高分辨率遙感影像、DEM、地形圖和專題圖等數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，主要包括幾何校正、鑲嵌、裁剪等。在此基礎(chǔ)上到左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)保護區(qū)進行實地調(diào)查，獲取景點、巖畫、建筑物等物體的經(jīng)緯度、正射紋理圖片等一手數(shù)據(jù)，并使用Photoshop 對實地拍攝獲取的圖片進行相應(yīng)處理。使用AutoCAD、3ds Max、Maya、Sketch Up 等軟件，按照一定比例構(gòu)建廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)所需的三維模型。而后基于Terra Builder 融合研究區(qū)DEM 和正射遙感影像創(chuàng)建三維地形文件，并在Terra Explorer Pro 中將基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、三維模型等添加到地形文件中構(gòu)建廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場景。

二、基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)設(shè)計

（一）總體框架設(shè)計

基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化系統(tǒng)主要由左江花山巖畫遺產(chǎn)保護區(qū)三維地形、左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場景、左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)空間數(shù)據(jù)庫等組成?？傮w框架如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

（二）空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

基于Skyline 的左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)空間數(shù)據(jù)庫主要涉及到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要包括：高分辨率遙感影像、DEM、地形圖、景區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、左江水文氣象數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)等。專題數(shù)據(jù)庫主要包括：左江花山巖畫分布、左江花山巖畫圖像展示、左江花山巖畫旅游線路等。屬性數(shù)據(jù)庫主要包括：左江花山巖畫文化景觀申遺、左江花山巖畫研學(xué)實踐教育基地、左江花山巖畫文獻研究、左江花山巖畫保護、左江花山巖畫圖像屬性和其他文檔資料等。

（三）功能設(shè)計

1.基本功能

主要包括能夠?qū)崿F(xiàn)對圖層管理與控制、地圖縮放、平移、全圖顯示、局部顯示、定位查詢、漫游、瀏覽、路徑設(shè)置、數(shù)據(jù)聯(lián)動等；此外，還可設(shè)定用戶權(quán)限，可分為高層管理員、管理員用戶和一般用戶等。

2.分析與模擬功能設(shè)計

空間分析主要包括：路徑規(guī)劃、視域分析、緩沖區(qū)分析、地形分析、幾何測量、統(tǒng)計分析等；模擬功能主要包括：模擬左江花山巖畫空間發(fā)展格局、旅游線路及遺產(chǎn)保護區(qū)規(guī)劃等；系統(tǒng)能與其他相關(guān)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換等。

3.資料查詢與管理功能設(shè)計

主要包括：巖畫圖片、文檔、視頻等資料的管理與查詢。

（四）三維場景構(gòu)建

1.數(shù)據(jù)組織

數(shù)據(jù)主要包括左江花山巖畫遺產(chǎn)保護區(qū)二維數(shù)據(jù)和三維模型。二維數(shù)據(jù)主要包括高分辨率遙感影像、DEM、紋理、景點、旅游線路、交通路線和主要建筑物等矢量和柵格數(shù)據(jù)。研究區(qū)高分辨率遙感影像、DEM、景點、旅游線路等數(shù)據(jù)可使用ArcMap10.7、ENVI 等軟件對其進行處理，如幾何糾正、影像增強、空間參考設(shè)置等操作。使用Photoshop 對野外采集的紋理數(shù)據(jù)進行后期處理。利用AutoCAD 軟件對旅游路線及建筑位置信息進行規(guī)整。三維模型主要包括左江花山巖畫核心景區(qū)、主要建筑物、標志性物體等三維模型。參照底圖數(shù)據(jù)使用3ds Max、Sketch Up 等軟件構(gòu)建研究區(qū)所需要的三維模型。

2.三維場景的構(gòu)建

基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場景的構(gòu)建主要包括MPT 文件制作和三維地形可視化場景的構(gòu)建。構(gòu)建步驟主要包括：一是使用Terra Builder 創(chuàng)建廣西左江花山巖畫遺產(chǎn)保護區(qū)三維地形文件，即MPT 文件。在Terra Builder 中加載研究區(qū)正射高分辨率遙感影像和DEM 數(shù)據(jù)，創(chuàng)建影像金字塔，形成MPT 文件。二是使用Terra Explorer Pro 構(gòu)建廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場景，即FLY 文件。首先在Terra Explorer Pro 中加載已創(chuàng)建的MPT 文件，接著添加研究區(qū)景點、旅游線路、交通路線，核心景區(qū)、主要建筑物、標志性物體等三維模型，并根據(jù)三維可視化場景的效果進行圖層顯示順序、注記、三維模型等的調(diào)整和優(yōu)化，最終生成所需的FLY文件。

三、基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)的實現(xiàn)

（一）開發(fā)平臺及環(huán)境

操作系統(tǒng)為Windows7 及以上；本地開發(fā)環(huán)境選擇為.NET；開發(fā)工具為Microsoft Visual Studio NET 2003；客戶端腳本語言為Javascript，開發(fā)的工具選擇UltraEdit。網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境需要在服務(wù)器上進行開發(fā)和調(diào)試，本機安裝Terra Explorer 即可；客戶端需要安裝Terra Explorer ＋IE8.0 以上版本即可使用。

（二）實現(xiàn)功能

基于Skyline 平臺設(shè)計并開發(fā)的左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的融合、瀏覽、查詢、分析及數(shù)據(jù)的有效管理等功能。具體如下。

1.基本功能

實現(xiàn)對了對圖層進行有效地管理與控制，可對三維可視化場景中的地圖進行縮放、平移、全圖顯示、局部顯示、定位查詢、漫游、瀏覽、路徑設(shè)置和數(shù)據(jù)聯(lián)動；在系統(tǒng)設(shè)置中可設(shè)定用戶權(quán)限，分為高層管理員、管理員用戶和游客等，系統(tǒng)管理員能對數(shù)據(jù)具有編輯權(quán)限。

2.分析與模擬功能設(shè)計

空間分析方面：可在三維可視化場景中進行旅游線路或遺產(chǎn)保護區(qū)的規(guī)劃；能夠選擇視點進行視域分析；指定點、線、面等進行不同范圍的緩沖區(qū)分析；實現(xiàn)三維可視化場景相關(guān)區(qū)域的地形分析、幾何測量、統(tǒng)計分析等；可模擬左江花山巖畫不同時期空間發(fā)展的格局；留有數(shù)據(jù)接口，能夠與相關(guān)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的傳輸和共享等。

3.資料查詢與管理功能設(shè)計

能夠查詢和瀏覽左江花山巖畫文化景觀申遺、左江花山巖畫研學(xué)實踐教育基地、左江花山巖畫文獻研究、左江花山巖畫保護、左江花山巖畫圖像屬性和其他文檔、音頻和視頻等資料。

四、結(jié)語

大數(shù)據(jù)時代背景下，海量多源空間數(shù)據(jù)的獲取將會更加容易和便捷，三維GIS 技術(shù)應(yīng)用于遺產(chǎn)保護區(qū)，將具有更廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。隨著信息通信技術(shù)的進步，在更多專業(yè)人員參與研究下，景區(qū)三維可視化技術(shù)將會得到一定程度的發(fā)展?；谌SGIS 技術(shù)、3S技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫、三維建模、紋理映射等技術(shù)實現(xiàn)了廣西左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)多源數(shù)據(jù)的有效融合。基于Skyline 三維GIS 平臺構(gòu)建了左江花山巖畫研究區(qū)三維地形和左江花山巖畫數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場景，為遺產(chǎn)保護區(qū)數(shù)字文化遺產(chǎn)建設(shè)提供了一個新的平臺。該平臺可為遺產(chǎn)保護區(qū)管理者、政府相關(guān)部門、學(xué)者、游客和研學(xué)者提供全方位、多角度地瀏覽或查閱左江花山巖畫數(shù)字文化景觀及相關(guān)資料，可為相關(guān)決策的制定提供輔助決策支持，也可利用該平臺對遺產(chǎn)保護區(qū)數(shù)字文化遺產(chǎn)建設(shè)進行模擬開發(fā)，實現(xiàn)景區(qū)的健康、可持續(xù)發(fā)展。