數(shù)字化技術(shù)在三峽文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用

[摘 要]隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，其在文物保護(hù)方面顯示出重要的作用，三峽地區(qū)的文物保護(hù)，應(yīng)當(dāng)充分應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，首先，三維激光掃描技術(shù)有利于修復(fù)和再現(xiàn)文物;其次，高新測(cè)繪技術(shù)在能夠?yàn)榇笮腿龒{文物的搬遷提供幫助;再次，“3S”技術(shù)能夠保護(hù)好三峽文化遺址和防止文物被盜。在實(shí)踐中不斷拓展數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的空間，是未來(lái)三峽文物保護(hù)的必然趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字化技術(shù) 文物保護(hù)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5489(2010)01-0165-02

作為是華夏文明的發(fā)祥地之一，長(zhǎng)江流域自古以來(lái)就是中華民族進(jìn)行生產(chǎn)勞作、繁衍生息的場(chǎng)所，而處于長(zhǎng)江流域的中間區(qū)域，三峽地區(qū)“上承巴蜀，下接湖廣，是巴文化和楚文化、巴文化與漢文化交匯、融合的地帶”，其數(shù)千年的沉淀成就了一條罕見(jiàn)的文化長(zhǎng)廊，具有豐富而深厚的地方特色的文化遺產(chǎn)。然而，近年來(lái)，三峽地區(qū)豐富的文化資源在保護(hù)和傳承方面卻面臨著嚴(yán)重的問(wèn)題，一方面，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口規(guī)模的擴(kuò)大以及文物保護(hù)意識(shí)的淡薄，使大量承載著古代文明信息的文物，在不科學(xué)的利用、改造中被破壞，從而失去歷史的價(jià)值和昔日的光輝;另一方面，三峽工程的興建，使大量文物和歷史遺跡被淹沒(méi)。因此，利用當(dāng)代科學(xué)的方法和手段，保存和修復(fù)、重現(xiàn)或再現(xiàn)某些重要的文物和文化古跡，是當(dāng)前三峽地區(qū)文物保護(hù)中亟待解決的問(wèn)題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起，數(shù)字化技術(shù)逐漸在文物保護(hù)方面凸顯重要的作用。其實(shí)，早在20世紀(jì)50年代，美國(guó)學(xué)者就首次把計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于考古學(xué)和文物保護(hù)方面，到了20世紀(jì)70年代后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始被我國(guó)學(xué)者應(yīng)用于考古學(xué)和文物保護(hù)領(lǐng)域。早期在文物保護(hù)方面對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，還有著相當(dāng)?shù)木窒扌裕鐑H是簡(jiǎn)單地對(duì)文物資料進(jìn)行整理和研究。然而，自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，給文物的保護(hù)和留存帶來(lái)了曙光和機(jī)遇，如可以運(yùn)用高精度、高逼真的數(shù)字化技術(shù)對(duì)文物進(jìn)行研究、保存和修復(fù)，因此，充分利用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)字化遺產(chǎn)保護(hù)技術(shù)對(duì)三峽地區(qū)的文化遺產(chǎn)進(jìn)行有效保護(hù)，是一條科學(xué)的、可靠的途徑。

實(shí)際上，數(shù)字化技術(shù)的概念和外延相當(dāng)廣泛，主要包括了三維激光掃描、高分辨率CCD成像、三維視覺(jué)、高新測(cè)繪、“3S”等先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)在不同領(lǐng)域的不斷推廣，以及我國(guó)對(duì)國(guó)外文物保護(hù)先進(jìn)技術(shù)的學(xué)習(xí)和借鑒，使我國(guó)的文物保護(hù)在21世紀(jì)進(jìn)入了科技化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化階段。但是，目前這些技術(shù)對(duì)文物保護(hù)的具體應(yīng)用還不夠深入，基本停留在數(shù)字圖像處理和虛擬表達(dá)上，更缺乏將相關(guān)技術(shù)進(jìn)行集成式的綜合應(yīng)用。其實(shí)，“文物保護(hù)更重要的是記錄文物原始的三維信息和紋理信息，獲取真三維真紋理的數(shù)字模型。不僅實(shí)現(xiàn)三維表達(dá)和展示，更主要的是為文物修繕和恢復(fù)提供重要的數(shù)據(jù)和模型支持。”因此，在三峽文物保護(hù)中，深入研究上述技術(shù)，加深其在文物保護(hù)中的應(yīng)用程度，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)、主動(dòng)、快速獲取古文物三維信息、紋理信息、文字信息，并進(jìn)行多源數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、模型重建、數(shù)據(jù)管理與網(wǎng)絡(luò)共享等工作”，將對(duì)三峽地區(qū)的文物保護(hù)和傳承具有深遠(yuǎn)的意義。下面，我們就如何深入地將三維激光掃描、高分辨率CCD成像、GPS定位、三維視覺(jué)、高新測(cè)繪等數(shù)字化技術(shù)具體應(yīng)用于三峽文物的保護(hù)中，以及如何將上述技術(shù)進(jìn)行集成式綜合應(yīng)用，作具體的闡述。

首先，三維激光掃描技術(shù)和高分辨率CCD成像技術(shù)在保護(hù)三峽文物中的應(yīng)用。相當(dāng)多的文物在長(zhǎng)期保存的過(guò)程中無(wú)法避免自然消亡的規(guī)律，同時(shí)在考古發(fā)掘過(guò)程中，遺址中一些重要的跡象因?yàn)榭脊诺男枰脖挥杏?jì)劃地去除。傳統(tǒng)的方法是使用繪圖、照相、攝像和文字記錄等手段記錄文物或者文物遺跡、遺址的幾何信息和三維形態(tài)，但由于技術(shù)條件的限制，很難做到十分精確，無(wú)法為后來(lái)的研究、展示等提供必要的資料。如何既保留文物在不同階段的信息資料，又不影響發(fā)掘、研究工作的繼續(xù)進(jìn)行，一直是文物工作者在探索的問(wèn)題。三維激光掃描技術(shù)和CCD成像技術(shù)的出現(xiàn)逐漸解決了這個(gè)難題。

因此，對(duì)三峽文物的保護(hù)，可以采用數(shù)據(jù)采集等方式和流程，用三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行掃描，建立起精度達(dá)毫米級(jí)的三維數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)在模型上的真實(shí)測(cè)量和觀眾對(duì)遺址多角度、多方位的全面觀察。具體而言，以三維激光掃描技術(shù)和CCD成像技術(shù)為手段來(lái)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)突破多源空間信息處理的關(guān)鍵技術(shù)，為文物保護(hù)提供真三維、真尺寸、真紋理的數(shù)字化模型。“首先，用三維激光掃描儀和高分辨率的數(shù)碼相機(jī)采集文物的空間和紋理數(shù)據(jù);接著，將所有視點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)整合在同一坐標(biāo)系內(nèi)，并生成三維網(wǎng)格;最后，通過(guò)紋理映射，建立真三維、真尺寸、真紋理的數(shù)字化模型。”

在這方面，三峽文物的保護(hù)可以充分借鑒西安秦始皇兵馬俑博物館所采取的文物保護(hù)措施，如其與西安四維航測(cè)遙感中心合作，完成了2號(hào)坑三維數(shù)字建模項(xiàng)目，在建立的高精度數(shù)字模型中，一方面，研究人員可以在虛擬環(huán)境中再現(xiàn)或真實(shí)重現(xiàn)遺址建模當(dāng)時(shí)的狀況，為虛擬研究和展示提供必要條件;另一方面，觀眾也能夠突破真實(shí)環(huán)境中各種制約條件，實(shí)現(xiàn)融入式的參觀漫游和對(duì)遺址多角度、多方位的全面觀察。這是我國(guó)首次將激光掃描技術(shù)應(yīng)用在大型文物遺址保護(hù)上，標(biāo)志著我國(guó)對(duì)大型文物遺址的數(shù)字化保護(hù)進(jìn)入了一個(gè)新階段。

其次，高新測(cè)繪技術(shù)在三峽文物搬遷保護(hù)中的應(yīng)用。基于三峽工程建設(shè)及其蓄水發(fā)電的需要，長(zhǎng)江三峽的相當(dāng)一部分地區(qū)將被淹沒(méi)，淹沒(méi)區(qū)包括著名的三峽峽谷地帶，大部分是長(zhǎng)江干、支流兩岸較為平緩的寬闊臺(tái)地，既是現(xiàn)代村落與人口較為密集的地區(qū)，也是適宜于古代先民們勞動(dòng)耕作、休養(yǎng)生息的重要地區(qū)。在這些平緩臺(tái)地上，埋藏著三峽地區(qū)絕大部分古代地下遺存，聳立著各種類(lèi)型的古代建筑。因此，鑒于文物的不可再生性，對(duì)三峽工程淹沒(méi)文物要采取得力措施將損失降低到最小程度，盡最大可能進(jìn)行搶救，高新測(cè)繪技術(shù)在大型文物遺存的整體搬遷方面凸顯了重要的作用。

三峽文物的搬遷和復(fù)原是非常復(fù)雜的工作，需要有詳細(xì)、準(zhǔn)確的平面圖與各種剖面圖，同時(shí)在測(cè)繪大比例尺地形圖時(shí)也要解決好控制網(wǎng)精度、地物點(diǎn)相對(duì)精度問(wèn)題。具體而言，第一，在文物搬遷實(shí)踐中，充分應(yīng)用高新測(cè)繪技術(shù)，“首先通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)控制網(wǎng)提高網(wǎng)圖形強(qiáng)度、增加測(cè)回?cái)?shù)、使用更高精度的儀器設(shè)備這些方式，使控制網(wǎng)相對(duì)精度得到較大的提高;其次在碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集時(shí)使用新技術(shù)、新設(shè)備，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)、降低或消除照準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差、展點(diǎn)誤差等的影響;最后加強(qiáng)成果的檢查，特別是對(duì)于相對(duì)位置關(guān)系的檢查，這樣才能確保為文物搬遷復(fù)原時(shí)提供準(zhǔn)確的依據(jù)，同時(shí)為三維電子模型制作提供滿(mǎn)足要求的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。”第二，在三維電子模型制作方面，針對(duì)不同的區(qū)域，采用靈活、可行的三維建模方法。第三，可以通過(guò)電子三維模型對(duì)文物、古建筑復(fù)原后的效果評(píng)估、視覺(jué)感觀等方面進(jìn)行直觀的評(píng)價(jià)。

在大型文物的整體搬遷方面，可以學(xué)習(xí)重慶張飛廟的搬遷經(jīng)驗(yàn)。張飛廟是全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，距今已有1700余年，三峽水庫(kù)建成蓄水后，該建筑將被全部淹沒(méi)。為了保護(hù)這一歷史文物，重慶市政府決定將其遷至長(zhǎng)江上游距原址10公里處重建，并要求從外部環(huán)境到內(nèi)部細(xì)節(jié)都要盡量保持原貌。如果采用傳統(tǒng)的方法，只能是利用攝像和圖紙測(cè)量相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用攝像可以記錄原來(lái)的模樣，但無(wú)法反映各部位尺寸;圖紙測(cè)量，雖然可以準(zhǔn)確記錄尺寸，但要對(duì)每一細(xì)部都實(shí)測(cè)并繪制圖紙，則需要大量的時(shí)間和精力。因此，重慶市文物局與重慶市勘測(cè)院合作，重慶市勘測(cè)院提出了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)繪技術(shù)相結(jié)合的三維仿真建模技術(shù)的解決方案，具體措施是，對(duì)該建筑各部位測(cè)制1:100大樣圖，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)制作成三維仿真虛擬現(xiàn)實(shí)模型，該模型不僅真實(shí)反映了張飛廟的外部建筑及內(nèi)部文物的各種細(xì)節(jié)和準(zhǔn)確的尺寸，為文物古跡的復(fù)原工作提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，確保了文物及建筑的真實(shí)再現(xiàn)，同時(shí)也為今后文物古建筑搬遷和復(fù)原提供了全新的高新技術(shù)手段和模式。

再次，“3S”技術(shù)在三峽文物保護(hù)中的應(yīng)用。所謂“3S”技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和遙感技術(shù)(RS)，其在文物保護(hù)監(jiān)測(cè)、考古遺址調(diào)查與文化遺產(chǎn)保護(hù)等方面發(fā)揮的作用越來(lái)越受到文物工作者的重視。如GPS衛(wèi)星定位跟蹤系統(tǒng)即具有的全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，其“用于對(duì)野外文物普查、保護(hù)標(biāo)志設(shè)置、文物檔案記錄、保護(hù)范圍和建控地帶、保護(hù)界樁的建立時(shí)，可以準(zhǔn)確確定和記錄文物、標(biāo)志和界樁的正確位置。可以避免重復(fù)和遺漏。因?yàn)椋苊饬撕枚嗟闹貜?fù)勞動(dòng)，也可以節(jié)約大量的人力和物力，同時(shí)被記錄的檔案也非常明。”整個(gè)長(zhǎng)江三峽遼闊的土地和河域內(nèi)保存了大量的歷史文化遺產(chǎn)，近年來(lái)，由于三峽工程的建設(shè)和其他自然或人為的因素，許多文化遺址遭受不同程度的損害，文物被盜的事件也時(shí)有發(fā)生，因此，如何保護(hù)好諸多文化遺址和防止文物被盜，是三峽文物保護(hù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

“3S”技術(shù)則能有針對(duì)性地解決好上述問(wèn)題。其“利用遙感監(jiān)測(cè)的等技術(shù)手段，在有關(guān)管理部門(mén)或有條件的地方機(jī)構(gòu)建立一套文物考古信息系統(tǒng)，用目前掌握的各種衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖像、既往的航片、地形圖資桿建立起以3S為基礎(chǔ)的管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，定期用衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行觀察分析，對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行全方位考古信息監(jiān)測(cè)，根據(jù)這些資料對(duì)每一處文物考古遺跡進(jìn)行監(jiān)管并對(duì)這些遺址做出綜合信息庫(kù)和動(dòng)態(tài)模擬資料，便于管理保護(hù)，同時(shí)也有助于研究人員在遇到經(jīng)濟(jì)建設(shè)、自然災(zāi)害或突發(fā)事件時(shí)從容應(yīng)對(duì)，采取果斷措施。”

在對(duì)“3S”技術(shù)的具體應(yīng)用方面，有許多經(jīng)驗(yàn)值得在三峽文物保護(hù)中推廣。如GPS技術(shù)在寧夏賀蘭山遠(yuǎn)古巖畫(huà)的應(yīng)用，賀蘭山巖畫(huà)是遠(yuǎn)古人類(lèi)用石器或金屬工具刻在石頭上的史前文化遺產(chǎn)，其遺留在崇山峻嶺間巖石或崖壁上，經(jīng)歷了數(shù)千年風(fēng)吹日曬、自然腐蝕，加上人類(lèi)活動(dòng)的負(fù)面影響，隨時(shí)面臨損毀的危險(xiǎn)。因此，巖畫(huà)管理處采取衛(wèi)星定位(GPS)技術(shù)，對(duì)賀蘭口巖畫(huà)先后3次進(jìn)行全面普查，記錄下巖畫(huà)所處經(jīng)緯度位置和海拔高度，并將五千多組巖畫(huà)的分布范圍和數(shù)量詳細(xì)記錄在案。管理人員依據(jù)記錄可以隨時(shí)對(duì)巖畫(huà)進(jìn)行檢查，從而有效保護(hù)了巖畫(huà)。再如湖北神農(nóng)架曾采用GPS定位系統(tǒng)、遙感及地理信息系統(tǒng)進(jìn)入重慶巫山縣，對(duì)川鄂古鹽道(神農(nóng)架段)進(jìn)行考察，為古鹽道申報(bào)國(guó)家級(jí)文物保護(hù)單位提供科學(xué)的信息和數(shù)據(jù)。

最后，三峽地區(qū)文化遺產(chǎn)的豐富性，一方面體現(xiàn)出文物數(shù)字化是一項(xiàng)復(fù)雜的、長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，另一方面表現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用還有較大的空間。數(shù)字化技術(shù)不僅打破了傳統(tǒng)的依靠文獻(xiàn)記載及圖片、照片的方式，為古文化遺存的保護(hù)、修繕提供了新的思想和技術(shù)方法，從而使更多的人們了解古文化遺產(chǎn)，而且能夠?qū)ξ奈镄畔⑦M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)文物信息的共享，為文物信息的發(fā)布、傳播、網(wǎng)絡(luò)檢索及實(shí)時(shí)交流提供工具。通過(guò)以上對(duì)各種數(shù)字化技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用分析，并加上成功的案例，說(shuō)明了在文物保護(hù)中拓展數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度，是未來(lái)三峽文物保護(hù)的必然趨勢(shì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]胡少興等:《大型古文物真三維數(shù)字化方法》，《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》2006年4月。

[2]李秀清、李宏松:《三峽工程淹沒(méi)區(qū)文物概況》，《長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境》1998年2月。

[3]滕德貴等:《高新測(cè)繪技術(shù)在古建筑文物搬遷保護(hù)中的應(yīng)用》，《城市勘測(cè)》2007年5月。

[4]舒慶榮等:《三峽工程庫(kù)區(qū)地面文物保護(hù)與綜合監(jiān)理》，《人民長(zhǎng)江》2007年12月。

[5]徐剛等:《三峽旅游資源的數(shù)字化保護(hù)和開(kāi)發(fā)》，《江蘇商論》2004年6月。

[6]徐光冀:《三峽工程中文物保護(hù)成果及其基本經(jīng)驗(yàn)》，《管理縱橫》2006年2月。

[7]楊林:《文物考古更需要科技支撐》，《瞭望新聞周刊》2007年8月。

[8]趙昆、馬生濤:《用數(shù)字傳承文明——激光三維數(shù)字建模技術(shù)在秦俑遺址保護(hù)管理中的應(yīng)用》，《四川文物》2007年1月。

[9]張瑞等:《文物數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)》，《北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)》2007年4月。

[10]張國(guó)俊、李元彪:《淺談GPS衛(wèi)星定位跟蹤系統(tǒng)與文物安全》，《安全與技術(shù)管理》2006年8月。

(責(zé)任編輯:郭媛媛)