中岳漢三闕數(shù)字化保護與展示研究

□姚智輝 千紹彬

中岳漢三闕數(shù)字化保護與展示研究

□姚智輝 千紹彬

一、引言

中岳漢三闕是中國現(xiàn)存的最早的地上古建筑，是中國僅存的最早的廟闕和最早的禮制建筑實物，是探索研究我國建筑史、美術(shù)史和東漢社會史的珍貴資料。在聯(lián)合國教科文組織第34屆世界遺產(chǎn)大會上，于2010年8月1日審議通過，將包括漢三闕在內(nèi)的“登封天地之中歷史建筑群”列入世界文化遺產(chǎn)名錄。

中岳漢三闕的價值，主要體現(xiàn)在建筑、畫像和銘文三個方面。漢三闕畫像圖案精美、形象真切，具有鮮明的時代特征和濃厚的社會生活氣息，展示了我國古代民俗、風情、生活狀況和燦爛的文化藝術(shù)，對研究我國漢代社會生活具有重要的現(xiàn)實意義。漢三闕銘文，自宋代以來即受到金石學(xué)家和考古學(xué)家的重視，各種著錄有數(shù)十種。闕上篆刻的銘文，有秦統(tǒng)一后的篆書，有八分書漢隸，是研究我國書法藝術(shù)、漢字演變和漢代歷史的寶貴實物資料。中岳漢三闕由于受自然環(huán)境風化、侵害和人為因素影響，有的闕身結(jié)構(gòu)已殘缺，畫像闕銘已不清晰，不易辨認和保護。

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于文化遺產(chǎn)保護和展示，已成為研究熱點，但以闕為對象的數(shù)字化保護和展示研究還相對缺乏。全國現(xiàn)存的石闕，均建于東漢或稍晚，分布地區(qū)以河南、四川最為集中。漢三闕年代久遠，屬于瀕危稀缺文物，由于傳統(tǒng)保護、展示手段的局限性，當前漢三闕尚未對公眾開放，仍處于封閉保護狀態(tài)。要實現(xiàn)其永久、可持續(xù)傳承和遺產(chǎn)本身價值的體現(xiàn)，就需要將數(shù)字化技術(shù)的理論方法應(yīng)用于保護、管理和傳播中，建立準確、翔實、科學(xué)的數(shù)字化信息資料。特別是畫像和銘文是反映漢代社會風貌、記載三闕歷史的重要依據(jù)，是保護的核心內(nèi)容之一。

二、漢三闕三維模型建立

對于文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護與展示而言，一套科學(xué)嚴謹?shù)臄?shù)字化方案是其工作順利開展的基礎(chǔ)和前提，決定著數(shù)字化工作的效率和質(zhì)量。數(shù)字化工作的前期準備，包括區(qū)域資料查閱、現(xiàn)場勘測和規(guī)劃、數(shù)字化技術(shù)方案確定、方案可行性評估、設(shè)備配置、時間安排、人員組織等。

根據(jù)漢三闕形制結(jié)構(gòu)、遺產(chǎn)本體防護原則及遺產(chǎn)地環(huán)境情況，把Focus3D三維激光掃描儀和佳能5DMarkIII單反相機作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。制訂漢三闕數(shù)字化方案如下：（1）現(xiàn)場勘測和規(guī)劃，掃描站點位置布設(shè)、標志球位置，以及確定掃描站點數(shù)量。（2）采用Focus3D三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，配置三維激光掃描儀參數(shù)，獲取漢三闕點云數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)。（3）通過FARO SCENE軟件，對點云數(shù)據(jù)進行處理與分析。（4）利用Geomagicstudio軟件，對漢三闕進行三維模型重建。（5）采用AutodeskMudbox軟件，對漢三闕進行貼圖繪制。（6）數(shù)據(jù)檢查，成果輸出。由于中岳漢三闕形制結(jié)構(gòu)基本相同，針對漢三闕制訂的數(shù)字化方案工作流程也基本相同，本案主要采用少室闕數(shù)據(jù)來進行分析研究。

具體方案的實施，要通過掃描站點布設(shè)（圖一）、數(shù)據(jù)采集（圖二）、點云數(shù)據(jù)的擬合拼接（圖三、圖四）、點云數(shù)據(jù)優(yōu)化（圖五）、三維重建（圖六）以及三維還原（圖七）。研究中所涉及的中岳漢三闕圖像原始數(shù)據(jù)、點云原始數(shù)據(jù)和軟件平臺，由登封文物局、河南中視新科、上海律典提供支持。

圖一 少室闕東闕掃描站點及標志球布設(shè)

圖二 三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集工作中

圖三 少室闕擬合拼接前點云數(shù)據(jù)

圖四 少室闕擬合拼接后點云數(shù)據(jù)

圖五 少室闕點云數(shù)據(jù)優(yōu)化后效果

圖六 少室闕點云數(shù)據(jù)三維重建后實體模型

圖七 少室闕三維模型紋理映射細節(jié)

三、遺產(chǎn)數(shù)字保護與展示應(yīng)用

信息留存，是文化遺產(chǎn)保護中的一項重要基礎(chǔ)工作。數(shù)字化技術(shù)可以將文化遺產(chǎn)信息最直接、最真實、最全面地保存下來，有效地保護、記錄、整理并利用這些數(shù)據(jù)，對文化遺產(chǎn)的研究和保護工作起著指導(dǎo)性作用，具有重要的現(xiàn)實意義。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，是用直尺、角尺和垂球等工具通過測量直接量取遺產(chǎn)尺寸信息，并以此為基礎(chǔ)制作圖紙信息和完成文字記錄，由于遺漏和誤差，導(dǎo)致所獲取的信息不夠全面且精確度較低，不能滿足研究和保護的需要。以往的遺產(chǎn)研究工作，大量的時間和精力常常用于對遺產(chǎn)本體測量、手繪和觀察結(jié)構(gòu)形制本身，對遺產(chǎn)的內(nèi)涵價值認識始終停留在表象層面上。對中岳漢三闕進行數(shù)據(jù)采集時，已將三闕本體及其現(xiàn)場環(huán)境以三維的方式快速、精確記錄下來，成果輸出不受時間和空間限制，可隨時隨地進行多維度觀看和任意點間數(shù)據(jù)測量，并可制成各種類型的工程圖、結(jié)構(gòu)圖、剖切面圖，以滿足不同研究對象的需求。

長期以來，考古工作者在編制報告中，對各類遺跡的平剖面圖和器物圖一直沿用傳統(tǒng)的手工坐標法進行繪制，運用正射投影的原理，通過測取特征點的繪圖手段將三維空間轉(zhuǎn)化為二維線畫圖，為后期脫離實物研究或編輯出版準備資料。這種方法，不僅給資料的整理、簡報、報告的編制及資料的保管帶來了諸多不便，而且對遺跡和遺物的頻繁測量對文物本身也是一種損害。三維激光掃描技術(shù)，采用非接觸方式對漢三闕進行數(shù)據(jù)采集，利用文化遺產(chǎn)數(shù)字化管理與展示平臺的線畫圖功能，可根據(jù)三維模型通過人機互動生成闕的線畫圖，在提高效率的同時也保證了質(zhì)量。

中岳漢三闕闕身被風化侵蝕后，傳統(tǒng)方法無法有效識別畫像和銘文，對其表面清洗、打磨時會損壞保護對象，嚴重影響了保護工作的進度和質(zhì)量。在不損壞遺產(chǎn)本體的前提下，對其結(jié)構(gòu)、畫像、銘文進行數(shù)字化復(fù)原是比較科學(xué)的保護手段。傳統(tǒng)的復(fù)原方法，由于數(shù)據(jù)相對不夠全面，技術(shù)不成熟，進行復(fù)原時容易產(chǎn)生形體改變、細節(jié)丟失現(xiàn)象，利用三維激光掃描儀對其進行三維點云數(shù)據(jù)采集并三維重建，可彌補畫像、銘文細節(jié)的丟失問題。對闕身保存完好的部分和殘缺部分進行曲率計算復(fù)原，相對科學(xué)準確，且不受不可逆性限制，可及時更改和更新復(fù)原成果。同時，通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)遺產(chǎn)的三維信息留存，對日后遺產(chǎn)的復(fù)建和修復(fù)也具有重大的指導(dǎo)作用。

文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示的過程，實質(zhì)上是對文化遺產(chǎn)內(nèi)部構(gòu)成因素和外部限定因素進行圖形模擬，超越了現(xiàn)實傳統(tǒng)的文化遺產(chǎn)展示時間和空間的限制，而信息數(shù)字化使傳統(tǒng)的文化遺產(chǎn)展示打破了二維靜態(tài)的限制，向多維度、動態(tài)交互和虛擬化方向發(fā)展。通過對漢三闕殘缺、消逝畫像的復(fù)原研究，結(jié)合三維模型，借助增強現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)畫像還原的同時，也可增強公眾體驗。在三維模型的基礎(chǔ)上，配合實時“云渲染文物展示系統(tǒng)”，可以將漢三闕展示方式整合到PC終端。通過掃描相應(yīng)的二維碼，還可以在手機、ipad等移動設(shè)備的終端實現(xiàn)跨平臺360°三維交互展示，配以增強現(xiàn)實、熱點區(qū)域介紹、語音講解。以直觀形象的多維度動態(tài)展示、交互虛擬展示等手段，實現(xiàn)用戶與文化遺產(chǎn)的內(nèi)涵傳遞，縮短文化遺產(chǎn)信息傳輸?shù)臅r空距離，減少傳輸中介對文化遺產(chǎn)信息的損耗，強化文化遺產(chǎn)認知和教育的體驗效果。

漢三闕數(shù)字化展示，還包括對三闕畫像題材的動畫再現(xiàn)。畫像內(nèi)容帶有濃厚的社會生活氣息，為研究我國漢代社會面貌提供了寶貴資料。通過數(shù)字動畫手段，將其內(nèi)涵挖掘出來，有助于加深其獲得表象的認知程度，從而更深刻地感受到文化遺產(chǎn)所蘊含的文化價值與藝術(shù)魅力。啟母闕雕刻的“夏禹化熊”畫像（圖八），是夏禹化熊的神話傳說。用數(shù)字動畫的形式來闡釋畫像內(nèi)涵，是對文化遺產(chǎn)價值更深層次的表達與傳播。 “夏禹化熊”的故事，以數(shù)字動畫的方式進行演繹，將啟母闕畫像石刻所反映的思想文化與內(nèi)涵具象化，配以語音解說，并融入了中國傳統(tǒng)演繹方式——皮影等元素，帶給觀眾一次全新模式的文化體驗。

圖八 夏禹化熊畫像拓本

數(shù)字化作為文化遺產(chǎn)教育與傳播的一種新型技術(shù)手段，有著更易保存、更易獲取、更易共享的優(yōu)勢，已普遍被公眾所接受。在數(shù)字化視域下，若要最大限度發(fā)揮文化遺產(chǎn)的教育與傳播功能，需構(gòu)建一個可以承載圖形、圖像信息的平臺，并在此基礎(chǔ)上形成一個數(shù)據(jù)庫，支持文化遺產(chǎn)的教育與傳播。

（本項目系“中華之源嵩山研究會”資助項目的先期成果之一，項目編號：Y2015-12）

注釋：

[1]呂品：《中岳漢三闕》，北京：文物出版社，1990 年。

[2]Negroponte ：《BeingDigital》，胡泳、范海燕譯，海南出版社，1997年。

[3]周全明、耿國華、武仲科：《文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護技術(shù)及應(yīng)用》，高等教育出版社，2011年。

[4]謝宏全、侯坤:《地面三維激光掃描技術(shù)與工程應(yīng)用》,武漢大學(xué)出版社，2013年。

[5]張會霞、朱文博：《三維激光掃描數(shù)據(jù)處理理論及應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2014年。

[6]周曉英：《基于信息理解的信息構(gòu)建》，中國人民大學(xué)出版社，2005年。

[7]覃京燕：《文化遺產(chǎn)保護中的信息可視化設(shè)計方法研究》，《清華大學(xué)學(xué)報》2006年第12期。

[8]陳海濤、陳琦：《莫高窟第254窟舍身飼虎圖的數(shù)字闡釋及影片創(chuàng)作》，《敦煌研究》2014年第6期。

（作者單位 鄭州大學(xué)歷史學(xué)院 、河南省中視新科文化產(chǎn)業(yè)有限公司）

[責任編輯 孟昭勇]