文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

張磊

文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

張磊

對(duì)于一個(gè)民族的進(jìn)步發(fā)展可以從文化遺產(chǎn)中找到痕跡，這種文化遺產(chǎn)是民族文化的代表，具有傳承性和唯一性。但是，隨著時(shí)間的不斷推移，文化遺產(chǎn)在歷史變遷中受到了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)其保護(hù)和傳承就顯得十分重要，不僅僅是對(duì)傳統(tǒng)文化的發(fā)揚(yáng)的需要，更是再現(xiàn)其歷史價(jià)值的根本需要。現(xiàn)代化數(shù)字保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)可以對(duì)傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)進(jìn)行針對(duì)性修復(fù)和保護(hù)，進(jìn)一步拓展傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的保護(hù)途徑，使其保護(hù)和保存水平得以提升。

一、數(shù)字化保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

1.三維建模技術(shù)

從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，建模技術(shù)主要包含有普通文物建模和遺址場(chǎng)景建模兩種類型，從現(xiàn)階段來(lái)看，常用的還是以三維激光掃描儀器（結(jié)構(gòu)光掃描儀器）利用深度圖像的配準(zhǔn)來(lái)完成建模處理，這種建模技術(shù)的精確度非常高。但是，需要注意的是，因?yàn)樵O(shè)備工作原理的限制和價(jià)格采購(gòu)的昂貴，其推廣應(yīng)用并不是很廣泛。以序列圖像為基礎(chǔ)的建模方法，它的采集設(shè)備成本較低，不會(huì)受到采集距離的限制，逐漸受到了文化遺產(chǎn)保護(hù)人員的重視，相對(duì)于其他保護(hù)手段來(lái)講，三維建模技術(shù)可以更為準(zhǔn)確地獲得完整的遺址幾何信息、拓?fù)湫畔⒁约凹y理信息，使其保護(hù)工作更為有效。

首先，以圖像深度為基礎(chǔ)的建模。它是以激光掃描儀（結(jié)構(gòu)掃描儀）為主的，對(duì)文化遺產(chǎn)的表面三維幾何信息和紋理信息進(jìn)行采集。它需要從多個(gè)角度來(lái)進(jìn)行多次重復(fù)掃描，進(jìn)而獲得采集對(duì)象的一個(gè)完整信息，之后在此基礎(chǔ)上利用三維模型處理、深度圖像配準(zhǔn)以及深度圖像融合等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維建模，得到科學(xué)的模型。整個(gè)建模的關(guān)鍵是深度圖像間的自動(dòng)高精度配準(zhǔn)算法，當(dāng)前迭代最近點(diǎn)及其改進(jìn)算法在深度圖像變換矩陣計(jì)算中得到了廣泛應(yīng)用。

其次，以序列圖為基礎(chǔ)的建模。它是以照相機(jī)所拍攝的序列圖像為主的，利用多個(gè)視圖像的預(yù)處理、攝影機(jī)的標(biāo)定以及點(diǎn)云三角化等流程來(lái)實(shí)現(xiàn)三維建模。具體的建模流程是，先從多個(gè)角度進(jìn)行拍攝取照，所得到的照片彼此之間要有一定的重疊區(qū)域，進(jìn)而再由技術(shù)人員對(duì)所得到的圖像進(jìn)行色彩校正等處理。在處理之后，利用圖像特征得到與其相對(duì)應(yīng)的鄰接圖像間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，按照這個(gè)關(guān)系來(lái)得到攝像機(jī)的光學(xué)參數(shù)和攝像機(jī)對(duì)世界坐標(biāo)系的變化關(guān)系，再按照?qǐng)D像之間的匹配特征點(diǎn)對(duì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理來(lái)得到圖像中目標(biāo)物體的三維空間坐標(biāo)，最后再對(duì)重建所得到的空間三維點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化處理和紋理映射，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三維重建。

2.三維模型管理技術(shù)

在數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)的應(yīng)用下，可以對(duì)不同類型的大數(shù)據(jù)集文物信息進(jìn)行相應(yīng)的存儲(chǔ)和管理，從而在這種管理中提供文物及其基本屬性的查詢和檢索功能，從而促進(jìn)文化管理的信息化水平提升，同時(shí)還可以避免傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)文物難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和確定的缺陷。但是，需要注意的是，因?yàn)槿S模型的存儲(chǔ)類型多種多樣，不同的存儲(chǔ)類型各有各自特點(diǎn)，這就需要采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的文件格式來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，因?yàn)槟Ｐ臀募嬖谟兄孛L(fēng)險(xiǎn)，會(huì)使得模型具體分類的難度增加，如果只是簡(jiǎn)單地把大量模型文件放置在一個(gè)文件目錄文件下，并不是最佳的一種解決方法，由此就可以依據(jù)分類和分層存儲(chǔ)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)建模數(shù)據(jù)的合理化存儲(chǔ)。在具體的存儲(chǔ)過(guò)程中，需要把每一個(gè)文物數(shù)據(jù)和附加屬性數(shù)據(jù)直接納入到一個(gè)特定的分類目錄之中，之后再構(gòu)建一個(gè)科學(xué)的分類數(shù)據(jù)索引表，促進(jìn)建模查找速度的提高。

3.文物虛擬修復(fù)技術(shù)

這種技術(shù)關(guān)鍵之處就是在于確定出鄰接碎片之間的相互匹配關(guān)系。需要注意的是，在對(duì)文物碎片進(jìn)行拼接的過(guò)程中，它的碎片之間往往存在有三種基本關(guān)系：第一，碎片之間存在有一個(gè)公共特征曲線或者是曲面，也就是相互彌補(bǔ)匹配的關(guān)系，修復(fù)人員可以從這種關(guān)系入手來(lái)完成碎片的匹配和修復(fù)；第二，各個(gè)碎片之間的鄰接關(guān)系并不屬于是相互彌補(bǔ)匹配的，在具體的匹配修復(fù)時(shí)需要依靠以往經(jīng)驗(yàn)；第三，各個(gè)碎片之間不存在有鄰接關(guān)系，這主要集中出現(xiàn)在文物嚴(yán)重破壞的情況中。那么要實(shí)現(xiàn)對(duì)這類破碎文物的修復(fù)就需要以現(xiàn)有的完整文物模型的器形為依據(jù)，在構(gòu)建文物碎片和標(biāo)準(zhǔn)模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系之后，就可以順利地實(shí)現(xiàn)這類破碎文物的修復(fù)工作。

隨著這方面工作開(kāi)展的不斷深入，已經(jīng)從原始的以輪廓線方法轉(zhuǎn)為了以斷裂面為主的匹配方法，可以通過(guò)斷裂面的準(zhǔn)確識(shí)別、特征提取以及鄰接碎片之間的匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)文物碎片的虛擬修復(fù)。采用計(jì)算機(jī)軟件，可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)的模擬形式來(lái)實(shí)現(xiàn)文物碎片的修復(fù)，同時(shí)這樣也可以規(guī)避修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，使修復(fù)效率得到提高。

4.展示技術(shù)

在當(dāng)前信息時(shí)代發(fā)展背景下，數(shù)字博物館是一種新的數(shù)字文物資源管理利用的模式，它涉及到數(shù)字資源的管理以及館藏展示、數(shù)字水印以及用戶交互涉及等等多種信息在內(nèi)的新技術(shù)。在這種數(shù)字博物館的利用下，可以擺脫時(shí)間的限制，通過(guò)對(duì)多種不同視角的三維數(shù)字模型進(jìn)行展示，全面反映出文物的基本特征，這也就防止了傳統(tǒng)展示手段所存在的不足之處。

過(guò)去傳統(tǒng)的顯示器只是對(duì)物體的表面內(nèi)容進(jìn)行顯示，而對(duì)于物體內(nèi)部空間的深度信息也不能完全展示出，這就在很大程度上影響到了物體的真實(shí)展示效果，因此，在當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的大背景下，利用先進(jìn)的信息技術(shù)來(lái)提高展示的寬度和維度就顯得十分重要。近些年來(lái)，裸眼3D顯示技術(shù)逐漸得到了大范圍應(yīng)用，從這種技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，它的主要應(yīng)用原理就是通過(guò)在光學(xué)器件的作用下來(lái)形成一個(gè)視差圖像，這樣在人的左右眼中就可以得到不同的圖像顯示，在人的大腦對(duì)兩幅圖像進(jìn)行加工和處理過(guò)程中，就可以生成一個(gè)物體準(zhǔn)確的空間深度信息，進(jìn)而增強(qiáng)物體展示的層次感和沉浸感。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用可知，這種技術(shù)在實(shí)際利用中，一般是不需要用戶直接佩戴眼鏡的，它的設(shè)備體積也不是很大，總的采購(gòu)成本也不是很高，價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)較為實(shí)惠，相對(duì)于多通道投影系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)在博物館中實(shí)現(xiàn)文物的虛擬立體展示具有更好的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)。

二、結(jié)語(yǔ)

文化遺產(chǎn)作為傳統(tǒng)文化的一種體現(xiàn)，對(duì)于它的保護(hù)涉及到多個(gè)領(lǐng)域，尤其是在近些年信息技術(shù)不斷應(yīng)用的大背景下，數(shù)字化保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)逐漸成為了研究的一個(gè)熱點(diǎn)。采用數(shù)字化保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、多媒體技術(shù)以及傳感器等信息技術(shù)的利用下來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)文化遺產(chǎn)的多角度全方位保護(hù)和修復(fù)，可以在很大程度上解決文化遺產(chǎn)永久性保存的問(wèn)題，從而有助于文化遺產(chǎn)普及和傳播的速度提高，實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)保護(hù)和集成的科學(xué)化。

（作者單位：江蘇省建筑園林設(shè)計(jì)院有限公司）