古典家具數字博物館構建的關鍵技術研究

張磊 盧凱杰 竇金花

摘要：數字博物館的建設是博物館適應時代發展的必然需求，是提高博物館管理水平、促進其自身發展的必然選擇。結合數字化技術，對比分析了古典家具數據庫建設的方法及技術，在此基礎上提出對傳統博物館的信息化建設和網絡化建設理論。最后總結了數字博物館的發展趨勢，并指出在完成網頁及服務器開發的基礎上，應加快數字博物館在移動端上的應用。

關鍵詞：古典家具；數字博物館；信息化；網絡化；增強現實技術

中圖分類號：G261；TP392 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0053-02

作為一個國家發展程度的重要象征，現代博物館正在迎合時代的發展，利用高科技不斷完善自身，向著更先進、更科學的大方向發展。基于數字化技術的新型博物館，即博物館數字化和數字博物館（Digital Museum，DM）相繼出現。博物館數字化是指通過數字技術手段構造數字空間之上的博物館。而數字博物館則在博物館數字化的基礎上實現對藏品的收藏、管理及虛擬展示，并通過局域網、互聯網建立信息網絡服務體系。DM不僅可通過計算機輔助技術將展品展示在人類面前，同時為保護世界文化遺產提供新方法。為此，世界各國都在全力建設屬于自己的數字博物館，以便保存并傳承本國優秀的文化資源。

1990年，美國啟動了“American Memory”計劃，在實現文獻資料的數字化存儲的基礎之上，搭建了面向全球的博物館互聯網系統。1995年，日本制定了著名的“Global Digital Museum”計劃，基于虛擬現實技術對博物館展品進行數字化處理，并通過互聯網系統實現信息化流通與個性化傳播。此外，建立基于場景虛擬漫游的VR博物館體驗中心，實現博物館數字化、網絡化和個性化的展示。

近年來，通過不斷學習國外先進的數字化技術及虛擬現實展示技術，中國數字博物館也在蓬勃發展。國內許多博物館先后加入數字化，如河南博物館、上海博物館先后成立互聯網網站，并率先探索館內藏品的數字化技術；中國國家博物館通過與微軟合作，推出基于藏品數據庫的“在線展廳”，不但實現了藏品的智能檢索，也實現了展品的虛擬展示；北京故宮博物館響應國家文物局的“文物調查及數據庫管理系統建設”項目號召，開始構建藏品三維數據庫并開發基于數字化技術的藏品管理系統，并引進現代科學技術，開通計算機光纖網絡系統，利用國際互聯網構建故宮博物院網站。

雖然經過多年的創新發展與應用，我國數字博物館建設進程已經已進入比較成熟的階段，但是實現大規模的古典家具數字化博物館仍然存在許多制約條件。因此，本文歸納并分析目前階段古典家具數字博物館建設方案，并提出合理性的發展規劃。

1 數字博物館的信息化建設

依據博物館時代發展的特點，實現博物館數字化建設的過程不是數字化技術與博物館的簡單組合，而是需要立足于對博物館工作管理特點的基礎上，實現原有博物館的信息化、網絡化建設。

博物館信息化建設主要實現館內藏品的數字化保存以及建立面向館內的數據化管理系統，以便藏品的智能檢索和各項信息的存儲與展示。目前，藏品數字化保護方式主要寄托于基于三維數據反求與CAD模型重建的逆向工程技術，以實現博物館內各藏品信息的數字化管理與運用。并在此基礎上，完善藏品信息庫及信息管理系統，在存儲藏品信息的同時只能匹配相應的文字資料和影像視頻。因此，信息化建設的首要任務是實現古典家具的數字化。

通過翻閱國內外文獻，古典家具數字化過程可總結為：數據采集、數據處理、參數化建模及古典家具數據庫的構建。

1.1 數據采集

目前，古典家具的數據采集主要分為二維數據采集和三維數據采集。其中三維數據采集一般采用三維掃描設備，由于掃描方式和原理多樣化，近年來，國內三維測量技術發展尤為迅速。

張榮強[1]采用非觸碰式三維激光掃描技術來提高數據采集的效率和準確性。但是，由于該方法涉及濾波操作，測量范圍受到一定的限制，測量精度也相對較低。為此，李玉華等[2]則提出在應用三維掃描技術進行測算的過程中，要采用手持式設施，保證掃描的連續性，并確保掃描的速度。在此基礎上，林海等[3]提出在古典家具的實際測量中應綜合使用直接測量法、攝影測量法和三維激光掃描3種測量方法，但對于大尺寸零件，其累積誤差會因測量照片絕對數量的增加、拼合次數的增多而增大。冉險生等[4]引入近景攝影測量技術，經位置識別、圖像匹配等處理技術及智能算法計算后，獲取攝影對象待測點的精確三維坐標，不但提高了掃描效率，且大幅度提高了大尺寸物體的掃描精度。

1.2 數據處理

通過圖像數據處理軟件完成視圖拼合、噪聲去除、數據簡化、點云分塊等處理。由于復雜的曲面往往由多個曲面整合構成，要將整個三維數據分成多個小曲面數據分塊，并單獨對每塊數據進行數據處理。為實現將不同視域下的三維數據統一到同一個坐標系下，需進行三維數據配準。典型算法有迭代就近點算法（ICP算法）和基于特征的配準方法。由于配準算法在掃描精度較低的狀況下產生的誤差較大，張愛武等[5]以激光采樣點為配準單元，提出一種新的基于反向投影的快速配準算法。通過馬氏距離搜索最近點，并利用反向投影加速最近點搜索，依靠插值方法修正最近點，避開了采樣分辨率影響。

1.3 參數化建模

將預處理后的古典家具數據信息以參考文件的方式導入建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）軟件，智能捕獲點線面等三維要素數據，在三維空間中建立古典家具的三維信息模型，并將信息以數字化的形式保存在古典家具數據庫中，為后續古典家具設計、制作和管理提供數字化基礎，優化工作方式，提高工作效率。

1.4 古典家具數據庫的構建

由于數據庫具有數據獨立性，數據庫的邏輯結構和應用程度在變化時不會影響數據的顯示與使用，保證數據在存儲與傳遞過程中的唯一性與準確性。為此，劉文金等[6]提出利用圖像處理軟件、文字處理軟件等專業軟件對所收集的各類資料進行預編輯處理的方法，并以微軟公司研制的Visual Basic.Net為開發平臺，通過Microsoft SQL Server 2005強大的數據處理功能來進行完整的數據庫設計。賀春光等[7]則在現有蒙古族傳統家具二維圖案數據庫系統基礎上，首先運用AutoCAD及Sketchup 軟件完成三維圖案數據庫的創建與數據錄入，然后運用瀏覽插件Archivision Discovery Viewer實現三維動態瀏覽功能，最后運用Archivision Active X 技術將三維數據庫封裝在現有的數據庫系統中。林海等[3]則提出依托Revit等BIM軟件平臺的API接口直接建立古典家具三維模型數據庫的技術，并將其運用到數字化制造等全新領域，實現古典家具數據庫與實物數據的統一。

2 數字博物館的網絡化建設

21世紀又稱網絡化時代，計算機網絡將多個獨立計算機設備，通過通信技術聯系成一個整體，在網絡操作與協議的管理下實現信息共享與傳遞的計算機系統。博物館的網絡化建設相當于把博物館視為一臺計算機，通過連接各個區域博物館計算機系統形成博物館廣域網絡，最大限度發揮博物館博物館信息化資源，實現信息化藏品的快速傳播。在此基礎上，通過搭建多媒體信息發布系統，采用智能化的遠程播控管理技術，實現藏品信息的遠程播出，觀眾只需登錄虛擬博物館就可以實現與博物館的互動與交流，接收藏品相關的文字、圖片及音頻視頻等相關多媒體信息。

2.1 網站建設

構建屬于古典家具博物館自身的網站是邁入信息化網絡的關鍵一步。由于家具藏品一體化信息管理系統需利用計算機建設藏品數據管理庫及管理相關的藏品動態信息，因此側重發展基于網絡硬件設施的一體化管理發布體系。

首先基于家具藏品信息化技術，構建藏品數據庫管理系統，利用信息采集工具將文字、圖像等多媒體信息集中整理，并按照網站建設模板進行有序的信息存儲與發布。依據古典家具博物館網站特點，生成網頁，在保證信息正確性的條件下，通過分析受眾群體，增添用戶個性化互動功能，如多媒體劇院等。

2.2 APP平臺建設

基于智能手機的普及，APP應用得到迅速的推廣。古典家具博物館APP平臺的開發將現有的導覽系統和新媒體有機結合，實現與觀眾零距離互動。通過搭建集成社交功能及集成參觀系統，實現用戶端線上的社區服務，為參觀者提供專家答問、自拍社交等在線欄目，完成線下到線上的引流和用戶轉化。在基于網站建設思路滿足藏品介紹、導覽講解的基礎上，增添互動游戲，如猜謎、互動繪圖、智慧答題等形式，將相關內容以寓教于樂的方式呈現至孩童。

2.3 多媒體導覽系統建設

多媒體導覽系統的建設可使參觀者更好地了解古典家具藏品的全面信息。2004年，Li-Der等人在基于PDA平臺搭建了多媒體博物館導覽系統的雛形，當游客手持PDA至文物附近時，該系統會反饋一段傳統的音頻解說并顯示文物相關圖片、視頻等其他多媒體信息。隨后，Adtiano Alberti等人先后基于計算機視覺技術開發并完善一套交互式博物館導覽系統，通過特征匹配算法，實現文物識別及文物圖像的匹配。另一方面，WIFI技術的迅猛發展使得基于位置的服務（Location Based Services，LBS）也得到廣泛運用，多媒體設備可通過基于GPS定位計算得出用戶位置，從而減少信息匹配數量，加快信息識別速度。

近年，隨著（Augmented Realty，AR）增強現實技術的迅速發展，通過跟蹤注冊算法可建立虛擬物體與現實場景的投影變換模型，參觀者佩戴AR設備可實現變換結果疊加到真實場景中，達到虛擬物體與現實場景疊加的視覺效果。在此基礎上，通過將VR技術與AR技術相結合，建設AR-VR 古典家具博物館展覽互動系統[8]，即搭建一種多通道的新型人機交互接口，通過視覺、聽覺、觸覺和重力感等多種感覺通道為參觀者營造身臨其境的氛圍。

2.4 AR移動終端開發

2003年，西門子公司研究院開發了一個基于C/S架構的AR Phone系統，該系統通過將手機實時拍攝的視頻幀上傳至遠程服務器，經過計算得出手機攝像頭的方位狀態，最后根據手機攝像頭姿態將增強的模型信息這染到視頻流上，實現在手機屏幕上的顯示。

隨著手機智能化的發展，在移動終端進行文物的識別已成為可能，意味著服務器的負載能夠隨之降低，從而確保了多用戶同時在線的需求。其中，Bauhaus University設計的Phone Guide系統通過藍牙進行通信，采用兩層神經網絡算法分析用戶信號ID并確定游客所在區域，再從該區域中匹配所識別的展品，這樣即可減少識別物品的個數，從而提高了展品識別率。

3 結語

目前，我國在古典家具博物館的數字化建設方面已加大力度，以實現藏品的信息化，并通過搭建網絡平臺有效地完成信息化傳播及推廣。隨著智能手機的快速發展，未來應結合智能移動終端和遠程服務器的設計開發，設法提高客戶端各功能模塊的靈活性和可復用性，提高古典家具圖像特征識別和匹配的效率，進一步縮短傳輸延時和識別間隔，提升系統的實時性和完善性。在此基礎上，要跟上新媒體發展進程，積極發展AR技術及VR技術在古典家具數字博物館開發中的運用。

參考文獻

[1]張榮強.逆向工程技術在古典家具保護方面的應用與研究[J].機械設計，2013：30（1）：105-107.

[2]張玉華，馮輝英，王笛.三坐標測量技術在反求工程中的應用[J].新技術新工藝，2011，（6）：37-38.

[3]林海，吳劍鋒.基于數字化技術的中國古典家具研究[J].家具與室內裝飾，2014，（1）：28.

[4]冉險生，林立，黃澤好.近景攝影測量在三維數據采集中的應用[J].現代制造工程，2013，（3）：100-104.

[5]胡少興，查紅彬，張愛武.大型古文物真三維數字化方法[J].系統仿真學報，2006，18（4）：951-954.

[6]劉文金，唐立華，曹建文，等.中國傳統家具藝術史料數據庫的研究[J].中南林業科技大學學報：社會科學版，2008，（5）：88-90.

[7]賀春光，高曉霞.創建蒙古族傳統家具三維圖案模型數據庫的研究[J].內蒙古農業大學學報：自然科學版，2011，32（1）：245-249.

[8]李婷婷，王相海.基于AR-VR混合技術的博物館展覽互動應用研究[J].計算機工程與應用，2017，53（22）：185-189.