數字化文物展示與保護的虛擬技術分析

趙治瑞

摘 要：中國是世界上文明發達最早的國家之一，有將近4000年的有文字可考的歷史。悠久的歷史中，遺留下許多不可再生的歷史文化遺產。這些歷史文物體現了中華民族深厚的文化底蘊。隨時間的流逝，這些文化遺產有著不同程度的損壞。新中國成立以來，我國加強對文物的保護。近幾年來，隨科技的發展，信息技術的進步，應用數字化技術成為展示和保護文物的主要途徑。文章就如何利用數字化技術保護文物以及我國的數字化進程展開討論。

關鍵詞：數字化;文物展示;文物保護;虛擬技術

隨計算機技術的誕生，人類社會進入數字化時代。作為人類歷史文化遺產的文物，也逐漸進入數字化保護階段。尤其是近幾年來光電技術突飛猛進，大力推進了文物數字化進程。文物是中華民族的象征符號。習近平總書記在一次關于文化建設的重要講話中說過，5000年的歷史文化是我們國家文化軟實力最深厚的源泉，是將這種根基實力進行深化的主要途徑。保護和發揚我國各民族的傳統文化，并且實現與西方文明之間的融合共進，是解決現代社會不同種族文明矛盾的有效措施。不同文明之間求同存異，齊頭并進，更能走進大眾心底，并且具有調動群眾積極性和參與性的文化為優秀的傳統文化。優秀的文化傳播使基于本國而又面向世界的當代新中國更深入地認識到傳統文化資源對于我國的重要性，使得文物走出來，文書古籍活起來。近幾年來，科學技術不斷進步，虛擬現實產業也不斷發展并成為當下熱點。2016開始的VR新時代，在電商平臺和社交網站上掀起了一波又一波的狂潮。目前，虛擬現實技術運用廣泛，在醫療、軍事、教育、文物和游戲方面都有應用。虛擬現實技術不僅能對古建筑進行大型修復、復原，而且可對一些已經毀壞或消失的文物古跡進行虛擬復原。甘肅省的文物古跡眾多。一些著名的文物如馬踏飛燕就出土于此。甘肅省還有著名的敦煌莫高窟等歷史文化遺產。文物的數字化展示與保護能夠給觀者帶來視覺上的沖擊和驚奇體驗。目前國內和國際社會上文物的虛擬展示都處于初級階段，但相信在不久的將來，數字化文物管理一定會引領文物展示的潮流。

1 開展數字化和虛擬技術的意義

現階段，數字化和虛擬技術已經運用到人們生活的各個方面，“聯網+中華文明”更是成為“使文物活起來”的一項重要技術。博物館是文物保護與文化研究的產物，是一個地區甚至國家文明發展程度的重要標志。隨信息技術的迅速發展，人類社會已進入了數字時代。這對博物館來說，是一個巨大的發展機遇。對文物的展覽方式和展示設計而言，數字化展示更具多樣性和設計性。數字技術在展示中的應用，突破了傳統的臺、板、架、燈光等布展方式。數字化展覽的互動性、多維性和體驗感為現代博物館展覽發展帶來了新的生機。數字化展示設計引領著現代展示模式的發展方向。博物館也越來越重視數字化與信息化建設。現今的文物展示方式正朝著虛擬化的展示方式發展。信息時代，網絡是最便捷的信息中心，以三維重建技術虛擬、還原歷史文物。通過網絡、計算機、投影儀、全息投影、虛擬現實等設備均可瀏覽虛擬文物。虛擬文物為文物展示提供了新的便捷途徑。文章旨在以三維虛擬模型技術，通過高模套低模、法線貼圖等技術手段建立高精度全仿真虛擬文物模型。為文物的展示、保護、研究、修復提供了一個新的方法和平臺，有效地緩解了文物資源保護與利用的矛盾，擴大了文物資源的受眾面，為文物展示事業的發展提供先進技術支撐。

2 歷史文化資源數字化相關理論與三維技術

歷史文化資源的可視化是指歷史文化知識的可視化，可視化指所有可用來構建和傳達復雜知識的圖解手段。為使受眾更好地了解文物，就要構建文化空間知識可視化。其中，知識可視化是這一模型構建的核心。信息資源數字化的相關理論由香農提出，他指出一個問題的信息如何準確傳播，是信息傳播的核心問題。傳統的歷史文化資源信息處理方式主要是初級編碼，如人工記錄、拍照及攝像等。如果在這些過程中出現了問題，再解決這些問題就要花費很多時間和精力，浪費很多資源。數字化技術的出現解決了這一問題，只需經過簡單的初級編碼，就能將歷史文化資源的信息全部保存下來。不僅節省了空間，也縮短了找尋這些文化資源的時間，提高了空間和時間的利用率。

3 虛擬現實理論

虛擬現實技術可以擴展歷史文化資源的開發表現形式，增加對文物的直觀印象。虛擬現實技術能夠使受眾更加主動地了解文物，激發群眾的興趣。虛擬現實技術是指基于三維技術運行的可視化操作，能夠讓我們有真實的感覺，但卻不存在。當前虛擬現實技術應用到游戲和動漫中的較多。虛擬現實技術，以數字化的方式制作，保護并展示、開發文物，能夠使文物的呈現達到原本效果。之前制作的數字故宮、數字敦煌等都是用虛擬現實技術制作的。虛擬現實技術具有多感知性、交互性、沉浸性以及可想象性四大特征。虛擬現實可以達到視覺、聽覺等感官的感知效果，使受眾有身臨其境的感覺。交互性是指人與計算機在三維空間中的可控性，交互性也是虛擬現實和三維的重要區別。虛擬現實比三維立體更接近現實，會使受眾有更加真實的感覺。沉浸性是虛擬現實用封閉的方式，將使用者的聽覺和視覺與外界相隔離，使受眾完全位于虛擬環境之中，會產生一種身臨其境、沉浸其中的感覺。虛擬性是指將人的實踐活動轉移到以網絡為基礎的虛擬電子空間中。網絡信息傳播技術把真實世界和虛擬世界變得界限模糊，它把實體的現實和創造的現實連接起來，從根本上改變人的認識方式。虛擬現實技術會大大提高文物的保護水平，并在文物古跡的修復、保護和保存過程中，通過使用VR技術，可以提高文物修復的精準度，利于在展示過程中保護文物古跡，減少文物與外界的接觸和人為破壞，虛擬文物形成之后便不會被破壞。虛擬現實技術還可以保護非物質文化遺產。一些非物質文化遺產是通過傳承人進行傳承的，在歷史發展過程中難免失真。虛擬現實技術能拓展歷史文化資源產業的開發途徑。傳統文化的參觀一般以游覽為主，受眾缺乏主動性和參與性，運用虛擬現實技術，能極大提高群眾的主動性參與性。

4 三維技術

根據文物項目的不同，在數據采集方面，需使用不同類型的掃描儀進行數據采集，以滿足項目的需求。

4.1 地面固定式掃描儀

該掃描儀需要架設固定站進行掃描，根據廠家品牌型號的不同，掃描距離一般在幾十米至一百米之間，在測量距離10米處，精度可以達到（毫米）級別。

儀器特點：掃描范圍廣，主動測量，不受光源因素影響，多用于古建街區、洞窟、遺址現場發掘等大場景類型的數據采集。

4.2 高精度掃描儀

該掃描儀采用不同的測距原理，將掃描精度提高至亞毫米級，甚至微米級別，數據采集精度非常高，多用于佛像、瓷器、陶器、石器、繪畫等對精度要求比較高的文物。

在紋理數據采集上，文物紋理信息在文物復原保護、展示等方面具有重要作用，在復雜光場所環境下對完整、真實的紋理信息進行采集。紋理數據采集的質量主要取決于兩個方面：一是相機及鏡頭的分辨率;二是專業的燈光設備及布光方案。采用專業相機及鏡頭組合，可以獲取分辨率及色彩還原度更高的影像數據。專業的燈光設備及布光方案，可在洞窟、寺廟、遺址等場景進行數據采集。在光源雜駁、過暗、偏色問題嚴重的特殊環境下，模擬出穩定的太陽光照環境，有效解決采集光源不真實問題。

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