唐十八陵數字化保護與傳承的應用探索

魏小紅　李會曉　桑振

摘 要：坐落于關中平原的唐十八陵是中國古代歷史上巔峰時期遺存的精華，見證了唐王朝開國、發展、盛世和衰落的過程，是歷史的縮影，更是文化的載體。隨著時間的推移，這些珍貴的文物遭受了嚴重的破壞，而傳統的保護方式效果有限，情況不容樂觀。現如今數字化這一革新性技術的興起，使文物保護工作有了新的技術支持，數字化技術逐漸成為文物保護工作的重要手段。文章針對唐十八陵現狀進行了實地調研和考察，以“永久保存、永續利用”為目標，結合數字化技術探索更加科學有效的保護與開發傳承路徑，應用于唐十八陵修復、管理、展示等方面。

關鍵詞：唐十八陵;數字化技術;修復;保護;開發

1 唐十八陵的現狀分析

在我國古代社會，修建帝王陵墓是國家最大的工程，修建一座帝王陵往往要消耗大量的人力、物力、財力。所以一座帝王陵規格的高低，往往就是一個國家一個時期內政治、經濟、文化的濃縮和綜合國力的集中體現。唐陵是大唐帝國的一個縮影，集中反映了唐代的物質文明、精神文明和制度文明，是留給當代乃至后世難得的歷史財富。但是由于各種歷史原因和自然環境的影響，曾經輝煌的帝陵建筑因戰亂、風化、偷盜和人為毀壞等被蠶食殆盡，受損情況嚴重，現狀不容樂觀。

1.1 損壞嚴重

1300多年來，露天分布的唐十八陵在受到雨蝕、風化、地質變動、微生物、環境污染等地質條件和自然環境的惡劣影響后，這些珍貴的歷史遺跡均受到不同程度的損壞，如表層出現裂隙、層狀風化、鱗片起翹等，這些損害不僅影響美觀，而且可能會進一步惡化，導致這些石刻整體結構失穩，進而變形甚至倒塌。

我國歷史上出現過許多次大面積破壞文物的盜竊事件，唐陵也不例外，五代時期耀州節度溫韜的盜掘活動影響極深，對唐陵造成了無法挽回的破壞。唐昭陵內“昭陵六駿”中的兩駿—“颯露紫”和“拳毛騧”于20世紀初期被倒賣到美國，現存放于賓夕法尼亞大學的博物館內①。此外，一些歷史原因也對唐陵造成了很大的影響。例如，早些年國家分配土地后農耕對唐陵產生很大的破壞，陵區面積一般較大，劃分土地時很多雕塑散落在耕地中，當時文物保護的普及度不高，為了能夠順利地農耕，大多數農民不會顧忌這些文物的價值，對一些妨礙務農的文物直接推倒或者摧毀，導致大量的雕塑破損。

1.2 保護受限

目前我國文物保護主要運用物理修復和化學修復兩種修復方法。基于物理方法的保護主要是填充加固、封堵裂隙、空鼓注漿等，這樣雖然有利于修復文物，但是也有很大的局限性，如填充物與原材料不相融合，隨著時間的推移，兩者之間的差異越來越明顯。以化學方法為基礎的保護主要是通過對文物進行病害調查，然后用材料試驗，遵循相容性、安全耐久、環境協調的原則選擇合適的修復材料。例如，將化學層涂覆于文物表面，雖然這樣可以避免石質文物發生表面氧化反應從而導致腐蝕，但是透氣性差，容易引起石質的化學反應。②這些修復手段可以暫時起到保護文物作用，但隨著時間的推移，在自然因素的影響下文物終會受損。

唐陵所處的地理位置有些偏僻，多在山區、農家地和村落附近，而且面積過于廣闊，又大多佇立荒野之上，基礎設施不完善且標識也不是很明顯。在大量需要保護的文物面前，對應的專職保護人員卻遠遠不夠，難以周全地保護這些文物，保護經費也是一筆非常大的開銷，人文保護可行性低，保護工作面臨很大考驗。

2 唐十八陵的數字化保護

近年來，我國計算機技術發展迅速，人們開始利用數字化信息技術對珍貴文物進行保護與修復。數字化技術指的是將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立起適當的數字化模型，把它們轉變為一系列二進制代碼，引入計算機內部，進行統一處理，這就是數字化的基本過程。①文化遺產數字化具有虛擬現實性、智能化創新性、低成本復制性等特點。唐陵的數字化保護以復原、模擬、修復、仿真為理念，對唐陵文物進行文物信息數據采集、數字存儲、數字處理，進行數字化修復和保護。

2.1 采集文物數字化信息，建設文物數據庫檔案

2.1.1 數據采集

數據采集主要是對唐陵進行實地調研考察，通過拍照對其形狀、色彩等方面進行記錄。然后通過特定的軟件和設備來采集數據，主要是通過三維掃描測繪將唐陵石刻信息轉換成計算機能夠識別和處理的二進制代碼，對唐陵資源的數字化進行可視化信息采集。②采集過程主要使用的是三維激光掃描技術，將激光照射在物體上，照射點與兩臺發射器之間形成一個穩定的三角形，可以將被掃描的物體密集的三維坐標信息以及反射率信息反饋出來，形成點云模型。點云數據可以對文物的實際尺寸和色彩紋理信息進行采集并反映出來，結合GPS設備將點云掃描數據完整地放置在同一坐標空間中，通過這些方法可以準確地捕捉和再現文物的形狀和基本顏色與紋理。③

2.1.2 建立模型數據庫

采集文物信息之后，借助二維數字圖像、三維模型形式，整合文物的各類參數數據，建立模型數據庫。云計算技術憑借其強大的數據存儲功能可以將文物信息以數字化的形式進行存儲，其迅速備份恢復的功能也能夠保障唐陵數字信息的安全性，這些永久保存的數據可以用于3D打印、全息投影等。

2.2 安全監控預警圍欄，數字技術保障文物安全

2.2.1 監測文物保護系統

為了盡可能降低自然因素對唐陵石刻的影響，進行預防性保護，可采用基于傳感器技術的數字監測文物保護系統。該系統涵蓋大氣環境檢測、空氣質量檢測，以數據引擎為接口，借助基于溫度、濕度、風速傳感器組成的無線傳感器網絡進行預警和防護，形成大型關系數據庫管理空間數據，可實現對景區歷史文物的監控管理。這種傳感器可以對景區的氣象環境進行實時監測，通過ZigBee技術和硬件系統相結合對氣象信息進行管理，對收集到的氣象信息進行整合處理，然后錄入數據庫當中。④警報信息管理系統對景區的各項氣象指標設置門限值，當該景區的氣象發生很大改變，傳感器監測到的氣象信息達到設置的門限值時，就會在該景區范圍內進行警報，以便工作人員及時采取措施進行防護。

2.2.2 安防預警分析系統

雖說近年來隨著保護手段的完善，偷盜的現象大幅減少，但仍有這種情況出現，安裝安防預警分析系統，建立保護警報機制可以起到預警作用。基于人工智能技術的安防預警分析系統主要包括采集文物的基本信息，保證文物芯片編號和所在位置的有效性和準確性，建立文物路徑追蹤，保護景區環境以及文物安全。此系統可以對唐陵文物的信息進行查詢和所處的地理位置進行查詢，利用文物的信息采集結果查詢文物的狀態。一旦文物丟失，系統閱讀器檢測到該歷史文物的芯片發生了位置的改變，就會啟動自動報警功能，這樣工作人員便可以及時地追蹤文物當前所處的地理位置和遺失的路徑，節省人力和物力，保障文物的安全。

2.3 數字化修復文物，科學探索保護路徑

2.3.1 缺失部位復原

虛擬修復的主要過程是利用三維激光掃描技術將收集到的高精度點云數據進行去噪、配準、取樣等操作，再通過三維重建技術根據處理后的點云數據構建出文物三維網格模型，使用高分辨率相機采集到的紋理進行紋理映射，最終得到文物的高精度模型。⑤在高精度三維模型的基礎上進行模型預處理，對由于在三維激光掃描過程中的反射強度及文物幾何結構復雜而無法被掃描到的死角導致的漏洞進行修補，同時去除該文物模型上包含的文物表層傷害。然后進行模型處理，判斷石刻的缺失情況，尋找石刻缺失部位的修復依據，利用曲面融合和曲面重建技術，在充分考慮同時期、同類型造像規律的基礎上，結合專家論證、史料記載、相似器物參照等對文物缺失部位進行虛擬復原。

2.3.2 碎片拼合

對于破碎的石罐，通過數字化手段獲取碎片的表面、紋理、材質等數據信息，對碎片反復比較，對對比結果進行評估計算，得到每對碎片之間的相似度，得到拼接模塊選擇方法的輸入值，之后再通過場景數據采集、融合、模型網格化以及紋理映射等對原始發掘現場進行重建與展示，然后根據特征匹配完成自動有效的虛擬拼接，實現交互式碎片拼合。①在文物修復過程中，通常尋找相同的文物作為參照，將完整的數字化數據依附于殘破的文物數據之上，再運用軟件進行復制，應用這種數字化技術手段對修復的過程進行反復模擬實踐，再從結果中進行比較、篩選并得到最終的優化結果，即修復方案的最優化。

3 唐十八陵的數字化開發與傳承

對于唐陵現有資源的開發與傳承，可以豐富那些被儲存下來的數字化信息數據的展呈方式，將數字化技術與現存的文物保護方式相結合，更好地利用科技手段去最大限度地使文物的價值得以充分體現。現如今對于文物的傳承我們更要注重文化產品在異質化、細分化、創新性方面的發展，從而對其進行傳播、傳承、活用。

3.1 劃分等級保護區，唐陵細分化發展

鑒于唐十八陵各陵保護開發現狀和實際地理環境，各陵開發的潛在難度與保存完整程度不同，將其規劃分為三個側重點不同的等級保護區。一級包括乾陵、昭陵、獻陵、建陵、茂陵五座陵區;二級主要是橋陵、定陵、泰陵、元陵、崇陵五座陵區;三級主要是剩下的幾座地理位置偏遠、開發難度大的陵區。對不同等級的陵區有針對性地分別采用不同的開發方案，基于三維技術對復雜數據進行可視化操作，結合人機交互的虛擬現實理論與技術對文化遺產進行有效展示。

3.2 開發文旅+IP，戶外沉浸式唐陵體驗

文旅IP屬性之一是要擁有獨特性，擁有特有的文化內涵、精神價值，在設計上體現著獨特的旅游主題、風格、內容等。②陵墓旅游文化在我國發展尚未繁榮起來，這便是唐陵的獨特之處。打造唐陵IP首先要找準定位、創造內容。唐十八陵擁有良好的資源優勢，我們可以將其與唐陵本身最優的石刻、壁畫資源相結合，真正體現其價值。唐陵博物館可以與廣大民眾的文化生活相結合，廣泛地和社會優秀的文化機構、創意團隊相結合，開發層次豐富、品類多樣的唐陵歷史文化衍生品，滿足各層次受眾群體的不同文化需求。

3.3 建立電子展館，手機App激活唐陵石刻

隨著5G網絡技術逐步普及，云展覽網絡傳輸將迎來高速發展。建立網絡電子展館是指借助計算機虛擬現實和人機交互技術，將展館場景、藏品和遺址等內容移植到互聯網上進行展示、宣傳與教育的三維互動體驗解決方案。這不僅顛覆了歷史文物的傳統呈現方式，更為文物檔案原始數據的留存和復原提供技術支撐。③運用動態環境建模技術對采集到的和計算機網絡整理范圍內的唐陵文物數字化信息資源進行多源信息交互，通過實時三維圖形生成技術和立體顯示、傳感器技術呈現動態視景，通過熒幕形象讓游客了解文物的前世今生，更加直觀地將文物展示給游客。用戶可在任何地方戴上VR視鏡，在手機上響應并進行操作觀看文物，跨越時空限制，云游唐陵。

習近平總書記指出，歷史文化遺產是不可再生、不可替代的寶貴資源，要始終把保護放在第一位，傳承中華文化，要“以古人之規矩，開自己之生面”，重點做好創造性轉化和創新性發展。唐陵作為中國古代封建王朝中喪葬文化的一個重要體現，擁有非常高的歷史、文化、藝術與政治研究價值，運用數字化技術保護、復原、重現唐陵是一個嶄新且有效的選擇，開發出一套運用數字化技術保護文物的系統，包括文物數字化信息采集、數據保存、數字化修復、虛擬展示等各個方面，同時加強對文物的研究和開發，不斷通過線上線下相結合更好地實現傳統文化的創造性轉化、創新性發展，讓人們能夠積極了解唐陵文化，鼓舞民族文化自信，實現創新發展的精神動力。