數(shù)字技術(shù)背景下旅順軍港歷史遺跡保護(hù)研究

摘要：近年來，數(shù)字技術(shù)發(fā)展迅速，有關(guān)歷史遺跡領(lǐng)域方面的保護(hù)技術(shù)也得到了很大程度的提升，數(shù)字化保存方法成為歷史遺跡保存工作的主要方向。對此，文章分析歷史遺跡數(shù)字化保存的現(xiàn)狀、優(yōu)勢及策略，并探究如何應(yīng)用于大連旅順軍港遺跡的保護(hù)中。

關(guān)鍵詞：歷史遺跡;數(shù)字化保存;BIM技術(shù);三維激光技術(shù)

中圖分類號(hào)：G260.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2022）05-00-03

0 前言

隨著保存歷史遺跡的思想逐漸崛起，又隨著信息技術(shù)的發(fā)展，很多地區(qū)都已經(jīng)逐漸開展數(shù)字化保存歷史遺跡的工作，但發(fā)現(xiàn)許多遺跡已經(jīng)破損，這給保存工作帶來許多困擾。而應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)可以對歷史遺跡進(jìn)行一定的保存和修復(fù)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)共享，因此保存工作發(fā)展得越來越好。

1 歷史遺跡數(shù)字化保存的優(yōu)勢

在歷史遺跡的數(shù)字化保存中，信息技術(shù)是其中的基礎(chǔ)部分，相關(guān)人員可以掃描歷史遺跡以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過各種三維建模技術(shù)轉(zhuǎn)化為三維建模，并以此為根據(jù)分析和使用。數(shù)字化保存方法能夠提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，增強(qiáng)信息的抗干擾能力，大大提升工作人員的效率。外界信號(hào)的干擾在信息傳遞時(shí)會(huì)對信號(hào)造成不利影響，而通過數(shù)字化技術(shù)能夠更加完整地采集歷史遺跡數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)的時(shí)間也更長，同時(shí)輔以云計(jì)算等技術(shù)可以進(jìn)一步提升信息的保存量和處理量，而使用加密技術(shù)能夠避免非法人員處理相關(guān)信息，降低信息丟失的概率，從根本上確保信息安全。當(dāng)數(shù)字化技術(shù)結(jié)合無線傳輸技術(shù)時(shí)，應(yīng)用便攜終端也能為人員采集歷史遺址數(shù)據(jù)提供便利。計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和信息處理能力不斷提升，能夠更好地實(shí)時(shí)構(gòu)建歷史遺跡三維模型。因此，工作人員獲取相關(guān)歷史遺跡信息的速度加快，能更好地掌握整體布局。對此，在采集現(xiàn)場信息和處理數(shù)據(jù)的過程中，為了使保存工作變得更加迅捷，更要積極應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，同時(shí)也能控制成本和優(yōu)化人力資源。

2 數(shù)字化保存歷史遺跡存在的問題

2.1 缺乏人才支撐

歷史遺跡數(shù)字化保存工作具有一定的專業(yè)性和技術(shù)性，需要相關(guān)的復(fù)合型人才作為保障。在現(xiàn)實(shí)中，很多相關(guān)單位已經(jīng)積極引進(jìn)和運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)字化保存技術(shù)，但在人才培養(yǎng)和建設(shè)專業(yè)的隊(duì)伍這方面依然存在不足。很多相關(guān)單位對歷史遺跡的保存依舊采用傳統(tǒng)方式，沒有考慮到歷史遺跡數(shù)字化保存的需求和狀況。在歷史遺跡數(shù)字化保存工作中，相關(guān)人員不僅應(yīng)該擁有考古專業(yè)和文物保護(hù)的知識(shí)，還應(yīng)該掌握相關(guān)專業(yè)技術(shù)并具備數(shù)字化保存能力，在做好歷史遺跡保存工作的同時(shí)做好技術(shù)管理和信息管理的工作。缺乏這類人才的支撐將會(huì)給歷史遺跡數(shù)字化保存工作帶來巨大影響。

2.2 歷史遺跡數(shù)字化保存工作技術(shù)薄弱

只有相應(yīng)的技術(shù)作為保障才能做好歷史遺跡數(shù)字化保存工作，比如VR技術(shù)，紅外線技術(shù)等，但大部分相關(guān)單位在引進(jìn)技術(shù)時(shí)，只注重大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息技術(shù)等，忽略了相關(guān)的VR技術(shù)等。而部分相關(guān)單位即使引進(jìn)技術(shù)，但在應(yīng)用時(shí)遇到了問題，其作用和價(jià)值并沒有發(fā)揮出來。在實(shí)際工作中，依舊沿用以往的方法。技術(shù)薄弱導(dǎo)致歷史遺跡數(shù)字化保存的整體水平并沒有得到提高[1]。

2.3 歷史遺跡的保存技術(shù)落后

在信息時(shí)代背景下，歷史遺跡數(shù)字化保存將是歷史遺跡管理工作的發(fā)展方向，因此要實(shí)現(xiàn)提高歷史遺跡管理質(zhì)量和效率的目標(biāo)。而在現(xiàn)實(shí)中，數(shù)字化保存工作面臨很多阻礙。相關(guān)人員由于長期囿于傳統(tǒng)工作模式，難以活化思維，對歷史遺跡保存工作并沒有深刻的理解，不了解其中的價(jià)值和作用，相應(yīng)的工作理念和思維也難以形成，即使引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)，也難以完美地落實(shí)和發(fā)展。

3 歷史遺跡的數(shù)字化保存方法

3.1 數(shù)字化的人才引進(jìn)和培養(yǎng)

在歷史遺跡保存工作中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)最容易被忽視的一點(diǎn)是相關(guān)人才隊(duì)伍的支撐，因此相關(guān)單位要重視引進(jìn)和培養(yǎng)復(fù)合型人才。第一，優(yōu)化現(xiàn)有的人才隊(duì)伍，具體方法是為現(xiàn)有員工提供專業(yè)培訓(xùn)與思想教育，用技術(shù)考核的形式提高人才隊(duì)伍的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)。對此，相關(guān)單位可以開展相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的培訓(xùn)和指導(dǎo)活動(dòng)，提升相關(guān)人員的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用能力。另外，相關(guān)單位也要積極招攬復(fù)合型人才，以壯大歷史遺跡數(shù)字化保存人才隊(duì)伍，也可以與高校加強(qiáng)聯(lián)系，增加專業(yè)技術(shù)人才。大連旅順軍港歷史遺跡的數(shù)字化保存便可采納此方法，利用大連高校眾多這一優(yōu)勢，與大連理工大學(xué)、大連海事大學(xué)等高校建立緊密的合作關(guān)系，一方面可以邀請相關(guān)專業(yè)的教師來到旅順軍港博物館舉辦數(shù)字化保存的講座，提升員工數(shù)字化保存的專業(yè)知識(shí)與素養(yǎng);另一方面，可與高校建立人才引進(jìn)機(jī)制，吸引相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生進(jìn)入博物館工作，為數(shù)字化博物館建設(shè)添磚加瓦。

在做好人才培養(yǎng)和引進(jìn)的同時(shí)要做好宣傳工作，因?yàn)榧词乖傧冗M(jìn)的技術(shù)，如果不被重視，也會(huì)給這項(xiàng)工作帶來不小的麻煩。為人民群眾創(chuàng)造良好的社會(huì)氛圍，是增強(qiáng)人民群眾的歷史遺跡保存意識(shí)與傳承意識(shí)的關(guān)鍵所在。因此，大連旅順軍港博物館應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際情況開展保護(hù)歷史遺跡的活動(dòng)，利用數(shù)字化技術(shù)和VR技術(shù)展現(xiàn)歷史遺跡的風(fēng)格風(fēng)貌，制作并還原藏品所屬年代的虛擬歷史場景，將文物置于其原本所處的時(shí)代背景及文化背景中，真實(shí)再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的場景，觀眾身處幻影成像的展示區(qū)域中，高度逼真的場景將觀眾帶到過去，觀眾便可以真實(shí)感受當(dāng)時(shí)的文化氛圍，加深對藏品文化內(nèi)涵的理解，進(jìn)一步激發(fā)群眾對歷史遺跡保存的熱情[2]。

3.2 構(gòu)建歷史遺跡的數(shù)字化平臺(tái)

保存歷史遺跡，可以應(yīng)用多樣的現(xiàn)代技術(shù)，通過構(gòu)建歷史遺跡的數(shù)字化平臺(tái)，使歷史遺跡管理工作更加高效和科學(xué)，而這也是歷史遺跡數(shù)字化保存工作開展的基石。第一，構(gòu)建歷史遺跡的數(shù)字化平臺(tái)，要滿足管理的相關(guān)需求，確保管理嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確、科學(xué)，保證平臺(tái)的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。第二，在設(shè)計(jì)時(shí)，加強(qiáng)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的研究和應(yīng)用，結(jié)合信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建歷史遺跡的數(shù)字化平臺(tái)，從而整理、利用和儲(chǔ)存相關(guān)信息，進(jìn)而分類和查詢。大連旅順軍港博物館在建設(shè)數(shù)字化平臺(tái)時(shí)，首先要做的是完成藏品信息化工作，建立藏品信息數(shù)據(jù)庫，將藏品以數(shù)字化形式記錄在冊，由此開啟博物館數(shù)字化的管理時(shí)代;其次是重建現(xiàn)有的博物館官方網(wǎng)站，并同時(shí)進(jìn)行升級，要使新的網(wǎng)站具有虛擬展示藏品的功能。借助虛擬博物館，觀眾參觀博物館將不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制。第三，在線下展覽中逐步推行二維碼，改變傳統(tǒng)陳列展覽介紹文物的方式，將帶有大段文字的說明牌變?yōu)槎S碼，觀者只需擁有一部智能手機(jī)掃描二維碼，便可閱讀到圖文并茂的解說，可以達(dá)到傳統(tǒng)解說方式難以達(dá)到的生動(dòng)效果。

3.3 利用數(shù)字化技術(shù)修復(fù)與保存

以往的歷史遺跡保存中避免不了修復(fù)工作，而一不小心就有可能對歷史遺跡造成二次損壞，而在歷史遺跡數(shù)字化應(yīng)用中對損毀情況進(jìn)行分析，可以提高遺跡的修復(fù)質(zhì)量和效率。關(guān)于保存工作具體可以應(yīng)用以下技術(shù)。

3.3.1 BIM技術(shù)

在歷史遺跡數(shù)字化保存領(lǐng)域，BIM技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，它不僅能靈活展現(xiàn)歷史遺跡的三維模型，還能展示歷史遺跡的頂視圖、平面圖，它能將歷史遺跡各個(gè)角度的標(biāo)高及坐標(biāo)標(biāo)記出來，還能同時(shí)生成某個(gè)部位的二維圖紙。首先進(jìn)行歷史遺跡參數(shù)化建模，詳細(xì)的測繪數(shù)據(jù)有助于BIM模型的建立，針對歷史遺跡獨(dú)特的形狀，可以應(yīng)用三維實(shí)景測量從而提供豐富的遺跡外形數(shù)據(jù)，再進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理，通過點(diǎn)云建立BIM模型，構(gòu)建底圖數(shù)據(jù)。通常情況下，建立遺跡點(diǎn)云能在某個(gè)角度的立面、剖面或俯視圖使用點(diǎn)云切片或者點(diǎn)云證攝工具。在此基礎(chǔ)上使用BIM描圖。對于其他歷史遺跡的物象，有大量的獨(dú)特構(gòu)造無法用參數(shù)化表達(dá)或參數(shù)化表達(dá)較為復(fù)雜，所以在信息模型建立時(shí)根據(jù)具體情況予以應(yīng)用，只適用于可參數(shù)化表達(dá)應(yīng)用需求的區(qū)域、部位和構(gòu)件。單獨(dú)的實(shí)體構(gòu)件組成了參數(shù)化模型，每個(gè)構(gòu)件上都有詳細(xì)的相關(guān)信息，相關(guān)信息的內(nèi)容有模型名稱、模型類型、模型材質(zhì)、模型位置等，可以根據(jù)想要的數(shù)據(jù)拓展信息。信息與模型都是相互關(guān)聯(lián)的，在模型中進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的存儲(chǔ)，對于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和索引都更加方便快捷。對歷史遺跡的修復(fù)和保存工作，可以根據(jù)歷史遺跡的BIM模型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的安全性，完善數(shù)字圖紙，提高修復(fù)工作的效率。

目前，在大連旅順博物館中，存在一定數(shù)量殘缺不全的藏品，它們或因年代久遠(yuǎn)，或因人為損壞，都無法展現(xiàn)出本來的樣貌。首先利用先進(jìn)的BIM技術(shù)保存藏品數(shù)據(jù)，其次通過三維建模和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)復(fù)原藏品，最后利用BIM系統(tǒng)建模后通過VR技術(shù)轉(zhuǎn)換還原形成真實(shí)畫面，該技術(shù)對歷史的保護(hù)與文化的傳承有著深遠(yuǎn)的意義[3]。

3.3.2 三維激光掃描技術(shù)

應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，能夠更快地獲取歷史遺跡三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠?qū)v史遺跡的幾何體形狀通過捕捉點(diǎn)完全繪制出來，再輔以點(diǎn)云網(wǎng)格化處理，可以使多面體表面獲得更加直接，并將這些數(shù)據(jù)連接成能直接觀察的面。一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)中有一種三維激光掃描技術(shù)，它在歷史遺跡保存中起到相當(dāng)大的作用，真實(shí)完整地記錄保存現(xiàn)狀，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)狀的檢測分析和觀測變形。在歷史遺跡的數(shù)字化信息中可以做到非接觸性測量，直接獲取物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而減輕對歷史遺址的二次傷害，而較高的數(shù)據(jù)采樣率能夠快速獲取物體表面空間信息，從而實(shí)時(shí)檢測物體的三維數(shù)據(jù)。

三維激光掃描儀的高分辨率、高精度能使數(shù)據(jù)誤差降到最低。三維激光掃描儀通過主動(dòng)發(fā)射激光，再接收反饋的激光來獲取物體表面信息，從而做到全天候?qū)崟r(shí)測量物體。三維激光掃描技術(shù)內(nèi)有GPS接收機(jī)與集成內(nèi)置數(shù)碼相機(jī)等裝置，能使物體表面彩色信息更豐富、全面。利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法將點(diǎn)云得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成三維坐標(biāo)，準(zhǔn)確性能夠得到增強(qiáng)。還能通過掃描儀獲取的數(shù)據(jù)，生成具有三維坐標(biāo)、信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)和真彩色信息的三維空間結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)全方位掃描并測量各種物體，一般包括數(shù)據(jù)的采集、處理、建模及分析四項(xiàng)內(nèi)容。綜合考慮歷史遺跡的特點(diǎn)和精度要求，設(shè)計(jì)掃描方案，設(shè)定工作路線和設(shè)站位置，確定掃描距離和相應(yīng)參數(shù)，從而得到原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)處理時(shí)，由于采集到的數(shù)據(jù)都是獨(dú)立坐標(biāo)，一定要拼接數(shù)據(jù)，使同一坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。在此之前要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，去除多余無用信息，彩色拍照后，還應(yīng)該進(jìn)行色彩渲染，把黑白影像轉(zhuǎn)成彩色的。在數(shù)據(jù)建模時(shí)，為了體現(xiàn)更好的效果，可以給建模軟件安裝相關(guān)插件，再應(yīng)用其他軟件導(dǎo)出與軟件兼容的格式，利用點(diǎn)云的正射影像在三維軟件中用三視圖的方法建模，這對于建模有一定的輔助作用。在數(shù)據(jù)分析時(shí)，由于時(shí)間的變化，歷史遺跡會(huì)有不同程度的毀壞，而三維網(wǎng)格模型通過修復(fù)周邊的網(wǎng)格信息，從而增強(qiáng)數(shù)字模型的準(zhǔn)確性[4]。

該技術(shù)亦可用于旅順軍港的歷史遺跡復(fù)原，它以零接觸的測量為特點(diǎn)，可以最大限度避免對藏品造成二次傷害，能夠讓遺跡與藏品得到完整的保留和記錄。

3.3.3 GIS技術(shù)

為了有效保存歷史遺跡數(shù)據(jù)，一定要建立歷史遺跡檔案數(shù)據(jù)資源庫。而應(yīng)用GIS技術(shù)建立的歷史遺跡檔案數(shù)據(jù)資源庫主要包括歷史遺跡空間數(shù)據(jù)庫和歷史遺跡空間屬性數(shù)據(jù)庫。儲(chǔ)存每一處歷史遺跡的屬性信息、圖形信息及空間信息，根據(jù)數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫能夠使檢索更加快捷。同時(shí)，歷史遺跡檔案數(shù)據(jù)資源庫應(yīng)該具備空間分析、虛擬漫游、查詢交互的作用，從而真實(shí)有效地管理和保存[5]。利用3D、GIS技術(shù)，大連旅順博物館可以建立軍港遺跡的三維立體模型，將軍港360°地展現(xiàn)在大眾眼前，力求還原軍港遺跡當(dāng)年的風(fēng)貌。

4 結(jié)語

歷史遺跡的保存工作要合理運(yùn)用數(shù)字化方法，BIM技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)以及GIS技術(shù)都可以應(yīng)用于大連旅順軍港遺跡的保護(hù)與修復(fù)，三種技術(shù)的綜合應(yīng)用勢必使歷史遺跡數(shù)字化保存工作更加完善。

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作者簡介：鄒蘭（1994—），女，遼寧大連人，碩士，研究方向：數(shù)字媒體。