徐州大運河文化遺產數字化保護研究

□王 含

一、引言

伴隨著大數據、區塊鏈、人工智能、5G等信息技術的來臨，數字化技術深刻地改變和影響了文化遺產的保護途徑。其在文化遺產領域全方位、多角度、深層次的被應用，使文化遺產的文化價值、歷史價值、社會價值、經濟價值全面彰顯，現已成為文化遺產保護的主要方式。近年來，國內文化遺產數字化保護不斷被革新，如數字考古、數字博物館、遺產空間虛擬重構等。然而，針對運河文化遺產數字化保護的研究與技術卻較為稀缺，理論探索也較為緩慢，影響著國家發展運河文化帶建設的規劃藍圖。

二、徐州大運河文化遺產數字化保護的必要性

徐州大運河文化遺產數字化保護是運用數字化方法及其技術體系探尋大運河文化遺產保護的可行途徑，要能將“文化遺產轉化、重現、還原成可共享、可再造的數據形態，以新的視野加以詮釋，以新的手段加以存儲，以新的需求加以運用。”(宋方昊、劉燕：《文化產業視野下的非物質文化遺產數字化保護與傳承策略》，載《山東社會科學》2015年第2期)從文化遺產數字化保護的發展趨勢和徐州大運河文化遺產的特點來看，開展徐州大運河文化遺產數字化保護對促進其活態化保護與可持續發展具有重要意義。

1.徐州大運河文化遺產保護層次較低

徐州大運河沿線文化遺產沒有整體保護與發展理念的指導。大運河文化遺產是活態的線性文化遺產，但由于運河文化遺產種類龐雜，徐州文物保護部門受資金、人員限制，對文化遺產的保護還是以發掘整理為主，很少對遺址進行保護展示，境山“淮海第一關”摩崖石刻、內華閘、藺家壩的張谷山、青山古渡口、秦梁洪的泗水撈鼎遺址、荊山橋等遺產都沒有進行有效的保護。另外，為了旅游創收，在未經論證和規劃的前提下，對某些運河建筑與聚落遺產改造重塑，建造仿古建筑破壞運河遺產的原貌，最明顯的例子就是戶部山街區。上世紀八十年代，為了重建戲馬臺，拆掉了第二圈層的文星武圣建筑群，移走了碑碣，建成了明清風格的戲馬臺公園，其他老民居只有幾幢受到文物保護，其他大多翻新變成了商業門面。部分蘊含運河文化內涵的非物質文化遺產，因缺乏有效的保護或喪失傳承的環境也已失傳。而徐州大運河文化遺產的數字化修復、保護、再現工作基本沒有開展。

2.豐富保護途徑，促進活態保護

在數字化背景下，徐州大運河文化遺產的保護有廣闊的空間。一是能夠提供更強大的存儲功能。徐州大運河文化遺產除了物質遺產和文字資料外，還有大量的圖片、音頻和視頻資料等，可以借助數字化技術形成一個資料庫對其進行永久存儲；二是能夠及時更新大運河文化遺產的信息。利用數字化手段，可以對海量的信息和數據進行統計分析；三是促進徐州大運河文化遺產的呈現方式多元化。數字媒介具有交互性、便捷性、沉浸性等特點，使文化遺產更具吸引力；四是能夠助力徐州大運河文化遺產的科普與傳播，如構建徐州大運河文化遺產保護APP、網站、公眾號等平臺，拉近大運河文化遺產與大眾的距離，促進徐州運河文化遺產保護的可持續性。

3.數字時代的必然選擇

隨著信息技術的飛速發展，人們習慣于通過數字手段體驗和了解事物。數字技術可以為徐州大運河文化遺產的保護提供重要的技術支撐，也為文化遺產拓展空間注入了新的活力。另外，徐州大運河文化遺產數字化的傳承和傳播也將成為常態，數字技術可以打破地理限制，提供更多的新媒體平臺，大運河文化遺產將擁有更廣闊的傳承天地。總之，數字技術將促使大運河文化遺產在新的社會環境下呈現出特有的形式。

三、徐州大運河文化遺產數字化保護的總體框架

徐州大運河文化遺產以其特有的物質文化遺產和非物質文化遺產而廣受關注，這也是徐州大運河文化遺產的核心價值和開展數字化保護的根本出發點。物質文化遺產包括運河水利工程遺產、運河生態與景觀環境遺產、運河建筑文化遺產、運河聚落遺產；非物質文化遺產包括民俗文化活動、傳統手工藝、飲食文化、民間崇拜與精神信仰。數字化保護將從這八個方面構建徐州大運河文化遺產數字化保護的框架(圖1)。

圖1 徐州大運河文化遺產數字化保護框架圖(作者自繪)

1.徐州大運河文化遺產數字化保護的思路

徐州大運河文化遺產的數字化保護可以分別從數字采集、數字存儲、數字處理、數字展示四個方面進行。其一，數字化的采集，徐州大運河文化遺產的采集可利用數字攝影、三維掃描、GIS測繪、無人機航拍等技術，盡可能地保留遺產信息的真實性和完整性，保留運河文化遺產的精神內涵和獨特魅力，這是保障徐州大運河文化遺產歷史延續的基礎。比如，敦煌莫高窟的“數字敦煌”就是對數字化采集的應用，可資借鑒。其二，數字化的存儲，信息的紙質保存已經無法滿足現代社會的需求，信息的數字化存儲能夠對各類文化信息進行有效地整理與歸類，永久保存、無限復制的數字資源更容易被社會共享。以“中國基本古籍庫”為例，通過對中華經典古籍進行電子化掃描和存儲，將古籍庫分為二十個大類及數百個小類，涵蓋自先秦至民國的古籍，包括哲學、地理、社會人文等多個科目(韓宇霏：《數字技術在傳統文化傳承中的應用研究》，載《東方收藏》2020年第23期)。其三，數字化的處理涵蓋范圍廣泛，數字修復、三維建模、圖像處理、人工智能等技術，在文化遺產的數字化保護中有較多應用，這也能為徐州大運河文化遺產的開發、利用提供了無限拓展的空間。例如，揚州開發的“互聯網+中華文明工程”，通過網絡、數字地圖和移動技術展現了大運河的遺產風貌，游客可以通過GIS移動終端系統設置暢游運河的路線，在APP中即可了解運河遺產的概況。其四，數字化的展示，徐州大運河文化遺產數字化展示可以通過數字影像展示(短視頻)、3D遺產實景展示、動漫游戲應用開發、網絡媒體展示等方式，面向公眾及行業部門等群體開放，這是文化遺產保護的全新探索和嘗試，有利于徐州大運河文化在當今社會的創新發展。如故宮的端門數字館，利用數字技術將古代建筑、皇宮生活展現在公眾面前，公眾通過大屏幕獲得沉浸式的感受，通過游戲進行交互體驗，可以參觀皇帝居室、批閱奏章、360°觀賞文物等參觀故宮得不到的體驗。

2.徐州大運河文化遺產數字化保護的具體方式

從文化遺產數字化的相關實踐并結合徐州大運河文化遺產特點，數字化保護方式有：信息數據庫、數字考古、虛擬交互設計、數字博物館和數字出版這五類。

(1)數字技術在徐州大運河文化遺產的數據搜集與整理方面具有優勢，云存儲與管理可以為大運河文化遺產數字化保護提供數據庫技術支撐，與徐州大運河文化遺產相關的歷史文獻、地方縣志、民間傳說、相關人員訪談資料、遺產圖像、測繪數據、音(視)頻、動畫等都是搭建數據庫的內容，根據數據內容可以分別建立相應的分類信息數據庫。比如徐州大運河文化遺產中的民俗文化活動數據庫，除存儲相關文字信息外，還可以采用視頻的方式制作柳琴戲、梆子戲等表演的紀錄片，進行活態保護。建立傳統手工藝的數據庫，要錄制制作工藝，也可添加工藝流程動畫對其進行補充，同時拍攝成品照片完善作品庫。總之，數據庫的搭建要與其他媒體網絡實現全面對接，堅持共享開放的原則，這將有利于大運河文化遺產的永久儲存與時時共享，便于后期地更新與應用，為大運河文化的普及和傳承提供重要保障。

(2)數字技術可以對各類文物進行數字化的考古和修復，運用數字化技術獲取文物的三維數據，逆向倒推破損文物缺失部分的數據，進行三維建模，進而對真實文物進行有效修復。徐州因黃河水患侵襲，許多運河建筑遺產被掩埋地下或損毀嚴重，僅存遺址，如荊山橋、廣運倉、徐州古城等。這類遺跡非常適合利用三維激光掃描技術對遺跡的相關信息進行采集，結合文獻史料依據，在軟件中進行三維建模，并結合虛擬現實技術(AR)與混合現實技術(MR)對其進行虛擬再現，恢復運河古跡原來的風貌。

(3)在信息數據庫與數字考古的基礎上進行虛擬交互設計，運用數字攝影、3D掃描、工程繪制3D建模及虛擬現實技術等手段創設虛擬空間場景。如運用AnyCAD等軟件對三維模型進行全方位的觀察，也可放大觀察空間場景的內部結構、建筑細節；或者設計交互游戲，讓公眾可以身臨其境的體驗徐州香包、徐州剪紙的制作工序，以使其在線上與線下游覽時，增加沉浸感、體驗感和互動感，可以立體化、全方位地體驗徐州大運河遺產的魅力。

(4)徐州沒有實體的運河博物館，建立數字博物館可以節省部分建館的支出，還能起到運河文化推廣的效果，即運用數字化方法將徐州大運河物質文化遺產與非物質文化遺產從實體的物質空間投射到虛擬空間。在建立數字博物館時，可以建立虛擬游覽入口，再結合數字影音、立體展現、全息投影、VR、AR、虛擬漫游等技術手段讓公眾在電腦端或者手機端即可在線游覽博物館進行虛擬場景體驗。散落在徐州運河兩岸的眾多文化遺跡，鮮有年輕人會去實地探訪，但通過數字化的手段改善文化體驗，展示文化內涵，將會讓他們因線上文化體驗而對線下實地產生探訪的興趣，從而進入與運河文化的深度互動中來。

(5)根據前期數據，進行徐州大運河文化遺產宣傳的電子書、動畫視頻、數字期刊、APP、網站等傳播載體的制作。利用公眾碎片化的時間，建立二維碼技術支持下的移動互聯網傳播，利用各大信息平臺展示轉換為二維碼的數字讀物，以活潑的形式使公眾即時獲知文化遺產的圖示解說與動畫視頻。

四、徐州大運河文化遺產數字化保護的關鍵技術

當前，人工智能、大數據、云計算、物聯網、5G、區塊鏈等數字技術飛速發展，文化遺產數字化保護技術也朝著更高分辨率、更多樣化媒體形式、更便捷交互方式和更具沉浸感體驗的方向邁步發展。徐州大運河文化遺產數字化保護需要以GIS為核心，整合三維激光掃描技術、BIM技術、數字影音與流媒體技術、空間場景重構技術。

1.GIS技術

GIS 技術是融合了遙感技術和地理地圖學，在計算機硬件、軟件系統支持下，對空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、處理、分析、顯示和描述的技術。運用GIS可以搭建氣候、環境、山水、街巷、建筑等綜合圖像信息模型，能夠對數據進行有效的整合和空間功能分析(龔蘇寧等：《古村落保護中數字化技術的應用路徑研究》，載《建筑與文化》2021年第8期)，GIS是徐州大運河文化遺產數字化保護的核心支撐技術。徐州大運河物質文化遺產本身是一種空間上的特殊景觀，且運河沿線的水利設施、景觀環境、古建筑、聚落、文物等遺產都具有顯著的地理空間特性。徐州大運河文化遺產數字化保護不能脫離自然地理環境而空談，這要求我們考慮以空間位置和時態信息為主導的各類屬性。如，運河線路在不同時間段的變更情況、運河文化遺產的地理分布、運河水利工程與生態景觀的實時監控、運河建筑文化遺產的空間模型、運河聚落遺產的空間格局等。因此，在數字化保護中引入GIS技術是考慮物質性遺產屬性的必然選擇。

2.三維激光掃描技術

使用GIS技術對徐州大運河文化遺產進行保護，離不開三維激光掃描這一基礎技術。三維激光掃描屬于測繪技術之一，是一種實景復制技術。它通過高密度的掃描點來表現和記錄被測物體的尺寸和形態，可采集空間數據、材質、構件類型和尺寸、顏色等屬性信息(楊永：《古建筑數字化保護關鍵技術研究》，河南大學2010年碩士學位論文)。這些點云數據可以轉換格式，供各種工程軟件使用，也可以按原比例構建三維數字模型，應用于虛擬現實和模擬修復之中。針對徐州大運河物質文化遺產的保護而言，三維激光掃描采集速度快，與傳統人工測量相比效率提升數倍；掃描數據準確率高，與其他軟件的兼容性強；據此構建的水利工程模型、古建筑模型與聚落模型信息可以載入信息數據庫，幫助研究人員更深入地研究其結構、科學價值、藝術價值、營造法式；同時也為遺產修復與三維虛擬模型提供了更加精準的依據。

3.BIM技術

BIM技術是利用數字化技術創建一個承載建筑信息全過程的三維模型，同時建立一個集成化的建筑工程信息庫，使工程建設的設計、施工、運營等各參與方均可在此基礎上交換和共享信息并且協同工作，從而為整個工程項目帶來提高生產效率、節約建設成本和縮短建設工期等積極效果(鄔澤群 等：《三維激光掃描技術與BIM技術的建筑數字化保護應用研究及展望》，載《中國工程咨詢》2021年第5期)。由于BIM技術在建筑建造與保護中的卓越表現，國內已有部分古建筑引入BIM技術進行信息紀錄及處理。將BIM 技術應用在徐州大運河水利工程、建筑和聚落遺產的數字化保護中具有以下優點：一、改變傳統二維圖紙繪圖不能互通的情況，利用BIM 技術構建三維數字模型，隨時查看局部圖紙細節，且能更直觀、清晰地表現建筑原始風貌。二、三維建筑模型不僅能夠展示，點擊相應部分還可查看建筑物的建造、修繕和監測信息，顯示建筑原始圖片、文字資料等，形成建筑物信息的全方位集合。三、BIM技術通過虛擬仿真技術，能夠復原已經消失的水利工程和古建筑，既可以實現對運河遺產的科學保護，還可以讓公眾身臨其境地感受運河遺產的魅力，促進運河文化傳播。

4.數字影音與流媒體技術

數字影音技術是指利用數字化的技術手段創作音視頻。流媒體技術是一種使音頻、視頻等在互聯網上以近乎實時而無須下載的方式進行播放的技術。在高帶寬和5G時代，流媒體技術助推數字影音在互聯網上閃電式傳播。數字影音具有存儲成本低、傳輸過程不失真、編輯處理便捷等特點，為徐州大運河文化遺產的信息數據庫建設提供了原始數字素材，并且成為徐州大運河非物質文化遺產保護中最重要、最常用的技術。徐州琴書、鼓吹樂、柳琴戲、梆子戲、跑竹馬等民俗文化活動可以用數字影音技術全方位紀錄表演的過程；徐州香包、徐州剪紙、邳州紙塑獅子頭、豐縣糖人貢等傳統手工藝可以存儲制作過程及作品形式；徐州飲食文化、民間崇拜與精神信仰可以以拍攝紀錄片或短視頻等形式儲存并傳播。

5.空間場景重構

空間場景重構是文化遺產空間場景可視化的核心技術，主要借助三維激光掃描和無人機傾斜攝影測量得到原始數據，利用增強現實(AR)技術、虛擬現實(VR)技術、混合現實(MR)技術、3D 全息投影等數字化展示手段完成徐州運河水利工程、運河景觀環境、運河建筑及運河聚落等復雜三維場景模型的構建和虛擬重現?？臻g場景重構技術既可以有效拉開公眾與實物文物之間的距離，避免人對文化遺產所造成的不經意的損害，同時拉近公眾與文化遺產之間的體驗距離，提升游覽體驗。而且VR、AR、MR技術和3D全息投影還可以拓寬運河非物質文化遺產的保護形式，利用虛擬產品開發、沉浸式場景構建、交互式系統開發調動公眾的參與感與互動性，非物質文化遺產能夠無限定空間的持續發展。具體來說，可以利用VR 技術，以戶部山歷史街區及窯灣古鎮等著名文化遺跡為設計元素，公眾可通過數字設備360°旋轉觀看建筑結構；對徐州香包、徐州剪紙來說，VR技術可以將材料、圖案、工具等元素以虛擬形式呈現，用戶可在程序中體驗香包與剪紙的制作。利用 MR 技術，在現實的遺址中引入已不存在的運河文化遺產模型，實現歷史場景的復原，還可以利用3D全息投影創建游戲場景，體驗運河民風民俗。

五、結語

文化遺產資源的數字化保護，是以數字化技術手段重組文化遺產資源，重構文化遺產的存在方式、傳承方式和文化形象，是“文化科技融合創新”(陳振旺、樊錦詩：《文化科技融合在文化遺產保護中的運用——以敦煌莫高窟數字化為例》，載《敦煌研究》2016年第2期)之舉。徐州大運河文化遺產的數字化保護與數字技術時代發展相契合，使沿線眾多物質文化遺產與非物質文化遺產以一種更加安全有效的方式得到保護。如何使徐州運河文化在當下的社會語境中凸顯新的魅力，使其更加貼近迅速變化的市場情勢與時代發展的需求，依然是一個需要不斷探索的課題。