文化遺產數字化保護及可視化

陳曉皎，苗甜，唐曉騰，陳為，王小松,1b,2

（1.浙江大學 a.藝術與考古學院b.藝術與考古圖像數據實驗室c.計算機輔助設計與圖形學國家重點實驗室，杭州 310000；2.浙江-新加坡人工智能與創新設計聯合實驗室, 杭州 310000；）

“文化遺產”是隨著時代發展留下的歷史寶貴財富，通常隨著國家、民族或者群體的社會發展進程而不斷涌現更迭，這種財富伴隨著極強的傳承性，構成這個國家、民族或者群體所獨有的文化特征，具有獨特性、不可替性和不可逆性。隨著數字化技術的不斷發展，世界各國都陸續展開針對文化遺產的數字化保護工作，對其進行客觀、真實、全面的數據記錄保存，并將其轉化為可供檢索、學習、傳播和展示的數據資源。將數字化技術手段運用于文化遺產領域進行保護傳承，不僅是對文物遺跡的記錄修復與重現，更重要的是利用新興的技術手段與理念形式，以全新的模式迎接新的機遇與發展。文化遺產數據種類多樣、信息繁雜，將其進行可視化呈現易于用戶理解使用，因此在梳理總結國內外數字化進程以及數字化流程體系的基礎之上，還應當對國內文化遺產可視化案例進行分析，歸納文化遺產可視化呈現的數據信息及目標用戶，對可視化案例進行分類，并提出針對不同圖表類型的應用場景，為后續文化遺產可視化工作提供參考。

1 數字化助力文化遺產保護與傳承

1.1 文化遺產概念及其數字化

文化遺產是時代發展留給人類的歷史財富。可以將其分為兩種，一是物質文化遺產，包括古代文物、樓宇建筑、文化遺址，具有考古價值和藝術價值；二是非物質文化遺產，即以非物質形態存在的、世代相承的、與人類生活緊密聯系的各類傳統藝術表達與文化場所。文化遺產蘊含著人類對于世界的思考，是智慧的結晶、文明的瑰寶，是社會生活的重要產物。

文化遺產數字化是針對可移動文物和不可移動文物的數字化保護、復原與展示。利用不斷發展的數字技術手段，對文化遺產內容進行梳理與歸納，客觀、真實、全面地記錄與保存文化遺產的基本信息與核心價值，使他們能夠獲得科學、有序的數據管理，并擁有持續重現的虛擬能力[1]。

1.2 文化遺產數字化意義

科學技術的發展與進步使人類的交流溝通、知識傳播的方式也隨之發生變化，當今時代科技與藝術的融合愈加緊密，新興數字化手段必將引領文化遺產發展的變革。數字信息技術的興起，使人們不僅可以完好地記錄保存靜態的實體化文化遺產，也能夠更好地記錄動態的無形化非物質文化遺產，它打破了過去傳統文化遺產保護方式的限制，一方面為現有文化遺產的記錄、保護、展示和傳播提供更加豐富的技術選擇，可以進行數字化復制備份以便于對文物資源的學習研究。另一方面數字化為已經損毀或消逝的文化遺產數字化進行再現和修復、解決文化遺產保護過程中的許多問題尋找到一個突破口，有助于文化遺產的再生和應用。

相對于傳統文化遺產的保護而言，文化遺產保護的數字化擺脫地理、物理的局限，實現由實物導向到信息導向的轉變，使文化遺產的保護朝著超越時間、廣泛空間和深入信息的方向發展，給文化遺產傳承和利用帶來新發展路徑和生機。

一直以來，我國對文化遺產保護與傳承都持重視態度，近年來，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了相繼出臺《關于加強文物保護利用改革的若干意見》等文件，在重視文物保護的基礎之上，提出了針對關于文物數字化保護的相關要求[2]。國務院辦公廳“十四五”規劃中提出“分類采集梳理文化遺產數據，建設國家文化大數據體系”也意味著我國將進一步提升文物保護力度，對文物保護進行深入分析、發展文化遺產數字化保護。

1.3 文化遺產數字化國內外研究現狀

文化遺產數字化研究伴隨著技術發展而不斷提升數字化技術手段。國外相關領域學者對文化遺產數字化的研究開展較早，前期研究重點是針對文化遺產的數字化采集和數字化記錄。20 世紀90 年代，Ogleby總結歸納攝影測量技術在文化遺址中的應用，從測量中推導出三維模型并對文化古跡進行可視化處理[3]。隨著技術的不斷推進，文化遺產數字化由二維向三維轉換，Foni 等對文化遺產項目的傳統和現代數字2D/3D 視覺表示方法進行分類；George Pavlidisa 等[4]整理回顧了適用于文化遺產記錄的三維數字化方法。A Belhi 等[5]展示了文物數字化處理與保護的研究進展，指出相對于物質文化遺產而言，非物質文化遺產借助于數字化技術的應用可以進行長期保存。Dimoulas 等[6]建議利用非物質文化遺產的視聽數字化來更新歸檔、傳播和管理，強調數字化的文化遺產內容應該是原創的。并且制作戲劇和紀錄片可以提高用戶的參與度。近年來，增強現實和虛擬現實技術在文化遺產方面的大量的應用，主要是文物和遺址的修復重建，重現文化遺產原本的風貌。MK Bekele 等[7]探討增強現實和虛擬現實的未來研究方向及其對文化遺產領域的影響，提出虛擬現實等技術可以使文化遺產能夠以數字方式訪問，尤其是在物理訪問受到限制的情況下。

國內學者在文化遺產數字化領域的研究中，賈秀清等[8]對當前數字技術在我國文物的利用和面臨的問題進行了分析，提出了當代的文化保護需求，并結合國內外的相關案例，試圖探尋我國數字文物的保護與傳承新途徑。駱曉紅[9]研究國內外博物館數字文化建設，重點從良渚博物院入手，梳理和論述了文物數字采集和文物數字展示的基本過程。在數字技術層面，秦曉珠等對數字孿生技術在文物數字化方面的應用，進行了初步的構想，并對其在今后發展中所遇到的問題和現狀進行了討論[10]。郝偉斌從三個層次分析文化遺產智慧檔案建設的理念和意義，依據相關政策及建設環境，從數據建模、數據呈現、數據關聯方面探討了文化遺產檔案智慧數據資源建設的可行性路徑[11]。在數字傳播方面，潘志庚等[12]整理和總結了中外文化遺產數字化展示和互動技術發展狀況，對涉及的關鍵技術，如數字化建模、數字化呈現和人機互動進行深入討論。賀艷等通過分析和總結沉浸交互展覽的內容策劃、體驗設計及空間設計，探討文化遺產數字化闡釋的創新展示手段[13]。

2 文化遺產數字化進程

隨著科學技術的發展，數字化手段在文化遺產的保護與復原中取得矚目成效，文化遺產數字化進程見圖1。早在20 世紀70 年代，文化遺產相關機構及學者就開始嘗試通過攝影、錄像、臨摹等數字媒體技術手段記錄文化遺產相關信息，推動完善和鼓勵文化遺產項目的數字化。在20 世紀80 年代至90 年代的這段時間里，掃描是采集歷史內容數字版本最常用的方法，掃描儀通常與傳統攝影結合使用，采集物體或文本的照片，并將生成的幻燈片、照片或微縮膠片轉換為數字版本。最早的數字化項目之一是華盛頓國家檔案和記錄管理局于1984 年發起的“光學數字圖像存儲系統（ODISS）”，旨在測試數字圖像和光盤技術在復制、存儲和檢索檔案文件方面的效用。

圖1 文化遺產數字化進程Fig.1 Cultural heritage digitization process

進入20 世紀90 年代，隨著采集和處理設備成本的下降及資源使用的增加，許多圖書館、檔案館和博物館等開始對他們的藏品進行更大規模的數字化。聯合國教科文組織于1992 年啟動了“世界記憶”計劃，該項目嘗試運用現代信息技術和數字化手段，推動世界范圍內文化遺產資源的保存與傳播；1994 年，美國發起數字圖書館項目，并于次年啟動“美國記憶”項目。G7 全球數字圖書館集團于1995 年由法、日、美、英、加、德、意等7 國圖書館共同參與組建，旨在從融合現有數字化項目中形成更大范圍的知識虛擬館藏以更好地為民眾服務。我國也在1996 年推動國家數字圖書館工程，開啟文化資源的數字化進程。

與此同時，在3D 技術和虛擬現實技術的支撐下，文化遺產的數字化保護進入三維時代。斯坦福大學和華盛頓大學在1998 年到1999 年間進行的數字米開朗基羅項目，將米開朗基羅的雕塑和建筑數字化。虛擬博物館、虛擬現實技術、計算機動畫與游戲等也初步應用于文化遺產的數字化展示。1998 年，希臘文化遺產機構希臘世界基金會成立“VR 部”，用戶可以在米利圖斯古城的虛擬現實場景中穿行并進行互動。

隨著21 世紀的到來，谷歌和微軟等商業信息提供者的出現進一步促進文化遺產數字化進程，計算基礎設施的發展可以支持用戶在龐大的數字化內容庫中進行搜索。然而數字化舉措也帶來了一系列版權及訪問問題，引起了對文化和遺產內容的數字化版本所有權的潛在利用問題探討。三維掃描技術和攝影測量技術的進步使其更加廣泛地被應用于文化遺產數據記錄的過程當中，三維建模和虛擬博物館成為這個時期的熱點問題。2007 年，“羅馬重生”的工程運用數字技術虛擬重建了公元320 年的羅馬古城，其中包括居民建筑、街道巷尾、斗獸場等7000 余座建筑。同年，日本運用數字化技術對犬山城進行了虛擬復原，我國提出“數字圓明園”項目，利用如虛擬漫游等技術全面展示圓明園完整景象。2008 年，Europeana 項目對歐洲文化遺產領域所具有的代表性內容進行整合，基于PATHS 系統實現了歐洲的圖書館、檔案館和博物館數據資源的一站式瀏覽與檢索，為民眾了解歐洲文化提供便捷途徑。

近十余年來，文化遺產數字化網站已經越來越趨于完善，2012 年啟動的谷歌藝術計劃融合了當時最為先進的技術，采用3D 掃描的方式對世界各國博物畫作品的超高分辨率照片，展出了超千件藝術品讓世界各國的網友進行鑒賞。在中國，中國國家圖書館于2011 年10 月1 日起正式對外特別推出《故宮珍藏》系列展覽，讓人們能更全面地了解這些藏品的藝術價值和收藏價值。

在此基礎之上，更多先進的技術也被應用其中，如2013 年意大利瑪德瑪宮博物館使用增強現實技術幫助游客進行游覽。2014 年，我國數字敦煌數字展示中心建成使用，運用全景攝影技術展示洞窟。

目前，文化遺產數字化逐步從利用網絡通信技術和WEB 形式進行網絡共享的階段轉化為綜合運用移動網絡和虛擬現實等技術實現移動交互的階段。故宮博物院數字化程度在國內博物館中首屈一指，自2015年起相繼推出多款文化創意APP、智能導覽APP 等，進一步推動文化遺產的傳播與發展。由此可見，在文化遺產數字化的進程當中，技術手段的進步為數字化保護提供了更多的可能性，目前為止，文化遺產數字化發展歷程及技術手段應用，見圖2。

圖2 文化遺產數字化發展歷程及技術手段應用Fig.2 The development process and application of technical means of cultural heritage digitization

3 文化遺產數字化流程體系

文化遺產數字化流程可大致分為3 個階段，第1階段是文化遺產數字采集與處理；第2 階段是文化遺產數字保存與管理；第3 階段是文化遺產數字展示與傳播。也可將其依次視為數據層、資源層和應用層，在文化遺產數字化保護復原過程當中，信息傳播的水平根據層級依次提升，見圖3。

圖3 文化遺產數字化流程體系Fig.3 Cultural heritage digitization system

3.1 數字采集與處理

數據的采集工作是進行文化遺產數據庫搭建的基礎，這是文物數字化工作的開端。文物數據采集指的是借助數字化方式對文物自身的相關信息特征進行分類記錄建檔，以識別和提取其物理、化學或語義屬性。針對物質文化遺產類的采集，其中圖像可以描述為顏色、線條、形狀、主題、風格等；三維物體可以描述為體積、材料、重量等；而在物質文化遺產類型中，聲音可以描述為音調、音高、節奏等；一個事件可以描述為時間、地點、人物、形式等[14]。然后可以根據目標屬性的特點來選擇數據收集方法。

根據所要采集的對象、信息、要求的不同等，所采用的技術和方法也有不同。對于小型文物的信息采集常用近景攝影測量、激光三維掃描等技術來實現，將文化遺產轉化為數字格式和數字模型，而在大規模文化遺產信息采集過程中常用的有光學遙感、多光譜遙感、機載激光考古調查等方法[15]，非文本數據（或多媒體數據）如圖像、視頻和音頻有不同的存儲格式。

這個階段的數據處理是指對采集的信息進行格式的轉化和圖像的處理，經過處理后，歷史文化資源數字化的信息價值和依托網絡的服務水平將會得到大大提升。

3.1.1 攝影測量

攝影測量是一種利用相機測量物體的形狀、大小和空間位置的方法，其基本原理是利用光學相機、理想孔型、像差計算等來確定物體的形狀、大小、位置、屬性和關系。攝影測量學涉及拍攝物體并使用一個或多個圖像進行處理，并研究理論、設備、技術、方法和裝置，以產生測量結果的圖形和數字輸出。與三維掃描技術不同，攝影測量不需要通過激光或結構光來人工創造特征。美國數字化卷軸畫項目及日本洛中洛外圖屏風數字成像均是運用相機采集文化遺產影像數據。

3.1.2 三維掃描

三維掃描的目的是獲得關于物體空間形態的結構和顏色的信息，其重要意義是可以把對象的三維信息變成可以在計算機中直接進行加工的數字信號，從而給對象數字化帶來方便快捷的途徑。激光三維掃描和結構光三維掃描是適用于文化遺產三維采集的主要技術。早期的三維掃描技術，如用探針在固體物體表面進行接觸性掃描，以確定坐標系裝置的三維性，通常會對文化遺產造成損害，當然也不是為了獲取三維文化遺產。三維掃描通常產生一個點云模型，隨后進行數據配準、數據去噪、數據精簡、數據分割。數字米開朗基羅項目、巴戎寺掃描測繪、龍門石窟數字化項目等都是通過三維掃描技術手段來獲取文化遺產表面形態及空間信息，創建數字檔案，為后續建模提供數據支撐。

3.1.3 3S 技術

3S 技術包括GPS、遙感（RS）和GS，它們共同構成了實時智能且自動化的地理信息系統。它是分析空間信息、及時捕獲、處理、更新和動態地理過程和提供決策支持信息的有力工具。近年來，3S 技術已經在文物保護監測、考古調查和文物保護研究中扮演著日益重要的角色。我國京杭大運河沿線的遺址與文物的調查和保護運用到3S 的數字化技術手段，實現對文化遺產空間數據的展示。

3.2 數字保存與管理

數字保存指的是對數字技術進行合理運用，通過多種方式對文化資源進行全方位儲存。由于廣泛使用數字技術來捕獲和存儲文化遺產，為未來保存這些數據的需求變得非常重要，特別是因為資產的高價值。由于處理系統性能的提高和檔案媒體成本的下降，數字保存變得比物理保存更可靠。數字管理與數字保存二者有著密切關系，想要實現文化資源數字化保存目標，數字化管理是關鍵步驟[16]。

當前，數字化文化遺產保護和管理研究主要圍繞圖書館，檔案館與博物館三個方面展開，簡稱為LAM，它們是傳播知識、文化和信息的重要渠道，知識管理作為一種重要的公共文化組織，在社會中起著決定性的作用，也是公共文化服務體系最為核心的組成部分。近年來，國際圖聯、聯合國教科文等國際組織都在致力于“三館”合作的探索與實踐，并且取得了令人矚目的成績，LAM 協作正是公共文化組織為了更好地適應大眾對文化信息日益增長的多元需求、加強文化遺產保護、推動大眾學習、促進創新，在數字信息技術和互聯網的共同作用下發展起來。

3.2.1 數字圖書館

數字圖書館就是利用數字技術加工并儲存各種數字圖形或者文本文件，是支持多媒體制作為中心的分布式信息系統。利用數字技術，來自不同媒體和地區的各種信息資源被儲存起來，并可以通過面向對象的網絡在地區之間進行查詢和傳輸，包括處理、存儲、檢索、傳輸和使用數字信息資源等環節。著名的數字圖書館項目（“美國國會圖書館”主導開發的世界數字圖書館及歐盟主導創辦的Europeana）將無價的文化資源數字化，讓讀者在網絡上即可取得文化遺產資源。

3.2.2 數字檔案館

數字檔案館支持內容管理、信息集成和數據長久保存，作為主要管理電子文件和檔案等非結構化數據的數字檔案館，它不僅是一個數據中心，而且既要執行分發和訪問，還要執行有序的處理和綜合管理功能。其結構化的處理和管理流程涵蓋了文件的整個生命周期管理實踐，包括收集、創建、驗證、轉換、歸檔、管理和傳播。當前，涉及數字檔案館發展的國際工程主要包括：聯合國教科文組織“世界記憶工程”，美國數字化檔案工程項目，英國數字化檔案工程項目和歐盟檔案網絡。

3.2.3 數字博物館

數字博物館是指將傳統的博物館藏品及其展示、研究、公共關系、教育和其他領域，利用計算機和互聯網進行系統的數字化和查看，建立一個多媒體信息數據庫，實現人員管理、信息資源整合和反饋等功能。為實現信息資源的傳播，適用于全球互聯網用戶自由瀏覽，不再受時間和空間的限制。該系統允許全球互聯網用戶自由地在任意時間及地點瀏覽和使用數據庫中的信息。如IBM 東京研究所與日本民族學博物館合作計劃“全球數字博物館計劃”，提供了一個數字藏品索引通道，支持博物館互動網絡瀏覽、編輯及教育等功能。

3.3 數字展示與傳播

數字展示是指通過互聯網展示、虛擬漫游、體感交互、全息投影等技術途徑將文化遺產數字化、虛擬化、智慧化。與傳統數據展示過程相比，數字展示帶給用戶更加便捷的虛擬交互體驗和更加沉浸式的感官感受。此外，通過互聯網、交互式的多媒體數字傳播展示，具有共享性廣、安全性高、持久性強的特點，并且受眾范圍更加廣泛，可以同時服務于專家學者、管理人員、普通大眾甚至特殊人群等。

近年來，數字技術開始支持文化遺產的保存和傳播，推動了文化遺產的傳播與共享。在互聯網快速發展下，各個國家相繼推出線上數字圖書館及虛擬博物館，使大眾能夠更進一步體驗文化遺產。技術手段的發展也給文化遺產的傳播提供了更加豐富的選擇，如“現實創造技術（Reality Creation Technology）”包括VR（虛擬現實）、AR（擴增實境）、MR（混合現實）等，這些數字技術使文化遺產能夠以更加創新、直觀、個性化和互動的方式進行修復和展示。通過針對文化遺產的具體特點選擇合適的技術，在傳播過程中可以達到事半功倍的效果。

3.3.1 現實創造技術

VR/AR 技術常被用于文化遺產的數字化呈現，特別是對遺失或殘缺的文化遺產重現具有天然優勢，適用于虛實融合的實地展示與體驗。MR 技術是虛擬現實技術進一步發展的產物，通過將現實場景信息帶入虛擬環境中，在虛擬世界、現實世界和用戶之間建立起交互反饋信息的橋梁，增強用戶情感的真實感。

3.3.2 移動終端平臺

文化遺產移動終端平臺可實現在移動終端上完成數字化文化遺產的展現，讓希望了解遺產信息的用戶方便快捷地獲取信息。針對數字化文化遺產需要隨時隨地展示的需求，在手機等移動終端上實現基于Android 和IOS 系統的數字化全面展示，方便快捷。此前，故宮博物院推出的“掌上故宮”“每日故宮”等APP 為觀者進一步了解故宮文物提供導覽，弘揚文化遺產的傳統魅力。

3.3.3 數字動畫

數字動畫的產生使動畫從過去的繪畫方式、傳統的作品形式走向數字藝術，可以融入多媒體環境中形成作品的藝術手法并為終端感官傳遞提供服務，大大拓展了動畫對文化遺產傳承的影響力。動畫與多種藝術門類的交叉運用，尤其是在文化遺產的數字化資源與開發應用方面凸顯了數字化展示與傳播的功能，對數字文化傳承與建設有重要意義。

3.3.4 數字交互

數字交互不僅可以豐富對文化遺產的理解，還可以激發觀眾的參與積極性，具有互動感、參與感和體驗感。可針對不同文物個體進行獨具新意的創作，如投影互動、體感互動等，針對傳統展示設備枯燥單調的問題，利用互動裝置來加強觀眾體驗，建立文化遺產與用戶之間的橋梁，帶給觀眾沉浸式體驗環境。

3.3.5 虛擬修復

文化遺產的虛擬修復通常利用前期數據采集階段中獲取的數據，借助Maya、3DMax 等三維建模軟件，在進行建模匹配貼圖等工序后完成文化遺產的數字化三維模型，為后續的瀏覽展示、場景模擬提供便利，該技術現在已經廣泛應用于文化遺產項目的實踐當中，如意大利的“羅馬重生”項目、虛擬埃及神殿項目和數字兵馬俑虛擬修復等。

3.3.6 全景攝影

全景攝影是通過對場景或對象進行現場的實地拍攝，利用得到的實景照片建立虛擬環境，完整記錄并還原真實現場。主要針對遺址的復原、博物館導航和藏品介紹，以及互聯網訪問等，可真實再現遺址動畫展示、路線導航圖及相關文物數據，讓用戶體驗足不出戶的實景游覽，用戶通過鼠標和鍵盤控制環視的方向，可自動環視，也可不同方位控制觀看。谷歌藝術計劃在全球范圍內對各地博物館進行內部實景拍攝，重點拍攝館內歷史名品畫作，展出千余幅高分辨率藝術品，供全世界網民欣賞。數碼敦煌項目利用全景影像技術，實現了敦煌石窟的高清數字化和全景游覽，用戶在線上也可以游覽洞窟景色。

4. 文化遺產的可視化呈現

在文化遺產數字化的過程中，文化遺產可視化是“讓文物活起來”的重要方式，對文化遺產信息的分類、梳理、解釋、共享與創新是關鍵點，從繁復冗雜的大數據中選取合適的信息并進行可視化呈現，讓公眾能夠快捷輕易地了解文化遺產所蘊含的內容，這正是團隊目前探索的方向，即數字人文可視化。

在數字人文視閾下，針對當前文化遺產信息表達的本質及表層現象，相關文化遺產機構不應該僅開展復原展示工作，有學者表示從元數據標準與可持續開源數據集的科學構建、文物信息闡釋的多主體參與、信息與數字技術的深度融合三個層次可推進文化遺產可視化的實踐探索。通過以數據為導向完善基礎設施建設、拓展信息維度、調動公眾對知識共享的參與性等舉措，依靠數據轉化過程集成性、自適應性和泛在化特點和信息可視化模式，協調文化遺產展示機構、文物、公眾與技術之間的關系，增強文化遺產信息應用與服務能力，提高可視化展示質量，為同類型展示提供可復制性方案[17]。

本文研究搜集了幾十個國內外關于文化遺產可視化頁面，為了解各種圖表應用與文物信息之間的關系，通過對可視化案例中運用到的圖表類型分類概括對比，來了解各種文化遺產可視化過程中數據以何種方式呈現才便于觀眾理解觀賞，從中探尋文化遺產信息可視化呈現過程中的規律，尋找典型特征。

4.1 文化遺產可視化數據信息

文化遺產的種類繁多、數據量大、信息繁雜，在進行可視化的過程中會涉及兩類數據，一是文化遺產本身的數據，二是其背后的元數據體系。

目前，梳理、總結出國內外構建文化遺產數字化模型的先進方案，主要包括：國際文獻工作委員會(International Committee Documentation，簡稱CIDOC)參與構建的概念參考模型（Conceptual Reference Model，簡稱CRM）、CDWA 以及藝術和建筑詞表（The Art &Architecture Thesaurus，AAT）等。其中，CRM 是CIDOC 旨在面向文化遺產領域而制定的通用元數據模型，其目的是推進人們文化遺產領域信息的共同理解，涵蓋了從實體物件、考古遺跡到人文歷史、時間、地點以及人物等方面，共定義了89 個類和151 個屬性。2006 年9 月，該模型被國際標準化組織（ISO）認定為國際標準[18]。文化遺產數據收集整理的過程中，在這些常用元數據體系的基礎上，根據不同的應用場景對其進行篩選,便于在后續可視化過程中設計出直觀合理、易懂美觀的可視化呈現方案。

文化遺產數據信息類型通常包括自身信息、時間信息、空間信息、人物角色、相關事件、關系層次等。自身信息通常指文化遺產本體的數據信息，如所屬種類長度、寬度、高度和材質類型等；時間類則主要描述文化遺產相關的時代背景，如文物出現時間、歷經朝代、發掘時間等；空間類主要描述可移動文物、事件與人物等的空間位置，根據可移動文物所具有的空間特征，可將空間類分為歷史地名和現代地名，以此來更好地表達所描述對象的空間位置；人物類是對與可移動文物或事件相關人物的抽象描述，包括創造者、收藏者、研究者等；事件類是對引起或驅使文化遺產的形態或特征發生變化的直接或間接原因的抽象描述；關系層次是對文化遺產之間或與之相關的人事物關聯的抽象描述，由于數據特點與描述主體的不同，主要可以分為空間關系、時間關系與屬性關系。同時針對文化遺產資源屬性又可將其劃分為文本類、圖片類、音頻類、視頻類和三維物體類。

4.2 文化遺產可視化目標用戶

文化遺產可視化的目標群體是多樣化的，從博物館管理者到研究學者，從感興趣用戶到普通群眾，文化遺產可視化嘗試為不同的用戶提供有用且有趣的數據信息。不同的用戶信息認知程度、理解程度不同，獲取信息的目的和方式也會有所差異[19]。按照知識背景、認知程度和信息獲取主動性可將用戶劃分為三類：普通用戶，興趣用戶和專業用戶[20]。

4.2.1 普通用戶

普通用戶通常在瀏覽文化遺產可視化的過程中沒有具體的信息需求，他們更喜歡尋找有趣和吸引他們注意力的東西，需要注意的是，這類用戶不一定具有分析思維或閱讀可視化的專業知識。因此，必須確保可視化設計信息傳遞的明確性。

4.2.2 興趣用戶

興趣用戶對文化遺產可視化中的信息內容有一定興趣，由此驅動他們對相關信息進行主動探尋，通過花費一定時間來獲取他們想要的內容，清晰明了的數據可視化更能激起此類用戶的興趣。

4.2.3 專業用戶

專業用戶一般涉及博物館管理者、相關文物部門人員、數據可視化專家等，對文化遺產藏品內容和可視化信息結構的了解使專家能夠對內容進行搜索和過濾，得到精確滿意的結果。這類用戶會花費較多的時間和精力來獲取相關文化遺產信息，與此同時，他們對文化遺產的可視化也具有更高的要求，如數據的準確性、視覺的美觀度、交互的流暢性等。

4.3 文化遺產可視化呈現類型

通過對收集到的文化遺產可視化案例進行分析可以看出，雖然可視化的呈現方式多種多樣，但是根據文化遺產內容主體不同，可以總結概括得出以物、人、景為主線的3 種可視化方式類型。

4.3.1 以文物典籍為主的可視化呈現類型

文物及典籍類文化遺產可視化含有大量數據信息，側重點會放在數據的統計及呈現上，從多個方向維度來進行可視化闡述。“經籍指掌”：歷代古籍目錄集成可視化項目[21]梳理及篩選了八種官修目錄，并經統計分析及可視化等環節，構建了全類別、長維段的古典文獻目錄分析及知識演變研究的交互式可視化分析系統。中國歷代人物傳記資料庫，旨在系統地、全方位地收入歷史上相對全面的重要傳記資料，其可視化內容涵蓋不同歷史時期傳記主空間地理分布、數量統計、生卒信息等多個方面，多方位展示了資料庫中的數據信息。宋元學案知識圖譜系統[22]對240 萬字的文本進行了處理和分析，提取學案中人、地、時、著作四個要素及其錯綜復雜的語義關系進行分析，構建了相關內容的知識圖譜，并實現交互式瀏覽、可視化展示、語義化搜索等功能。

4.3.2 以歷代人物為主的可視化呈現類型

以人物為主體的文化遺產可視化常以時間為軸展開，圍繞人物生平作品、事件經歷、社會關系等進行表述。董其昌數字人文是上海博物館開展的明代書畫名家董其昌高清數據圖像及其相關數字資源可視化項目。他以梳理鑒藏、交友、紀游、傳承等多個人文脈絡及基線，通過可視化的方式設計了一個“主體–表達–時代”的綜合維度來展示董其昌的研究[23]。在項目中運用以時間軸的曲線面積圖來展現董其昌生平作品數量的變化趨勢；以動態軌跡地圖來記錄其藝術游歷行跡；虛擬VR 技術處理畫作，使人置身畫中，并帶來沉浸式體驗。復旦大學的“HoagsOLife：A Visualization of the Life Story of Dongpo”可視化作品從文學創作、游歷經歷、為官經歷與飲食文化四個維度對北宋著名文人——蘇軾的生平經歷進行可視化，以直觀且富有詩意的形式向公眾全方位地展示了蘇軾的人生故事，在可視化過程中巧妙地運用環形圖與散點圖、折線圖、詞云等結合展現出蘇軾對中國文化的影響力，充分體現可視化技術在人物故事敘述中的卓越能力。

4.3.3 以遺址遺跡為主的可視化呈現類型

三維掃描建模、虛擬VR、AR 技術常被應用于遺址遺跡類文化遺產的可視化。在全景故宮[24]中，通過全景攝影和虛擬建模等技術，打造線上紫禁城，給觀者以身臨其境般的參觀感受。“數字敦煌”項目[25]以敦煌石窟及其相關遺跡為研究對象，以數字化獲取、處理與保護為方法，運用先進科技手段與文化遺產保護理念相結合，融合圖像，視頻，三維等資料與文獻資料，構建多樣化，智能化石窟遺跡數字資源庫；《純凈之地：敦煌莫高窟》AR 展覽期間，新南威爾士大學考古教授薩拉·肯納丁與香港城市大學創意媒體研究所所長杰弗里·肖共同運用“增強現實”技術，開展沉浸式互動展示活動，呈現精美視覺效果，將游客帶進莫高窟這一世界遺產名錄遺址。

4.4 文化遺產可視化圖表類型

綜合上述所，文化遺產可視化呈現方式，通過案例進行詳細解析，可以得出柱狀圖、曲線圖、散點圖、地圖、詞云、樹圖、網絡圖、桑基圖等，它們都是常用的可視化圖表類型，各種類型圖表的應用，為文化遺產數據信息可視化呈現提供了多樣的形式方法，見表1。

表1 文化遺產可視化圖表類型（部分）Tab.1 Cultural heritage visualization chart types (part)

柱狀圖、人口金字塔、詞云是常用于表示對比排序類型的數據可視化形式，在文化遺產的可視化中可以運用此類圖表展現文物間的數量關系、各朝代人物數量統計、典籍文本高頻詞等。柱狀圖通常用于展示多分類數據間的變化及同類別不同變量間的差異情況，在經籍指掌：中國歷代典籍目錄分析系統中，柱狀圖被用于呈現和比較中國不同歷史朝代各類型書籍的數量。人口金字塔是特殊的柱狀圖，用類似古埃及金字塔的形狀對人口年齡和性別分布狀況進行可視化展示，反映人口現狀及其發展類型，在中國歷代人物傳記資料庫中用人口金字塔圖表來展示歷代人物男女壽命的對比。詞云主要用于對文本信息可視化，在視覺上突出顯示出現頻率較高的“關鍵詞”，“遺我雙鯉魚：上海博物館藏明代吳門書畫家書札精品展”的可視化網頁中用詞云體現五百年前的鮮活日常生活。

續表1

折線圖和面積圖用于體現數據的變化趨勢，一般情況下與時間相關，在文化遺產可視化中用它們來體現文物或人物數量的變化趨勢。折線圖用于展示數據隨時間或有序類別的波動情況的變化趨勢，在HoagsOLife：A Visualization of the Life Story of Dongpo 項目中巧妙地運用折線圖來體現蘇軾被貶謫距離的遠近。面積圖強調數量隨時間的變化程度，可表示累積數據。上海博物館董其昌書畫藝術展中運用以時間軸的曲線面積圖來展現董其昌生平作品數量的變化趨勢，而宋元學案知識圖譜可視化系統中則用面積圖來體現各學派人物數量變化。

餅狀圖、環形圖、金字塔圖、百分比堆積柱狀圖及矩形樹狀圖是體現占比關系時可以用的可視化圖表類型，展現不同類型文物占比、各朝代人物間比例關系等。餅狀圖是一個劃分為幾個扇形的圓形統計圖表，通常用來展現數據的分類和占比情況，環形圖與之相似，是中間鏤空的圓，在上海博物館數字中心綜合頁界面中用餅狀圖來反映文物藏品的類型和占比。金字塔圖是用來顯示與金字塔相似的層級結構及數據量。樹狀圖就是數據樹在圖形上的表達，在樹狀圖中物體按父子層次結構進行排列組合，它是目前比較受歡迎的可視化方法之一，使用包含關系來表示分層數據，在中國歷代人物傳記資料庫中用矩形樹圖來體現不同朝代傳記主人物數量占比。

散點圖與氣泡圖涉及分析數據之間的相關關系，通過分析具有相關關系的兩個或兩個以上變量元素來度量各變量元素之間的相關緊密程度。散點圖可以用于發現各變量之間的關系。在 HoagsOLife：A Visualization of the Life Story of Dongpo 項目中，散點圖如同星辰代表蘇軾這一生中創作的詩作。氣泡圖是特殊的散點圖類型，展示三個變量之間的關系，用氣泡代替散點圖的數值點，面積大小代表數值大小的相似圖表形式，在中國歷代人物傳記資料庫中氣泡圖被用來展示歷代人物享年數據分布。

關系網絡圖、圓弧圖、平行線圖、桑基圖及和弦圖是反映數據間節點關系和變化狀態的可視化圖表類型，這些圖表可以展示歷代人物的社會關系、文物典籍的關系及流變。由于關系網絡圖是節點和邊構成的關系網絡，歷史人文大數據平臺用網絡圖來展示人物社會關系及事件。弧形圖用來表示關聯，展示多個節點之間關系，平行線圖適用于高維數據變化趨勢的可視化，經籍指掌，歷代古籍目錄集成可視化中用弧形圖和平行線圖來展示不同朝代古籍類目演化。桑基圖是一種特定類型的可視化流程圖，反映信息的變化和流動狀態，適用于路徑和流量分析，和弦圖與之相似，展示的是矩陣中數據間相互關系和流量變化。

地圖和分區圖用于呈現文化遺產可視化項目的地理信息，如考古地圖、區域分布等。地圖常用于展現以地理區域為劃分的數據類型，可以用區域顏色深淺來展現，也可以用點狀地圖、氣泡地圖、軌跡地圖等展現，宋元學案知識圖譜項目中以點狀地圖進行數據呈現，而董其昌書畫藝術展中運用軌跡地圖體現人物生平游歷軌跡。

各類圖表有著不同的適用場景，也存在著各種局限，需要在文化遺產可視化設計的過程中進行綜合考量；結合設計目的，選取合適的圖表類型來呈現數據信息帶來快速直觀地獲取信息的途徑，并嘗試為觀眾提供更為良好的感官體驗。

5. 文化遺產數字化未來展望

5.1 更精細的文化遺產數字化數據

三維激光掃描儀通常用于一般性文物、遺址、遺跡等物質類文化遺產的數字化采集工作，采用3D 軟件進行建模重構，運用數據庫及信息平臺存儲和管理。隨著掃描精度的不斷提高、軟件功能的不斷完善、計算機性能的不斷優化，可以預測到未來對物質類文化遺產的外觀數據精細化程度要求也將越來越高，精度可達毫米級別，而物理外形、紋理色彩、質地觸感也會更趨真實，存儲形式也將由文字、圖片、視頻、模型擴展到點云、數據平臺、模型復原、虛擬動畫等多種形式[26]。

5.2 更廣泛的文化遺產數字化傳播

隨著網絡信息技術的突破，文化遺產數字化展示也越來越多地通過互聯網來進行傳播和展示，如文化遺產網站建設、數字虛擬博物館、移動終端APP 應用等。除此之外，智能導航、無線定位、人流分析、信息推送也成為發展趨勢，可以預測出，文化遺產數字化將更加關注人與物之間的聯系，在不久的將來，人們甚至可以直接通過物聯網與文化遺產進行“對話”。

5.3 更多樣的文化遺產數字化展示手段

如今，越來越多文化遺產數字化展示基于人體感官開發出沉浸式的虛擬體驗型產品。借助投影系統、音響系統、動力系統、屏幕展現系統等聲、光、電形式，以及大型觸摸屏、幻影成像、全息投影等全新的技術手段，可以在線下數字體驗展廳中給游客帶來新奇的體驗和身臨其境的沉浸感受。隨著近年來火熱的Google 眼鏡、微軟增強現實眼鏡、智能手表、智能手環等可穿戴設備的出現，預測在未來文化遺產的數字化互動展示體驗領域，除了博物館線下體驗展廳的沉浸式展示設備會涌現出更多的創新形式外，基于人體可穿戴的顯示設備也將成為文化遺產數字化傳播的新生力量。

5.4 從文物保護走向文化傳承

數字技術發展至今，在水平不斷革新的同時，意義也在日益擴展，其作用不再局限于為人們提供便利，而是更多地把側重點放在文化藝術創造方面。數字化手段所獨有的創新性將幫助文化遺產煥發出新的藝術價值與藝術潛力，以豐富其文化內涵，增強其自身價值屬性，借助虛擬現實技術、多通道交互技術、多媒體互動技術等數字化技術賦予文化遺產全新的生命力，使文化遺產的歷史意義得以延續。

在傳統文化遺產保護的基礎之上，充分發揮數字技術的創造力，將科技與藝術更加緊密地融合在一起，實現文化遺產的數字化傳承與創新是當今文化遺產數字化應當追尋的目標。

6 結語

隨著計算機技術、互聯網技術以及通信技術的不斷發展，數字化已經成為文化遺產保護與傳承的重要方向。通過對當今文化遺產數字化進程及相關技術手段進行整理歸納，梳理出現有文化遺產保護的技術發展脈絡。

此外，文章對文化遺產數字化的重要呈現方式可視化進行案例研究，收集并分析國內外文化遺產可視化界面案例。歸納得出文化遺產可視化呈現的數據信息、目標用戶、圖表類型、具體應用的可視化表征規律，使用戶群體能夠通過可視化表征形式來快速便捷地了解文化遺產蘊含的數據規律，為文化遺產保護傳承提供可視化思路與建議。

目前文化遺產數字化正處于蓬勃發展的階段，數字技術為文化賦能是它的核心要義，數字技術的加入使古老的文化遺產煥發出嶄新的活力。未來文化遺產的數字化保護與傳承將以更精細的數據、更廣泛的傳播、更多樣的手段，全方位展現文化遺產價值，實現文化資源的長久保存和文化傳承。