青銅器保護與展示中的信息技術應用

宋艷陽（焦作市博物館，河南 焦作 454150）

青銅器是中國的偉大發明，也是金屬與火的反應物。夏商周時期，是中國青銅器發展的高峰期。夏商周時期的焦作是西北地區政治、經濟與文化的交流中心，當地的青銅器生產工藝較為成熟。現代信息技術是青銅器保護與展示的主要應用技術，可以提高青銅器保護與展示效果，降低人工壓力。因此，探究信息技術在青銅器保護與展示中的應用具有非常重要的意義。

一、青銅器保護與展示中信息技術的應用價值

（一）緩解保護與展示矛盾

青銅器的真實性與不可再生性，致使青銅器保護與展示的矛盾始終存在。利用信息技術，可以在觀眾不直接接觸青銅器的情況下，促使其全方位了解青銅器，確保青銅器在展館內獲得更好的保護[1]。

（二）增強觀眾互動

信息技術是以計算機為載體的技術，可以以遠程錄像的方式獲取青銅器信息，將青銅器資源以更加生動、形象、立體的形式集中展示，改善青銅器展示形式，豐富青銅器展示內容，增強青銅器與觀眾互動，改善青銅器展示效果。

（三）發揚文化遺產

青銅器文化遺傳的保護已獲得政府的大力支持，將信息技術應用于青銅器保護與展示，可以展示青銅器文化遺傳的歷史文化魅力，吸引更多的人參與青銅文化研究，擴展青銅器文化遺傳保護范圍，為青銅器文化遺傳的繼承與發揚提供支持。

二、青銅器保護中信息技術的應用

以往夏商周青銅器保護技術手段為攝影攝像，夏商周青銅器保護難度不斷增加，傳統技術手段已無法滿足當前青銅器保護的工作要求，基于計算機多媒體的信息可視化技術應運而生。信息可視化技術主要是針對夏商周青銅器多維性，在計算機內建立相應數據模型，為夏商周青銅器藝術研究、考古研究、保存修復、開發利用提供精準數據支持。常見的夏商周青銅器保護用信息可視化技術為逆向工程技術、圖像邊緣檢測技術、紋理映射技術、三維建模技術等。

（一）逆向工程技術

逆向工程技術主要是采用三維數據獲取思路采集全部逆向物體表面點，獲得三維坐標值與點云數據后，結合數據特征推導物體各部分幾何特征。逆向工程技術常用于夏商周青銅器造型特征的數字化信息采集，可以通過點云數據采集、處理與數字化模型重建幾個環節，獲得足夠的青銅器造型信息。其中，點云數據采集主要借助機械手臂測量、三坐標測量等接觸式方法或者電磁測量、光學測量（三角形測量、激光測距、干涉法等）、聲學測量等非接觸式方法；在點云數據處理環節，可以根據點云數據散亂存在、密度大的特征，預先消除噪聲點，并進行點云的過濾、分割處理，處理后提取特征線；數字化模型重建主要是借助Geomagic軟件或ImageWare軟件，構建關于青銅器的數字化模型。

（二）圖像邊緣檢測技術

圖像邊緣檢測技術是一種以青銅器二維圖形圖像為依據的檢測方法，是在確定青銅器圖像內邊緣特征線的基礎上，進行青銅器造型特征的提取。一般夏商周青銅器的邊緣在圖像內表現為灰度發生變化的區域邊界，涵蓋了階躍狀、屋頂狀兩種類型，階躍狀邊緣兩邊部分灰度轉變較為顯著，屋頂狀邊緣位于圖像灰度值增加、減少交界位置。為了確保青銅器保護修復工作順利開展，需要綜合利用濾波器與邊緣檢測器進行圖像濾波，并借助加強算法進行濾波后圖像處理，達到增強顯示邊緣的目的。最終借助梯度幅值閾值盤踞檢測圖像邊緣點，根據檢測的圖像子像素分辨率確定青銅器邊緣位置。

（三）紋理映射檢索技術

紋理映射檢索技術是夏商周青銅器保護中紋理特征提取主要用技術，可以輔助獲取青銅器模型表面顏色信息，并表現為網格模型上各頂點、青銅器圖像的像素之間對應關系。在將紋理映射技術應用于青銅器保護時，可以借助三維掃描儀獲得青銅器三維數字化模型，對模型進行壓縮處理，獲得更加精準的模型。進而借助3DMax計算機軟件，將青銅器圖像中的點貼到獲得的三維數字化模型內[2]。或者借助激光三角測量設備，經同一鏡頭收集夏商周青銅器幾何信息、顏色信息，將青銅器材質直接映射到對應幾何體上。在完成紋理映射后，可以灰度像素變化為依據，進行圖像紋理特征搜索，確定青銅器圖像內局部不規則特性并進行量化處理，獲得更加精準的青銅器紋理特征數據。

（四）三維建模技術

三維建模技術是基于二維圖像的模型構建技術，包括基于側影輪廓線重建幾何模型、基于立體視覺重建幾何模型、基于區域匹配重建幾何圖像多種。一般三維建模技術在青銅器造型信息數據采集中應用時，需要在測量青銅器的基礎上進行數碼相機參數與旋轉軸標定，利用標定后的數碼相機采集圖像數據，采集完畢后進行圖像分割、圖像邊緣輪廓線提取與生成操作，根據操作數據重構三維系統[3]。根據前期獲取的圖像像素點，修改重新構建的三維系統，形成精確度較高的三維數字模型（過程見圖1），為青銅器修復提供參考。

三、青銅器展示中信息技術的應用

傳統青銅器展示技術為展柜展示，受展館空間大小的限制，無法將全部青銅器展示給觀眾。利用三維展示技術、增強現實技術、信息化環境監控技術等信息技術，可以通過拍照的方式取材，將青銅器全方位、立體呈現在觀眾面前，改善青銅器展示現狀，為青銅器文物宣教活動開展提供支持。

（一）三維展示技術

三維展示是對青銅器實體進行三維模型構建的技術，是在數字化空間內對青銅器的結構、形狀、材料特點進行數字化描述，最終生成三維立體模型[4]。根據青銅器實體情況，我們可以選擇基于三維掃描軟件的人工建模，也可以選擇基于多幅二維圖片的三維建模。其中基于三維掃描軟件的人工建模主要是利用AutoCAD、3DMax等軟件進行對稱、平移、鏡像、拉伸等幾何操作，清晰明了地體現青銅器特點。基于多幅二維圖片的三維建模則需要利用兩幅及以上青銅器圖片，從多個視角提取場景幾何信息（圖片內各點空間信息），根據提取信息快速構建三維模型[5]。基于多幅二維圖片的三維建模是一種偽三維手段，最終生成的三維青銅器圖像無法與真實器物等同，需要在環物攝影取材的基礎上，在一個中軸線上布置虛擬相機、虛擬物體，進而經三維模型編輯軟件模擬青銅器底部狀態，獲得青銅器全部角度的照片影像（圖2）。

如圖2所示，利用三維展覽技術，可以展示戰國錯金鑲嵌綠松石銅帶鉤立體形態，促使觀者對戰國錯金鑲嵌綠松石銅帶鉤的構造具有全面了解。

（二）增強現實技術

增強現實技術又可稱為擴增現實技術，具有虛實結合、即時互動、三維空間的特點。在夏商周青銅器展示過程中，應用增強現實技術可以突破參觀時間限制，增加觀眾對于青銅器的認識，為青銅器保護受眾參與積極性提升提供依據。在具體應用過程中，需要以青銅器增強現實識別卡片為核心，以青銅器紋樣為原型，選取并提煉饕餮紋、云雷紋、鳳鳥紋、虎紋、雙龍紋等幾種紋樣[6]。在紋樣提取之后，利用Adobe Illustrator軟件描繪青銅器體表紋樣并保存為PNG格式。一般根據青銅器被挖掘時間順序差異以及體表氧化程度差異，需要進行材質做舊處理。進而將描繪圖導入3DMax軟件內，描摹青銅器體表曲線并進行擠壓處理，同時標記全部使用的貼圖路徑，確保展示效果。最后利用Unity軟件，將曲線描繪后青銅器圖像拖拽到新建場景內，調整模型參數大小、方向后導出（圖3）。

如圖3所示的“永壽三年”四獸紋銅鏡，借助增強現實技術展示了內區四獸與四方枚相間環列的結構以及外飾一周斜線紋，可以促使觀者對特定時期我國青銅純熟制造工藝產生深刻感知。

（三）信息化環境監控技術

信息化環境監控技術主要用于青銅器展示環境溫濕度、光照、空氣質量管理環節，可以確保青銅器展示所在環境對青銅器干擾最小。在將信息化環境監控技術應用于青銅器展示環節時，可以在安裝環境溫濕度監控設備、空氣質量感知設備的基礎上，將監控設備與一臺主控制處理器相連，并將處理器另外一端與空調系統、通風系統相連，實現青銅器展示環境質量的一體化調控。一般需要將青銅器展示環境溫度控制在18 ℃以上、20 ℃以內，并將環境絕對濕度控制在35%左右，同時控制環境中氯元素處于較低水平。在這個基礎上，設置應急管理模式，確保高風險環境下主控制系統自動報警且備用系統自發啟動，避免環境因素對青銅器展示效果的影響。

四、總結

綜上所述，青銅器是歷史文化的載體，也是珍貴的學術研究資料。信息技術為青銅器的保護與展示工作開展提供了充足的支持。在青銅器保護中，可以應用逆向工程技術、圖像邊緣檢測技術、紋理映射檢索技術、三維建模技術等信息可視化技術；而在青銅器展示時，可以應用三維技術、增強現實技術與信息化環境監控技術，充分發揮信息技術優勢，消除青銅器保護與展示的矛盾，為青銅器保護與展示工作的高效率開展提供依據。