數字化讓文物與公眾互動起來

王周強

數字化時代背景下，為解決文物保護與修繕領域中傳統方法在精確度和效率方面的局限，文章首先闡述數字技術在文物保護與修繕中的應用優勢，以及在實踐中應遵循的原則，依托實際文物保護與修繕工程，說明了數字技術在文物保護與修繕技術中的具體應用方法。最后以效果展現，證明了所采取措施的有效性，以此為相關人員提供實踐參考。

隨著科技的快速發展，數字技術已成為當今社會的重要驅動力，其在眾多領域的應用都取得了顯著的成效，尤其在文物保護與修繕領域，從三維掃描與建模技術的廣泛應用，到數字化監測與環境控制的精準實施，其不僅提高了文物保護修繕的精確度和效率，還拓展了公眾對文化遺產的認知和了解方式。在傳統方法遇到的種種限制和挑戰面前，數字技術提供了創新的解決方案，使文物保護和修繕工作更加科學化、系統化。因此，探討數字技術在文物保護、修繕中的應用方法具有較強的現實意義。

數字技術在文物保護與修繕中的應用優勢

提升精確度與效率。傳統的文物修復工作依賴于修復師的經驗和技藝，不僅耗時長，而且結果的精確度往往受限于個人的技術水平和條件，而三維掃描與建模技術的應用，使得在不接觸文物的情況下，對其進行高精度的掃描，從而獲取文物的精確三維模型，不僅極大地減少了對文物的物理接觸，降低了損傷風險，而且提高了修復前的評估與規劃的精確度，所以從該角度分析，數字技術的引入提高了文物保護與修繕工作的精確度和效率。而且，三維建模技術還支持對文物破損部分的虛擬修復，進行多種修復方案的模擬對比，從而為修復師提供科學的決策支持，此模式不僅提高了修復工作的效率，減少了試錯的成本，同時依托精確模擬，保障了修復效果。

增強公眾參與度。虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術的應用，公眾可以通過虛擬的方式親近文物，了解文物背后的歷史和文化，此種互動性和沉浸感的提供，讓公眾對文物保護工作產生了更深的興趣和認同感，所以數字技術在提高文物保護修繕工作精確度和效率的同時，也極大地增強了公眾的參與度。除了提升體驗感，數字技術還使得文化遺產的教育推廣變得更加便捷和高效，比如通過在線展覽和數字檔案，異地受眾也能利用網絡輕松接觸和了解不同文物的文化內涵，這對于提升公眾的文化素養，傳播文化遺產具有重要意義，而且這種方式打破了地理和物理的限制，使得文物保護成果的分享更加廣泛。

長期保存與加強風險管理。數字化監測與環境控制技術的應用，使得文物保存環境的溫濕度、光照等關鍵因素可以實時監控和精確調控，這便降低了文物因環境變化而遭受損害的風險。具體而言，在風險管理方面，數字技術的應用不僅限于預防性保護，一旦文物遭受自然災害或人為破壞，修復師可基于先前的高精度三維掃描數據，進行文物的損傷評估和修復工作，甚至在部分情況下，可以直接采用三維打印等技術實現文物的部分精確復原。

數字技術在文物保護修繕中的應用原則

科學性原則。科學性原則指的是在文物保護與修繕過程中應用數字技術時，應基于科學的方法和理論，每一項技術的應用都應基于充分的研究和驗證，確保技術介入不僅有效且對文物本身無害。在該原則的指導下，文物保護專家和技術人員應首先對文物的材質、歷史價值及其當前狀況進行詳盡的分析，然后選擇與之相匹配的數字化技術，以三維掃描與建模技術為例，其可以在無需直接接觸文物的情況下，便能準確記錄其形態和細節，減少了傳統保護修繕方法中可能對文物造成的物理傷害。

可持續性原則?？沙掷m性原則著重于保證文物保護修繕工作的長期有效性和環境的可持續發展，所以在應用數字技術時，考慮到其長期對文物本身以及周圍環境的影響，盡可能采用低碳環保的技術解決方案，并且在技術選型和實施過程中，優先考慮資源的高效利用和能源消耗最小化，比如采用數字化監測系統可以幫助文物管理人員實時監控文物所在環境的溫濕度變化，而不需要頻繁地對環境進行物理干預，從而降低能源消耗，并減少對文物的傷害。

數字技術在文物保護修繕中的應用策略

工程概況。案例工程位于我國南部某城市，是典型的文化遺產保護項目，致力于某遺址的維護與修復，該遺址因其豐富的歷史價值和獨特的文化意義而備受關注，被列為世界文化遺產。遺址本身承載著豐富的歷史信息，包括古建筑、雕塑、壁畫以及其他形式的藝術作品，見證了古代人民的生活方式、宗教信仰和社會組織。但由于長期受到自然環境和人為因素的影響，其中珍貴的文化遺產面臨著各種損害和破壞的風險，且原本以人工為主的文物保護與修繕效果不理想。面對此挑戰，案例工程應用先進的數字技術保護和修復，其目的為利用現代科技手段，對遺址進行精確地記錄、分析和修復，以保障文化遺產的長期保存。

三維掃描與建模技術。為收集遺址中文物的相關數據，案例工程采用三維掃描與建模技術，依托高精度激光掃描設備，對古代遺址進行全面掃描，實踐中管理人員部署了多個掃描站點，每個站點覆蓋遺址的不同角度和部分，確保全面捕捉遺址的幾何信息，在一個掃描周期內，激光掃描儀可記錄遺址上百萬個數據點，生成精確到毫米級別的三維點云數據，比如對遺跡中的某古建筑，掃描過程中，團隊能夠收集到其外觀結構的精細幾何數據，包括風化狀況、裂縫寬度及其分布情況，并基于收集的三維點云數據，應用專業軟件進行三維建模，點云模型剖面圖如圖1。建模階段大體可分為數據清洗（去除掃描中產生的噪點）、數據融合（將不同視角的掃描結果合并為一個完整的三維模型），以及細節優化等階段，經過軟件處理后，得到的三維模型能夠精確建筑的當前狀態，包括所有細節特征，如石材的質地，色彩層次等。在此基礎上，修復團隊能夠進行虛擬修復，即在模型上模擬各種修復方案，評估每種方案對遺址原貌恢復的效果及其可行性。對于受損的墻壁，通過三維模型，修復專家可以詳細分析顏料脫落的區域，設計針對性的加固和復原措施。

數字化監測與環境控制?？煽紤]到文物所處環境和其氧化速度密切相關，案例工程部署了高精度溫濕度傳感器網絡，覆蓋整個遺址及其周邊環境，此類傳感器每分鐘記錄一次數據，提供精確到±0.5℃的溫度讀數和±3%的濕度讀數，并將數據實時傳輸到中心數據庫，用于持續監控環境條件的變化，管理人員可及時發現任何對遺址可能造成損害的環境變化，如濕度突然升高可能導致木質結構腐蝕受潮等?；谑占降沫h境數據，案例工程采用了先進的數據分析軟件來預測未來的環境趨勢，依托機器學習算法分析歷史環境數據，以識別對文物產生不利影響的外在因素，比如數據顯示每年雨季期間濕度上升會導致某些壁畫顏色褪色，項目團隊可以提前采取措施，如調整室內空氣調節系統的設置，或者部署額外的除濕設備，以避免濕度對文物造成的損壞。環境控制方面，案例工程采取了自動化環境控制系統，該系統可根據實時監測數據和數據分析預測自動調節遺址內外的環境條件，其包括自動調節溫濕度的空調設備、能夠根據外部天氣條件自動開閉的窗戶以及能夠調節光照強度的智能照明設備。例如，當系統檢測到室內濕度超過預設閾值時，除濕設備會自動啟動，當光照強度過高可能對外露文物造成損害時，遮陽系統會自動啟動?？紤]到人機交互的有效性，案例工程還部署了專門的數據可視化平臺，該平臺能夠將環境監測數據以直觀的圖表和報告形式展示給管理人員和保護專家，以為管理人員的決策提供數據依據。

虛擬現實與增強現實技術。虛擬現實與增強技術主要應用在文物保護方面，案例工程在文物保護修繕中依托虛擬現實（VR）與增強現實（AR）技術，創新了公眾參與方式。首先，案例工程使用高精度三維掃描技術對文物遺址進行了全面的數字化記錄，比如對古代雕塑使用結構光掃描技術，精確捕捉到了表面細節到0.1毫米的分辨率，根據此數據創建高度詳細的三維模型。在所創建的三維模型的基礎上，利用VR技術，開發可交互的虛擬遺址導覽系統，不僅重現了遺址的歷史面貌，還能展示不同修復方案對遺址可能產生的影響。具體到操作，系統中集成了真實的光照模擬和材質效果，通過高性能圖形處理器實時渲染，可實現用戶在虛擬環境中的沉浸式體驗?，F場方面，案例工程利用AR技術，為現場訪客提供了增強現實導覽服務，訪客通過智能手機或平板電腦的攝像頭捕捉遺址的實際景象，設備屏幕上即時疊加顯示相關的歷史信息和解說內容。例如，對于其中古墻遺跡，AR系統能在用戶的設備上顯示該墻在不同歷史時期的樣貌，包括顏色、裝飾等細節的變化，此過程中系統需要處理大量數據，如實時圖像識別和處理所需的計算能力，所以要求現場至少具備5G網絡支持的數據傳輸速率，以保證流暢的用戶體驗。

數字化檔案管理。由于文物修繕與保護過程中會產生大量檔案，傳統檔案管理方法效率較低，制作耗時較長，所以案例工程采取了高分辨率圖像掃描和數字攝影技術，對所有文物和相關資料進行詳細記錄，使用分辨率高達4 800dpi的掃描儀和具有高動態范圍成像功能的專業攝影設備，確保了圖像數據的清晰度和細節保留，以遺跡中的某幅壁畫為例，記錄過程中技術人員將壁畫劃分為若干區域，每個區域使用特定的光源和角度進行多次拍攝，以捕獲所有細節并減少光照不均導致的影響。在上述資料獲取的基礎上，案例工程采用了先進的數字化檔案管理系統（DAMS），不僅支持大量數據的存儲，而且提供了強大的檢索和訪問功能，基于元數據標準（如Dublin Core）對所有數字資料進行分類和標注，每件文物的記錄包含了一系列詳細信息，比如出土地點、年代、材質、尺寸、歷史背景及修復歷程等，以此保證數據的一致性和可檢索性。為提升數字資料的保存易用性，所有數字記錄均采用開放標準格式（如TIFF和PDF/A）進行存儲，并在多地建立數據備份中心，采用了地理分布式存儲，確保了數據在災難情況下的安全和完整性。

效果分析。案例工程采取數字化技術后，相關改善指標如表1。根據表中數據可知，其采取三維掃描與建模技術實現了對文物的精確復制，使得修復工作能夠在不直接接觸原件的情況下進行，減少了對文物可能造成的物理損害，而且這種技術還允許專家在虛擬環境中對修復方案進行模擬，確保最佳的修復結果。

數字化監測與環境控制則確保了文物保存環境的穩定性，管理人員可實時監控環境參數（如溫度、濕度、光照等），及時調整保護措施，預防可能的損害。而且虛擬現實與增強現實技術為公眾和研究人員提供了沉浸式的文物體驗和交互平臺，不僅提高了公眾對文化遺產的興趣和保護意識，也促進了學術研究的深入。數字化檔案管理技術則實現了系統化的整理和存儲文物資料，提高了文物資料檢索和利用的效率。

文章以某文物保護修繕工程為例對數字技術在文物保護與修繕中的應用進行了全面分析，實踐中，相關工作人員可運用三維掃描與建模技術為文物修繕工作提供數據依據，提高修繕還原的準確性，并采用數字化監測與環境控制工作保護文物，降低不良環境對其造成的損傷，最后結合虛擬現實與增強現實技術，創新文物展覽形式，避免其與受眾的直接接觸，最大限度保護文物，上述相關措施展示了現代科技如何助力傳統文化遺產的保護工作。未來，隨著技術的不斷進步和創新，數字技術在文物保護修繕工作中的作用將越發重要，應用將更加廣泛和深入，不僅能夠有效地保護文化遺產，也將為受眾提供豐富、多樣的文化體驗和學習資源。

（作者單位：山西省文化遺產規劃研究院有限責任公司）