古典家具數字博物館構建的關鍵技術研究

摘要：古典家具的工藝繼承與保護是一項重要的研究工作，其中的數字化保護方法對于文物保護具有一定的實際意義和實用價值。數字博物館的建設是博物館適應時代發展的必然需求，是提高博物館管理水平、促進其自身發展的必然選擇。本文就古典家具數字博物館構建的關鍵技術展開探討。

關鍵詞：古典家具;數字博物館;信息化

一、引言

在文化遺產的保護傳承中，數字化技術的運用已經成為一種全球化的趨勢。基于圖片的繪制和重建、基于三維掃描的重構和漫游、圖片檢索及其修復、版權保護和沉浸式虛擬系統等多種數字化技術為人們提供高精度高逼真的數字化信息，彌補了傳統文化遺產保護中信息易老化、易失真等缺陷，在文化遺產的保護中發揮著越來越重要的作用。數字化技術不僅能保護和傳承文化遺產，而且賦予文化遺產以嶄新的生命。

二、古典家具藝術價值及數字化保護

中國古典家具做工精湛、造型優美、圖案精致，承載著我國古代人民生活方式、意識形態和價值取向等諸多信息，形成富有特色的東方家具體系，在世界家具發展史上特色鮮明。古典家具數字化保護作為一種新型的研究手段，其主要形式是通過建立古典家具數據庫（包括三維數據和相關的信息數據），清晰展現我國傳統家具的發展脈絡，為構建家具文化理論奠定基礎。目前國外針對數字化保護已經形成比較完整的體系，而古典家具數據庫的建立在國內仍處于探索階段。

三、數字博物館的信息化建設

（一）數據采集

數據采集一般通過三維掃描設備對古典家具實物進行測量，并利用計算機技術轉換為離散的幾何坐標數據。目前，主要的三維測量技術有攝影測量技術、三維激光掃描技術等。其中，攝影測量技術通過多角度采集二維圖像，采用三角計算法將平面數據轉換為三維立體圖像;三維激光掃描技術利用兩束激光，一束照射到物體表面，另一束直接照到底片上。利用兩束激光所走距離不同，快速準確地獲取靜態物體的空間三維信息。相比于直接測量法，雖然技術難度較大，但測量精度明顯提升，通過改變掃描角度可實現古典家具全面的空間環境數據采集。在實際測量時，提出應綜合使用直接測量古典家具法、攝影測量法和三維激光掃描3種測量方法，才能最好最全面地采集到古典家具的信息。

（二）數據處理

通過圖像數據處理軟件完成視圖拼合、噪聲去除、數據簡化、點云分塊等處理。由于復雜的曲面往往由多個曲面整合構成，要將整個三維數據分成多個小曲面數據分塊，并單獨對每塊數據進行數據處理。為實現將不同視域下的三維數據統一到同一個坐標系下，需進行三維數據配準。典型算法有迭代就近點算法（ICP算法）和基于特征的配準方法。由于配準算法在掃描精度較低的狀況下產生的誤差較大，以激光采樣點為配準單元，提出一種新的基于反向投影的快速配準算法。通過馬氏距離搜索最近點，并利用反向投影加速最近點搜索，依靠插值方法修正最近點，避開了采樣分辨率影響。

（三）建立系統完整的古典家具三維數據庫

三維數據庫的建立是一個復雜的過程。開發人員在信息采集和后期處理的基礎之上，設定數據庫的基本框架和關系結構，依托Revit軟件平臺的API接口進行開發。這樣不僅充分利用了Revit軟件強大的三維建模功能，而且又為Revit軟件平臺的文件管理提供便捷合理的存儲方式。三維數據庫與傳統二維數據庫有相同之處，也有不同之處。傳統二維家具數據庫一般是利用Delphi可視化開發工具進行數據庫開發，數據庫的功能以查詢瀏覽數據為主。用戶使用數據庫時通過輸入一些關鍵詞，檢索獲取家具的二維信息，例如規格、形式、結構、尺寸、圖案等信息。而三維數據庫不僅可以獲得上述的二維信息，還可以獲得古典家具的實證案例、造型特點、形制、裝飾特征、技術特征、榫卯結構等諸多數字化的信息，實現三維動態瀏覽。用戶根據需要還可將數據導出，進行逆向設計。建立古典家具的三維數據庫不僅有利于家具企業對設計文件進行查閱和管理，而且方便設計人員共享和調用設計文件。

（四）古典家具力學結構分析

針對參數化模型的拓撲優化設計，利用有限元軟件對箱式家具結構中角接頭的應力及應變狀態進行分析，準確預測家具所受的撓度。提出基于ANSYS對板式家具進行有限元分析的方法，在提高設計效率的同時，實現了家具的可靠性及模塊化設計。對于復雜結構家具模型的有限元分析，以榫卯結構為例，主張預先將模型導入參數化三維設計軟件，然后經過數據格式轉化后再將模型導入到ANSYS中進行網格劃分，最后進行外載荷加載并求解。該步驟實現了家具的部分結構整體化結構分析，并進一步驗證了ANSYS軟件對家具進行力學結構分析的可行性。對于家具關鍵節點結構優化問題，通過ANSYS語言編程，分析了丁字榫結構強度和剛度最大情況下的榫長和榫厚比，為國內局部結構關鍵節點的分析提供思路。

四、結語

目前，我國古典家具數字化進程已步入成熟階段，通過不斷學習國外先進技術，已利用數字化技術完成古典家具的信息化處理，并通過有限元分析思想優化家具結構，為后續的古典家具文化傳承和創新提供新思路。古典家具數據庫的構建不僅是對古典家具最好的保護途徑，也為后續建設以古典家具為主題的的數字博物館提供數據支撐。

參考文獻：

[1]林海.基于數字化技術的中國古典家具研究[J].家具與室內裝飾，2019（1）：28.

[2]冉險生.近景攝影測量在三維數據采集中的應用[J].現代制造工程，2018（3）：100-104.

作者簡介：肖宇帆，武漢紡織大學。