基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數字文化遺產的應用

董金義

（廣西民族師范學院歷史文化與旅游學院，廣西 崇左 532200）

廣西壯族自治區左江花山巖畫文化景觀是遺存在山體崖壁上的古代圖畫，地處廣西左江及其支流明江流域。由于巖畫位于露天崖壁，受當地氣候、水文和地質條件等因素的影響，如何完整的保存現有的巖畫是目前所面臨的難題。在大數據時代建設背景下，數據庫（DB）、數字動畫和虛擬現實（VR）等技術可實現文物存檔及永久性保存。3S（GIS、RS 和GPS）技術與DB、VR 等技術相結合，可建立實物二維或三維模型空間數據庫，用于保存廣西左江花山巖畫文化遺產原有的各項形式的空間數據和非空間數據，可實現瀕危文物資源的科學、高精度和永久性的保存。同時，也可突破時間和空間限制發揮文物的價值。結合GIS 三維可視化技術、VR 技術和空間數據庫，采用合適的方式可實現廣西左江花山巖畫文化遺產科學的、高精度和永久性的保存。

目前學者關于左江花山巖畫的研究主要集中在左江花山巖畫中銅鼓的族屬、類型、傳承發展、文化功能[1-2]，左右江流域早期考古學文化及其研究價值[3]，寧明花山巖畫生物病害及其治理研究進展，后申遺時代左江花山巖畫文化遺產保護與傳承研究[4]，廣西左江花山巖畫文化影響力[5]、左江花山巖畫文化與壯族傳統服飾習俗關系[6]等方面，而關于左江花山巖畫數字文化遺產的保護與應用方面的研究較少。因此，將三維GIS、VR 技術和空間數據庫應用于廣西左江花山巖畫數字文化遺產保護具有非常重要的意義和廣泛的應用價值。構建的三維可視化系統可使左江花山巖畫遺產保護區巖畫文化景更加直觀、多角度和全方位的展現，且支持多源數據的不斷更新，也便于儲存和查找。對游客或研學者而言，三維空間給予游客或研學者“身臨其境”的感覺，利于提升景區的服務水平；對左江花山巖畫遺產保護區管理者而言，可在三維場景中模擬旅游線路或景區規劃，便于選取最優的規劃方案。

一、關鍵技術及技術路線

（一）關鍵技術

1.三維GIS

三維GIS 除了具備較強的空間數據分析與處理的能力之外，它還具有多角度呈現、多維度空間分析、多源數據管理等優勢。將三維GIS 技術應用于廣西左江花山巖畫數字文化遺產的保護，一是可將研究區空間信息更加直觀地展現出來，如多角度、全方位更加直觀地展示巖畫在空間上的分布；二是可進行多維度的空間分析，如巖畫空間擴散分析、通視性分析、日照分析、淹沒分析等；三是便于存儲與管理多源數據，如基礎數據、專題數據、三維模型等數據。

2.虛擬現實

虛擬現實可將現實中的空間數據，通過計算機、信息通信等技術模擬出現實世界中的事物。它具備沉浸性、交互性、多感知性等特點；具有不受時間和空間上的限制，模擬現實中特殊場景或難以體驗的場景等優勢。將虛擬現實技術應用于廣西左江花山巖畫數字文化遺產的保護，一是可動態模擬出研究區空間數據發展歷程或變化歷程，如左江花山巖畫不同時期分布動態演變；二是模擬多角度接觸或感受的場景，如模擬游客從不同角度近距離或直接接觸左江花山巖畫的場景。

3.3S

3S 技術是GIS、RS 和GPS 技術的統稱。如若將GIS、RS 和GPS 進行有效地集成，可實現多源數據的有效管理和綜合處理，如進行海量數據的存儲與管理、深度地數據挖掘、強大地空間分析等。將3S 技術應用于廣西左江花山巖畫數字文化遺產的保護，一是有利于獲取和管理研究區不同來源的數據；二是能夠進行深度挖掘研究區空間數據和屬性數據；三是便于進行研究區空間數據的分析。

4.空間數據庫

空間數據庫采用一定的方式將空間關系數據、屬性數據和圖形圖像數據等進行有效地存儲、組織和管理，實現用戶查詢、編輯與共享。構建廣西左江花山巖畫數字文化遺產涉及大量的數據，且具有數據來源不同、屬性不同、圖形圖像等特點，因此，需要使用到空間數據庫技術才能處理好空間關系數據、屬性數據和圖形圖像稍等數據之間的存儲、管理和編輯。

5.紋理映射技術

紋理映射就是將紋理模式映射到物體表面上的技術，其主要原理是把紋理影像復合到由幾何數據所構成的三維模型上。其關鍵之處在于如何紋理將影像與幾何或空間數據進行正確的套合。為了讓左江花山巖畫數字文化遺產保護區三維可視化場景達到逼真的效果，在三維可視化場景構建過程中需要進行紋理映射，該操作對于構建的三維場景的整體效果與紋理細節的處理具有較大的作用。此外，考慮到構建的左江花山巖畫數字文化遺產保護區三維可視化場景涉及到大量數據，在構建的三維模型不失真的情況下，對部分模型進行優化處理，其關鍵點也在于紋理的預處理及優化設置。

（二）技術路線

通過下載或收集獲取研究區的高分辨率遙感影像、DEM、地形圖、專題圖等數據，根據研究范圍對獲取的高分辨率遙感影像、DEM、地形圖和專題圖等數據進行預處理，主要包括幾何校正、鑲嵌、裁剪等。在此基礎上到左江花山巖畫數字文化遺產保護區進行實地調查，獲取景點、巖畫、建筑物等物體的經緯度、正射紋理圖片等一手數據，并使用Photoshop 對實地拍攝獲取的圖片進行相應處理。使用AutoCAD、3ds Max、Maya、Sketch Up 等軟件，按照一定比例構建廣西左江花山巖畫數字文化遺產所需的三維模型。而后基于Terra Builder 融合研究區DEM 和正射遙感影像創建三維地形文件，并在Terra Explorer Pro 中將基礎空間數據、專題數據、屬性數據、三維模型等添加到地形文件中構建廣西左江花山巖畫數字文化遺產三維可視化場景。

二、基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數字文化遺產設計

（一）總體框架設計

基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數字文化遺產三維可視化系統主要由左江花山巖畫遺產保護區三維地形、左江花山巖畫數字文化遺產三維可視化場景、左江花山巖畫數字文化遺產空間數據庫等組成。總體框架如圖1 所示。

圖1 系統總體框架

（二）空間數據庫設計

基于Skyline 的左江花山巖畫數字文化遺產空間數據庫主要涉及到基礎數據庫、專題數據庫和屬性數據庫。基礎數據庫主要包括：高分辨率遙感影像、DEM、地形圖、景區基礎數據、左江水文氣象數據、交通數據等。專題數據庫主要包括：左江花山巖畫分布、左江花山巖畫圖像展示、左江花山巖畫旅游線路等。屬性數據庫主要包括：左江花山巖畫文化景觀申遺、左江花山巖畫研學實踐教育基地、左江花山巖畫文獻研究、左江花山巖畫保護、左江花山巖畫圖像屬性和其他文檔資料等。

（三）功能設計

1.基本功能

主要包括能夠實現對圖層管理與控制、地圖縮放、平移、全圖顯示、局部顯示、定位查詢、漫游、瀏覽、路徑設置、數據聯動等；此外，還可設定用戶權限，可分為高層管理員、管理員用戶和一般用戶等。

2.分析與模擬功能設計

空間分析主要包括：路徑規劃、視域分析、緩沖區分析、地形分析、幾何測量、統計分析等；模擬功能主要包括：模擬左江花山巖畫空間發展格局、旅游線路及遺產保護區規劃等；系統能與其他相關數據庫進行數據交換等。

3.資料查詢與管理功能設計

主要包括：巖畫圖片、文檔、視頻等資料的管理與查詢。

（四）三維場景構建

1.數據組織

數據主要包括左江花山巖畫遺產保護區二維數據和三維模型。二維數據主要包括高分辨率遙感影像、DEM、紋理、景點、旅游線路、交通路線和主要建筑物等矢量和柵格數據。研究區高分辨率遙感影像、DEM、景點、旅游線路等數據可使用ArcMap10.7、ENVI 等軟件對其進行處理，如幾何糾正、影像增強、空間參考設置等操作。使用Photoshop 對野外采集的紋理數據進行后期處理。利用AutoCAD 軟件對旅游路線及建筑位置信息進行規整。三維模型主要包括左江花山巖畫核心景區、主要建筑物、標志性物體等三維模型。參照底圖數據使用3ds Max、Sketch Up 等軟件構建研究區所需要的三維模型。

2.三維場景的構建

基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數字文化遺產三維可視化場景的構建主要包括MPT 文件制作和三維地形可視化場景的構建。構建步驟主要包括：一是使用Terra Builder 創建廣西左江花山巖畫遺產保護區三維地形文件，即MPT 文件。在Terra Builder 中加載研究區正射高分辨率遙感影像和DEM 數據，創建影像金字塔，形成MPT 文件。二是使用Terra Explorer Pro 構建廣西左江花山巖畫數字文化遺產三維可視化場景，即FLY 文件。首先在Terra Explorer Pro 中加載已創建的MPT 文件，接著添加研究區景點、旅游線路、交通路線，核心景區、主要建筑物、標志性物體等三維模型，并根據三維可視化場景的效果進行圖層顯示順序、注記、三維模型等的調整和優化，最終生成所需的FLY文件。

三、基于Skyline 的廣西左江花山巖畫數字文化遺產的實現

（一）開發平臺及環境

操作系統為Windows7 及以上；本地開發環境選擇為.NET；開發工具為Microsoft Visual Studio NET 2003；客戶端腳本語言為Javascript，開發的工具選擇UltraEdit。網絡開發環境需要在服務器上進行開發和調試，本機安裝Terra Explorer 即可；客戶端需要安裝Terra Explorer ＋IE8.0 以上版本即可使用。

（二）實現功能

基于Skyline 平臺設計并開發的左江花山巖畫數字文化遺產三維可視化系統，該系統能夠實現多源空間數據的融合、瀏覽、查詢、分析及數據的有效管理等功能。具體如下。

1.基本功能

實現對了對圖層進行有效地管理與控制，可對三維可視化場景中的地圖進行縮放、平移、全圖顯示、局部顯示、定位查詢、漫游、瀏覽、路徑設置和數據聯動；在系統設置中可設定用戶權限，分為高層管理員、管理員用戶和游客等，系統管理員能對數據具有編輯權限。

2.分析與模擬功能設計

空間分析方面：可在三維可視化場景中進行旅游線路或遺產保護區的規劃；能夠選擇視點進行視域分析；指定點、線、面等進行不同范圍的緩沖區分析；實現三維可視化場景相關區域的地形分析、幾何測量、統計分析等；可模擬左江花山巖畫不同時期空間發展的格局；留有數據接口，能夠與相關數據庫進行數據的傳輸和共享等。

3.資料查詢與管理功能設計

能夠查詢和瀏覽左江花山巖畫文化景觀申遺、左江花山巖畫研學實踐教育基地、左江花山巖畫文獻研究、左江花山巖畫保護、左江花山巖畫圖像屬性和其他文檔、音頻和視頻等資料。

四、結語

大數據時代背景下，海量多源空間數據的獲取將會更加容易和便捷，三維GIS 技術應用于遺產保護區，將具有更廣闊的發展前景和應用空間。隨著信息通信技術的進步，在更多專業人員參與研究下，景區三維可視化技術將會得到一定程度的發展。基于三維GIS 技術、3S技術、空間數據庫、三維建模、紋理映射等技術實現了廣西左江花山巖畫數字文化遺產多源數據的有效融合。基于Skyline 三維GIS 平臺構建了左江花山巖畫研究區三維地形和左江花山巖畫數字文化遺產三維可視化場景，為遺產保護區數字文化遺產建設提供了一個新的平臺。該平臺可為遺產保護區管理者、政府相關部門、學者、游客和研學者提供全方位、多角度地瀏覽或查閱左江花山巖畫數字文化景觀及相關資料，可為相關決策的制定提供輔助決策支持，也可利用該平臺對遺產保護區數字文化遺產建設進行模擬開發，實現景區的健康、可持續發展。