可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中的應用研究*

李迎迎 孫玉琦

（1. 淮陰師范學院經濟與管理學院，淮安 223001；2. 中國科學院武漢文獻情報中心，武漢 430071；3. 中國科學院大學經濟與管理學院，北京 100190）

76.7萬處不可移動文物、1.08億件/套國有可移動文物，星散在廣闊中華大地上、綿延于歲月長河中，這些不可再生、不可替代的寶貴資源，正為億萬中華兒女注入強大的精神動力[1]。由于文物資源種類繁多、浩如煙海，如何有計劃、有組織、有目的地對文物資源進行保護、管理、組織和利用是亟待解決的問題。

文物資源具有唯一性、不可再生性、不可共享性，而文物信息資源是文物實體的數字化資源，包括文物的基礎數據信息、圖片、三維模型等，因此文物的信息資源是無限的、可再生的、可共享的[2]，而且文物信息資源的開發利用在一定程度上可以替代文物實體，應用于文物的科學研究、知識共享、鑒賞等諸多方面。館藏文物的信息化不僅是對文物的一種保護，同樣更加有利于文物信息資源的傳播，讓用戶突破時空限制，瀏覽、檢索、獲取文物知識，有利于我國傳統文化的傳播與共享。目前，已有多種數字化信息技術在文博事業中得到廣泛應用[3]，使得文物數字化保護、開發、組織、應用成為文博工作新的增長點。可視化技術是在已有多種數字化信息技術的基礎上，將館藏文物資源進行信息組織形成的數據、信息和知識進行再度提煉，形成從數據到知識的用戶可交互的可視化環境。可視化技術在館藏文物資源信息組織和服務中可以實現館藏文物的信息實體虛擬化、信息資源數字化、信息傳遞網絡化、信息利用共享化、信息提供智能化、信息展示多樣化，同時滿足用戶多維館藏文物知識需求。

館藏文物是文物類型中所占比重較大的一種類型，大多數可移動文物都屬于館藏文物的類型[4]，因此，本文以館藏文物資源為研究對象，不僅包括館藏文物的數字資源，同時還包括館藏文物的真實信息，在此基礎上著重探究館藏文物資源信息組織與服務的路徑，繼而研究館藏文物信息轉化為館藏文物可視化知識的全過程。

1 可視化技術在館藏文物資源信息組織中的應用研究

在信息資源組織方法方面，包括資源的聚類、單一維度聚合、深度聚合、多維度聚合，以及多維度聚合的融合等。信息資源組織的工具也多種多樣，包括主題詞表、元數據、本體、關聯數據、超網絡、主題圖、知識地圖等。目前，國內外在館藏文物資源信息組織方面，主要是利用元數據和本體技術進行組織，其次也有基于關聯數據的研究，而且國內外的一些文博單位都設計了屬于自己博物館的專門元數據，同時也有CIDOC-CRM本體可供借鑒和利用。如Stasinopoulou等[5]提出了基于本體的文物領域的元數據集成與融合，基于EAD和DC元數據，實現元數據到CIDOC-CRM本體模型的映射。Kakali等[6]同樣利用CIDOC-CRM本體實現了DC主題詞表與CIDOC的映射。De Boer等[7]將關聯數據引入文物領域，實現元數據和主題詞向關聯數據的轉化。值得一提的是，Rinaldi等[8]提出了開發促進包容和跨文化對話的創新服務來改進文化遺產體驗的設計，以促進跨文化交流和知識共享，而文物知識可視化則是較好的一種形式。高勁松等[9]提出了通過借助關聯數據相關技術、利用SPARQL以及HTML對館藏文物資源知識進行訪問和查詢。王超英[10]提出了基于本體的文物知識庫構建方法，并對其涉及的關鍵技術進行了研究，構建了知識庫擴充推理的框架和知識庫擴展檢索的模型，形成了滿足用戶需求的文物知識庫。

目前，可視化技術在文博領域的應用研究相對較少。Ch'ng等[11]提出了數字化時代遺產的可視化問題，包括文本、內容、空間等信息，闡述了遺產數字化的重要性。宏觀來講，文博領域的可視化研究與國家政策掛鉤，研究學者理應積極響應國家宏觀政策，加大對文物資源信息可視化的研究；微觀來講，本文所講的可視化技術在文博領域信息資源組織和服務中體現較強優勢，不僅實現館藏文物知識節點的可視化，同時將館藏文物知識關聯進行可視化，實現從館藏文物數據到館藏文物知識的完整轉化，形成用戶可交互的可視化環境。整體而言，可視化技術從文物的角度講，一定程度上提高了文物的利用價值，同時對文物的數字化保存、組織、共享及傳承具有重要的實踐應用價值。從用戶的角度來講，不僅使用戶在獲取文物資源的過程中突破時空限制，同時通過可視化技術在資源檢索過程中，額外獲取文物知識。從文物組織管理機構角度來講，可視化技術給組織管理人員提供了系統的方法思路，提出了文物資源信息組織和服務的管理方式，便于對資源的合理組織與整合。

2 館藏文物資源信息組織與服務一般過程分析

可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中應用的過程就是將館藏文物信息轉化為可視化知識的過程，從整體上可以分為信息準備、信息組織以及信息應用三大階段，以及信息獲取、信息預處理、元數據加工、本體組織、可視化表達五大環節，最終傳遞給用戶可視化文物知識的完整過程，上級環節為下級環節奠定良好的基礎和鋪墊，并保證下級環節的完成和實現，具體過程如圖1所示。

圖1 館藏文物資源信息組織與服務過程示意圖

（1）待組織館藏文物信息資源。信息準備階段又細分為信息獲取和信息預處理兩個環節，經過信息獲取和信息預處理之后的館藏文物資源才能進行有效的信息分析，繼而形成待組織的館藏文物信息資源。待組織館藏文物信息資源是進行館藏文物信息資源組織的基礎，根據可視化技術的需求，確保信息資源的純凈，避免信息垃圾的產生，提高信息組織的效率，為用戶提供更好的服務體驗。本研究中所獲取的第一手館藏文物信息資源即待組織館藏文物信息資源，主要包括公共數字博物館、高校數字博物館以及研究院所數字博物館等機構獲取的館藏文物實體數字化后的信息，繼而將這些內容進行簡單預處理之后形成的文物信息資源。由于文物信息的龐大、文物資源的異構及不定時更新等特點，使得待組織館藏文物信息資源的獲取及預處理存在較大困難和挑戰，因此本文在實證研究環節只收集某一類特色館藏文物資源進行研究。

（2）新生館藏文物知識資源。信息組織階段又細分為元數據加工和本體組織兩個環節，本研究中針對館藏文物信息資源所使用的工具特指元數據和本體，經過信息組織后的館藏文物信息資源形成新生館藏文物知識資源，在此基礎上進行可視化表達。待組織館藏文物信息資源不能滿足用戶知識資源的需求，也不能供用戶檢索、查詢和使用，必須經過一定的知識節點架構和知識關聯架構，也就是元數據加工和知識組織環節，從而形成信息與知識間的關聯與映射。本研究中的元數據加工，主要是基于館藏文物核心元數據標準對待組織館藏文物信息資源進行基礎描述，形成結構化的信息，這些結構化的信息資源已具備形成知識資源的雛形[12]。本體組織環節，主要是利用本體技術對經過元數據加工的信息資源的基本定義和關系形成概念化的明確說明，使其產生知識關聯，形成知識庫。新生知識資源主要就是經過元數據加工以及本體組織環節形成的，不再是單純的數字資源，已經具備供用戶進行知識獲取的部分功能和特性，但必須通過下一環節將新生知識資源展示出來。

（3）再生館藏文物知識資源。信息應用階段主要是將信息和用戶連接起來的中介和橋梁，通過可視化表達形成再生館藏文物知識資源，使得館藏文物信息以可視化知識地圖的形式呈現在用戶面前，便于用戶對文物知識的檢索、共享及利用。再生館藏文物知識資源是借助于由待組織館藏文物信息資源形成的新生館藏文物知識資源的知識庫，將其進行可視化地圖展示，通過知識之間的關聯模型構建館藏文物知識網絡，在此基礎上，實現館藏文物信息資源的知識推薦[13]。在本階段主要利用的是知識地圖這一關鍵技術，借助于元數據和本體所呈現的新生館藏文物知識資源之間的關系以及鏈接，經過必要的歸納、演繹、推理形成再生知識資源，利用概念知識地圖、空間知識地圖等進行館藏文物信息資源的可視化。

3 可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中的應用路徑

可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中的應用是館藏文物資源信息組織在新環境下的產物，是對傳統資源信息組織的改進和發展，同時遵循信息資源組織的一般原則和規律，由于館藏文物信息資源的特殊性、異構性等特點，形成了可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務的一些新特征，它的最終目標是為可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務提供一般的解決方案。

可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中的應用路徑（見圖2），是在此前館藏文物資源信息組織與服務過程基礎上進行模塊化設計，根據館藏文物資源的特征，融合相關技術方法，最終形成可視化文物知識的過程。

圖2 可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中應用的路徑結構圖

①信息準備階段，包括信息獲取和信息預處理兩個模塊，涉及信息獲取技術和信息預處理技術兩大支撐技術。這一階段處于框架的最底層，是對館藏文物資源進行信息組織的信息準備階段。②信息組織階段，包括元數據加工和本體組織兩個模塊，本研究中主要應用元數據技術和本體技術兩大支撐技術，完成對館藏文物信息資源知識節點的描述和關聯知識發現等目標，是可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中應用的最重要的階段。③信息應用階段，包括館藏文物資源信息可視化表達這一重要模塊，本研究中主要應用知識地圖這一支撐技術，這一階段完成了對館藏文物資源信息可視化，是將信息和知識與用戶鏈接起來進行交互的橋梁。這三個階段、五個模塊、五大支撐技術相互串聯、逐級遞進，貫穿于館藏文物資源信息組織與服務的整體過程，共同實現了館藏文物資源信息的可視化呈現功能。

3.1 信息獲取模塊

信息獲取模塊處于框架的最底層，它的主要目的是收集館藏文物數據和信息，包括數字化的文本數據、知識數據以及圖片等信息，是可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務的基礎保障，也是將館藏文物信息加入整個過程的入口。針對不同類型的數據，采用具有針對性的信息獲取技術，是該模塊實現收集數據功能的基本途徑。由于館藏文物類型多樣，收集的信息數據量也較大，本文主要通過數字博物館已有的半結構化的館藏文物數據和信息進行收集，通過數字博物館的藏品數據庫，收集館藏文物已有的相關信息。

本研究中館藏文物信息獲取主要從國家數字博物館、省級數字博物館、市級數字博物館以及高校數字博物館中獲取。目前我國的23個省、4個直轄市、2個特別行政區、5個自治區已基本擁有自己的數字博物館。除此之外，獲取途徑還包括一些特殊的文博單位，例如故宮博物院、南京博物院以及敦煌研究院。值得一提的是，高校作為教育機構，一般沒有數字博物館，但很多高校有自己的實體博物館，并在向文物實體的數字化方向轉變。

3.2 信息預處理模塊

信息預處理模塊主要是針對收集的館藏文物信息和數據進行基本的預處理，經過預處理之后的館藏文物信息就可以進入信息組織階段。這一模塊是形成待組織館藏文物信息資源的重要階段，主要是通過信息分類、信息過濾、信息抽取等信息預處理技術完成，為下一步做好充分的準備。信息預處理主要是針對目標數據集中的信息數據結構不一致、無用信息、信息缺失等問題，采用相應的信息預處理技術進行處理，從而形成所需的館藏文物資源信息。

3.2.1 信息分類

信息分類主要是利用已有的分類標準對館藏文物信息資源進行大致分類，否則收集的數據將是雜亂、無法進行處理的，再將館藏文物根據不同的屬性劃分到不同的類別中。如陳端志[14]在《博物館學通論》中，將博物館藏品分為歷史、藝術、考古三大類。曾昭燏等[15]在《博物館》中，針對博物館藏品，按歷史、藝術、科學、工藝四大類進行分類。何直剛[16]根據藏品的基本屬性，分為六大類，即政治經濟（附法律、軍事）、文化藝術、禮儀宗教、生產工具、生活用具、其他（人類、動物骨架、化石等）。除此之外，還有很多的分類標準，但目前館藏文物分類體系維度單一、粒度粗糙、類目設置不嚴謹等問題普遍存在[17]。本文在參考已有館藏文物分類標準的基礎上，根據國家文物局發布的《館藏文物登錄規范》[18]將館藏文物分為35類，所收集的館藏文物信息首先依據這35類進行大致劃分，通過初步的信息分類，為后續信息處理做好準備。

3.2.2 信息過濾

信息過濾是在完成信息分類后的下一步驟，主要是完成對不必要的信息和不需要的信息進行刪除、清洗等操作。一般情況下，由于文物的特殊性，很多資料無從查找，文物屬性字段的內容有些是缺失的，而不必要信息存在的可能性不大。

3.2.3 信息抽取

由于信息的分散性、信息來源的異構性等特點的存在，館藏文物信息抽取主要為元數據加工奠定基礎，根據元數據加工的標準和要求，解決信息數據結構不一致的情況，從非結構化的文本中抽取相關信息，能夠在元數據加工階段快速找到和瀏覽有用信息。同時對不符合條件和要求的屬性內容進行部分修改，以保持信息結構的基本一致性。

3.3 元數據加工模塊

經過信息準備階段獲取處理的信息已經成為待組織的館藏文物信息資源，接下來需要進入元數據加工模塊。此處所提的元數據加工主要是針對館藏文物信息資源知識節點進行表示，是本體組織模塊的前提和基礎，元數據加工模塊和本體組織模塊又共同構成館藏文物信息資源組織的信息組織階段，也是可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中應用的最核心階段。

元數據加工模塊的關鍵支撐技術是元數據技術，本模塊通過建立館藏文物信息資源元數據標準從而描述館藏文物知識地圖的節點知識，以形成館藏文物節點知識體系的模塊。元數據主要是描述館藏文物信息資源的微觀結構，如文物名稱、文物類型、館藏機構等，元數據在進行館藏文物信息資源描述的同時，不僅可以對館藏文物進行知識發現，同時也是實現語義組織的基礎，具有描述、標識、查找以及獲取等功能。其中，元數據的描述功能是最基本也是最根本的功能，在元數據描述的基礎上再借助本體實現語義層面的互聯。

由于元數據標準的不一致，不同文物館藏單位所采用的文物元數據標準不一致，在無法統一館藏文物元數據標準的情況下，就會涉及元數據互操作的問題[19]。由于不同元數據標準的差異性，使得元數據標準之間不能彼此兼容，就降低了元數據之間的互操作，需要通過元數據的映射來解決元數據互操作的問題。

3.4 本體組織模塊

經過元數據加工模塊處理之后的數據知識是單個的知識節點，本體組織模塊的主要目的是發現知識之間的關聯，通過知識關聯使館藏文物信息資源貫穿在一起，形成結構化的知識體系。本體組織模塊是元數據加工模塊和可視化表達模塊的中介，雜亂的知識節點很難以可視化的形式進行表達，通過知識關聯將知識節點聯系在一起，再以可視化的方式進行表達，本體組織模塊在信息組織階段占有舉足輕重的地位和作用。

本體組織模塊的主要支撐技術是本體技術，本體具有概念化（conceptualization）、明確性（explicit）、形式化（formal）、共享性（share）等特點[20]，非常符合本研究的需要，館藏文物資源信息組織的關鍵也在于實現具有共享特征的館藏文物知識的規范化說明，這與本體的定義不謀而合[21]。本研究通過構建館藏文物本體，實現館藏文物知識的關聯化，從中發現館藏文物的關聯知識，同時也為可視化表達奠定基礎。本研究采用知識地圖作為可視化表達的主要技術，而館藏文物知識地圖的構建也主要通過館藏文物本體來實現，因此本體技術也使得元數據與知識地圖之間產生了關聯，對館藏文物資源信息組織的研究起到極大的促進作用。

3.5 可視化表達模塊

可視化表達模塊是館藏文物資源信息組織與服務的最后一個模塊，是本研究所要實現的最終目標，主要是通過知識節點表示、知識關聯表示并進行可視化輸出來完成，本模塊形成了再生館藏文物知識資源。可視化表達模塊是將數據與用戶進行連接的橋梁，通過知識服務的形式達到館藏文物信息資源知識共享、知識利用、知識創新等，是可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務的最終階段，只有通過可視化表達模塊，經過以上四大模塊處理后的信息才能轉化為知識供用戶使用并進行知識發現。

本文中可視化表達模塊的支撐技術是知識地圖技術，知識地圖的輸出結果主要是經過整合之后的知識內容，并且以可視化的形式描述知識資源，知識地圖不僅可以鏈接知識內容，也可以鏈接知識線索便于知識發現。本研究中館藏文物知識通過知識地圖這種可視化技術可以將雜亂的館藏文物信息和知識形象生動地呈現在用戶面前，包括知識節點的表示、知識關聯的表示，用戶可以通過館藏文物知識地圖準確地找到所需知識，為館藏文物知識提供一種高效的知識導航工具。

4 實證研究——以青銅器為例

（1）信息準備階段。青銅器是世界文明的一種象征，而中國的青銅器在世界青銅器中享有非常高的聲譽。中國發展史上著名的青銅器時代包括夏、商、西周、春秋及戰國早期，延續時間1 600余年，中國青銅器制作精美，極具藝術價值，代表著中國四千多年青銅發展的高超技術與文化。青銅器文物作為中國文物的典型代表，具有十分重要的研究意義和學術價值。因此，本文以青銅器為例進行實證研究。

本研究主要通過各個數字博物館搜集典型的青銅器類館藏文物的信息，在此基礎上對信息進行一定的分類、過濾和抽取，最終收集到后母戊鼎、三羊銅罍、曾侯乙編鐘、大禾人面紋方鼎、東漢銅車馬、伏鳥雙尾青銅虎、鈴首曲柄青銅短劍等31個青銅器文物的一些基本信息。

（2）信息組織階段。通過設計青銅器類館藏文物的元數據以及本體構建實現館藏文物信息資源組織的前期階段，應用統一的元數據標準對館藏文物進行著錄，能夠對不同來源、不同內容的館藏文物進行有效揭示，同時還可以實現信息資源的整合。但元數據標準僅是對文物實體個體的描述，并沒有建立起這一個領域的文物之間的關系，因此需要在元數據的基礎上對青銅類館藏文物進行本體的設計與開發，以建立青銅類館藏文物之間的知識關聯。本研究主要利用本體編輯工具Protégé實現，結合文物元數據信息，基于CIDOCCRM本體構建青銅器本體（見圖3）。

圖3 青銅器本體（部分）

（3）信息應用階段。在信息應用階段，本研究主要選用The Brain知識地圖工具對館藏文物信息資源進行知識可視化。The Brain可以無限制展現知識之間的關聯，在一級類目下可以有多個子類目，甚至還可以存在跳躍類目。例如，在本研究中，根據每一個青銅器所收集的信息著錄元數據后，該青銅器的數字圖像以及所有元數據著錄信息都可以以知識元素的方式呈現，便于用戶對青銅器文物知識的精確查詢，同時還可以知識地圖可視化的形式呈現出來，便于用戶通過視覺表征發現新知識，有助于對知識的再創造。除此之外，還可以以知識地圖可視化的形式展示其不同層級上位類的實例及其知識關聯，并以網狀結構進行呈現，而非單純的線性結構。因此，既可以呈現青銅器的各個類型以及各個青銅器類型之間的關聯，也可以呈現青銅器類型與青銅器知識節點之間的關聯，還可以看出青銅器知識節點與知識節點之間的關聯，這就將所有的青銅器類型貫穿在一個網絡中，用戶可以一目了然，極大地增加了用戶檢索查詢的便利性，縮短了用戶的檢索時間，提高了效率，充分體現了可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中應用的作用和價值。

5 結語與展望

本文基于信息資源組織的一般過程，結合館藏文物的資源特點，并從知識可視化的角度，在借鑒前人研究的基礎上，構建可視化技術在館藏文物資源信息組織與服務中應用的框架，并分析該框架的功能，從數字化和可視化的角度對館藏文物信息資源組織進行了探索性的嘗試。由于館藏文物信息資源的多樣性和異構性，基于可視化技術的館藏文物信息資源的組織與服務工作還需融入新技術與新理念，將智能化技術與服務融入館藏文物信息資源組織中，以期為整個文博事業的發展提供一定的借鑒，促進館藏文物知識的創新及再利用，實現館藏文物的文化知識傳承。