文物如何“玩”出新花樣

◎陸朝陽

不可移動文物主要是指古代文化遺址、古建筑等，其內容廣泛，彌補了歷史和文字記錄的不足。相較于可移動文物，不可移動文物具有歷史直觀性，凡是被列為一級文化遺產的建筑物或遺址通常都受到政府的保護，未經批準不能擅自改動。然而，傳統的不可移動文物管理機制有待改善，無法保障不可移動文物的實際保護效果。這就需要采用有效的文物影像數字化采集技術，在分析不可移動文物保護現狀的基礎上對其數字化信息采集展開研究，并總結有效策略，為有效采集不可移動文物信息提供有力的支持，促使不可移動文物的影響力得到持續提高。

■不可移動文物影像數字化采集技術的理論支撐

不可移動文物

不可移動文物顧名思義就是在一般情況下不能遷移的文物。不可移動文物既指其自身不能被移動，也指其與周圍環境形成了一種相融共生、無法分割的文化特征。不可移動文物作為歷史和文化遺產的重要組成部分，包括古墓葬、古建筑、近現代重要史跡等。不可移動文物在我國的文化資產中占據重要地位，加強不可移動文物影像數字化采集和保護工作尤為必要，對促進我國文化事業可持續發展意義重大。

相關數字技術分析

數字技術伴隨電子計算機出現，能將圖片、文本、聲音、圖像轉化成電腦可識別的數字代碼。縱觀數字技術的發展歷程，雖有多種技術思路，但時間和空間上的雙向協作始終是數字技術發展的主流。從宏觀上講，數字技術經歷了由點狀到線狀的發展過程。隨著數字技術的發展，模擬技術的應用價值不斷凸顯出來。虛擬技術的出現增強了模擬技術在實際運用中的協同性和系統性，近幾年，虛擬樣機等領域取得了重大進展。

數字技術在文物保護方面的運用主要涉及計算機技術、圖像數字技術、三維虛擬技術等，從宏觀、微觀、立體三個角度對文物進行全方位記錄，并對其歷史文化進行傳承。同時還會運用到綜合應用傳感技術、海量數據處理技術、移動互聯網技術等，以數字應用信息系統為基礎，對管理方式進行創新，加強文物保護措施，推動文物保護信息化管理。此外，還可將各種信息技術與先進的管理理念相結合，從管理、保護、研究等角度構建博物館文物數字保護管理系統，大力推動文化遺產數字化保護工作可持續發展。

■不可移動文物影像數字化采集技術分析

三維激光掃描技術

在進行不可移動文物影像數字化采集時，運用三維激光掃描技術對其進行非接觸式測量，不僅可以節約人力、物力，保障施工人員的人身安全，還可以減少對文物的破壞。同時，對不可移動文物展開全范圍三維激光掃描，可以在最大程度上獲得與不可移動文物有關的各種結構數據，拓展不可移動文物的發展空間。在后期修繕相關不可移動文物時，能利用現代化技術采集的詳細三維數據，并將修繕前、修繕后的數據進行記錄和保存。采用掃描點云建模方法，可以準確記錄不可移動文物的破損、裂紋、凹陷等細節信息，將各時間段內的數據進行對比分析，呈現建筑物的損壞狀態，并對其進行全過程追蹤，以便于對現場條件進行分析，對應急方案進行模擬。

除此之外，可以對數據中的控制點進行分析，并進行配準、降噪、疊加、關聯、比對和標注等，利用BIM技術對已建成的建筑物進行復原，建立古建筑修繕數據庫。當然，也可以將生成的3D圖像模型和BIM模型進行擬合，生成基于真實場景的逼真的數字BIM模型，更加直觀地理解不可移動文物的主體信息。隨時對不可移動文物的各種信息加以收集，檢索高價值數據，為后期有效維護和利用不可移動文物提供支持，并保障每一次修繕工作都能順利進行，自動統計各種數據。

BIM 數字化模型技術

BIM數字化模型技術不只在建筑工程領域起著巨大作用，在不可移動文物影像數字化采集方面也有一定的應用價值。通過這種先進的技術能得到更多可視化的工具，整合不可移動文物的各種信息和資源，在對不可移動相關建筑的采集過程中實現資源共享和多元化信息傳遞，便于相關技術人員更好地制訂有效的管理方案。除此之外，相關團隊在后期整理不可移動文物的過程中，還可以有效應用所收集到的數字化資源，提高不可移動文物影像數字化采集和應用的效率，并進一步控制成本，避免在后期應用方面產生較大費用。

在傳統不可移動文物的保護過程中，不可移動文物資料主要以文字、圖片等形式保存。然而，這種歸檔方法的數據處理任務繁重，信息檢測過程較為復雜。而BIM技術信息模型可以通過三維數字技術對相關古建筑中的不同構件數據進行有效整合，形成專業古建筑構件數據庫，并能對虛擬古建筑三維數字化信息進行采集和模擬，為相關不可移動文物影像數字化采集提供便利，避免影響后期數字資產的應用效果。在不可移動文物影像數字化采集技術的支持下，建立完整的不可移動文物模型及數字檔案，對其現狀進行準確記錄。在此基礎上，圍繞具體的不可移動文物修繕要求和目標，根據實際情況對不可移動文物影像數字化采集涉及的圖紙數據進行綜合管理和專業的BIM模型分析。在相關模型生成后，通過模擬技術和模擬設備，進一步分析不可移動文物修繕方案的各個環節是否合理，并對極有可能出現的風險加以預測，完成修繕方案的有效優化，找到更加高效的數據采集和整理策略。與此同時，利用BIM建模技術，實現對建筑物各部位的虛擬漫游，即可切實實現不可移動文物的網格化管理。

全景影像技術

在應用VR全景技術的過程中，通過VR技術以及全景采集設備，可以全面觀察不可移動文物，并對相關圖像進行記錄和整合，用專業播放設備展示所采集到的不可移動文物的相關內容和高價值資料。觀眾可以隨意拖拽鼠標，將畫面中的任意角落盡收眼底，身臨其境地觀賞不可移動文物。同時，不可移動文物影像數字化采集技術還可以利用圖像獲取方法，建立一個基于圖像的3D模型，并與人工智能進行自動比對分析，使用者也可以將錄音材料、圖紙材料、視頻材料和文本材料等信息整合輸入照片中。傳統照相機受到攝影角度的限制，不能精確地描述攝影對象的位置，也無法記錄更多的數據信息，不利于數據信息的流通。然而，如果應用VR全景采集器，就可以針對不可移動文物的細節收集相關數據，記錄有關圖像，通過控制數字化平臺的加載時間以及各種文本資料，有效整合多種數據，并及時關注拍攝中出現的問題，實時作出調整，這樣就可以形成全景影像，對不可移動文物影像數字化采集技術的臨場信息進行有效的拍攝和展示。

延時攝影技術

在不可移動文物影像數字化采集技術中，延時攝影技術是一種在低速度下拍攝圖像并以正常速度或高速度回放圖像的技術。在運用延時攝影技術時，物體由慢變快的過程在很短的時間內展現出來，給人以區別于視覺效果的奇妙體驗。同時，延時攝影技術也可以看作高速照相的反面。延時攝影是拍攝自然風光、天文現象、都市生活、建筑施工及生物演化等主題的常用拍攝手段。如今，除了照相機之外，還有手機、行車記錄儀等拍攝工具。延時攝影技術具有操作簡便、不需要外部電源以及記錄文件在當地存儲、信息不會泄露等優點，其單機拍攝角度可達112度，覆蓋面極大，畫面清晰度較高。延時攝影技術是一種通過定時和不間斷地記錄來緩慢重現場景變化過程的方法，把多張靜態照片連在一起，從而獲得一段動態視頻。

常規影像記錄拍攝技術

照片和視頻可以對修繕工藝、工序、方法和效果等相關影像資料進行長時間保存，并把修繕前、中、后的效果直觀地記錄下來。通過對重點部位修繕的全程視頻記錄，可以有效保留操作痕跡，實現整個過程的信息追溯。此外，延時攝影技術還可以從多個角度對修復過程進行記錄，確保信息采集覆蓋面的“全”和“廣”，采用回轉式方式獲取修復過程中所需的影像資料，能夠切實增強不可移動文物影像數字采集和保護的效果。

■不可移動文物影像數字化采集技術應用思考

不可移動文物影像數字化采集技術應用現狀

由于數據生成技術的限制，當前不可移動文物影像數字化采集技術在應用過程中仍面臨諸多問題，其中最突出的有建造費用過高、制作時間過長、數據標準過于繁雜等，急需通過關鍵技術的突破來有效解決。

影像數字化采集技術已被廣泛應用于機器人導航、影視娛樂、虛擬現實等領域。其利用多個視角的影像，采用特征探測、匹配和攝像機校準等手段，實現了攝像機和場景相互關系的3D重建。同時，與當前在文物數字化制作中占據主導地位的以結構光和激光掃描為基礎的數據生成方式相比，以影像為基礎的三維重構技術因數據采集方便靈活、硬件成本低廉、自動化程度高等優點早已在文物的三維數字化領域得到應用并形成了一定規模。然而，因為這項技術的專業門檻較高，算法難度較大，所以這項技術在我國還沒有產生相應軟件，市面上的主流軟件多為Autodesk123D、SmartAcute3D和PhotoScan等。

不可移動文物影像數字化采集技術應用實踐

不可移動文物影像數字化采集技術應用實踐過程中有如下算法：基于特征提取和匹配的攝像機自標定算法、圍繞特征擴散和深度融合的密集重構算法，以及基于泊松算法的點云網絡構建和紋理一致性算法。

1.不可移動文物影像數字化采集技術相機標定，多視點攝像機的自校準是根據圖像中的景物名稱或目標名稱的相同特征點計算出攝像機與該景物之間的相對位置關系，并建立相應的圖像模型。

2.密集點云的重構，是基于攝像機定標得到的圖像模型，采用多視圖特征點匹配結合漫射、濾波等方法，實現密集點云在場景上的重構。

3.網與自動紋理映射，是基于點云數據，建立不可移動文物場景的網格化曲面，結合遮擋分析，自動進行紋理映射。

在實際情況中，利用基于影像的3D數字化軟件，將影像數字化采集技術應用于不可移動文物信息的采集過程中，其優點如下：一是模型應用對象范圍很廣。利用該方法，可以對具有豐富紋理和相對簡單結構的文物進行高精度、快速的三維建模。二是成本低。與目前國內廣泛應用的激光掃描技術相比，3D數字技術的成本可以降低1/5左右。三是不可移動文物影像數字化采集技術應用實踐的質量較高。對文物進行3D建模，其幾何精度可以達到0.2毫米，堪比一般的激光掃描儀。同時，紋理的精度與圖片高度一致，在這一點上全自動紋理映射優于激光掃描，效果可與Autodesk123D、SmartAcute3D、PhotoScan等國外軟件相媲美。

綜上所述，在現代社會持續發展的背景下，不可移動文物的數字化發展是大勢所趨。如何打破時間和空間的限制，充分發揮現有資源的優勢，使其更加完整和逼真，是不可移動文物保護面臨的重要課題。如今，在不可移動文物影像數字化采集技術的運用過程中還存在一些缺陷，在文物保護數字化工作中，不能一味求“新”，應在保護文物原貌的基礎上，對其進行選擇性利用。對此還需有針對性地開展新技術的研究，并在特定條件下進行試驗，從而切實提升不可移動文物影像數字化采集技術的應用效果，全面提高不可移動文物保護的實際水平。