韓保鑫

（黑龍江省博物館 黑龍江 哈爾濱 150001）

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用

韓保鑫

（黑龍江省博物館 黑龍江 哈爾濱 150001）

文物數(shù)字化已成為文保研究中的重要工作，運用現(xiàn)代科技手段，使出土文物得到及時有效的修復(fù)、保護(hù),使藏品保管信息系統(tǒng)化，文章從幾個角度介紹了三維掃描技術(shù)、二維圖像技術(shù)及信息管理數(shù)字化平臺的建立對文物保護(hù)信息數(shù)字化的應(yīng)用。

文物保護(hù)；信息；數(shù)字化

文物是縱觀古文明的載體，是中國五千年文明史的見證，是不可再生、不能替代的歷史文化遺產(chǎn)。隨著年代久遠(yuǎn)，遭遇了日曬、風(fēng)化、土埋、水浸、脫水、腐蝕等各種破壞，如果不及時加以修復(fù)保護(hù)，這些文物隨時間流逝日益糟化，精美的面貌和實體最終走向消亡。塵封千年的文物出土后，如何善加修復(fù)，妥善保存，如何讓地域更為廣泛和年代更為深遠(yuǎn)的人們能夠永恒共享到這些精美文物及其中所蘊含的文明，這就要求文物保護(hù)工作者對其特定的價值充分認(rèn)識，恰當(dāng)?shù)闹贫ūＷo(hù)、修復(fù)措施，以便獲得文物保護(hù)的成功。

傳統(tǒng)的文物修復(fù)主要依靠文物修復(fù)人員對殘缺文物的判斷和手工拼合來完成的，修復(fù)人員需要有大量的人文、歷史、美術(shù)、考古等知識基礎(chǔ)，同時還需要有很高的手工工藝經(jīng)驗和技巧。近年來,在傳統(tǒng)的修復(fù)、保護(hù)工藝得到繼承發(fā)揚的同時,先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)代信息科技的廣泛應(yīng)用，使出土文物的保護(hù)、加固、修復(fù)技術(shù)取得長足進(jìn)展,借助先進(jìn)的多媒體和虛擬現(xiàn)實技術(shù)來對我國古代文化遺產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化、展示和有效保護(hù)，通過非接觸式的數(shù)據(jù)采集及光學(xué)測量技術(shù)，可以永久地保存文物信息，減少人為因素對文物的損壞，如果借助于互聯(lián)網(wǎng)，可以快速地實現(xiàn)資源共享，提高工作效率。文物保護(hù)修復(fù)正從手工藝行業(yè)逐漸發(fā)展成獨立的技術(shù)學(xué)科,形成完整的體系。

隨著信息化時代的深入發(fā)展以及計算機(jī)技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字存儲與傳輸技術(shù)的全面普及，人們在工作、生活中對信息的加工、存儲、查詢、利用越來越便利，文物數(shù)字化保護(hù)也是如此，作為文物研究的重要輔助手段，文物數(shù)字化保護(hù)技術(shù)不僅能信息記錄、存儲，還能根據(jù)文物材質(zhì)特點，利用數(shù)字化技術(shù)，或三維掃描方式，提供虛擬文物，供人們研究和欣賞。國外最為著名的有斯坦福大學(xué)的“米開朗基羅項目”,該項目將包括著名的大衛(wèi)雕像在內(nèi)的10座雕塑數(shù)字化,其中大衛(wèi)雕像模型包括2億個面片和7000幅彩色照片[1]；國內(nèi)文物數(shù)字化項目主要有:故宮博物院與日本凸版印刷株式會社合作的數(shù)字故宮項目[2]；浙江大學(xué)開發(fā)的敦煌石窟虛擬漫游與壁畫復(fù)原系統(tǒng)；秦兵馬俑博物館與西安四維航測遙感中心合作的“秦俑博物館二號坑遺址三維數(shù)字建?！表椖康取?/p>

一、文物信息數(shù)字化下的文物保護(hù)

文物信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化，可將文物本身所承載、附加的物理特性、歷史地理信息、人文價值全部包含進(jìn)去。文物信息以數(shù)字化的形式保存，可不受時空的限制，在線提供文物資料查詢功能，更簡單、有效地為相關(guān)單位研究課題提供便利。而且，建設(shè)數(shù)字化系統(tǒng)，一次投資以后，可以無限次使用。文物信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化，也使我們在對文物進(jìn)行研究或觀測時，可脫離文物實體，減少了文物在搬運、移動過程中可能出現(xiàn)的意外。

我國博物館的數(shù)字化建設(shè)自2001年9月啟動的“文物調(diào)查及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建設(shè)”項目起，故宮博物院組建了資料信息中心，開通了院內(nèi)的計算機(jī)光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和各類管理型數(shù)據(jù)庫，建立了國際網(wǎng)站，使遠(yuǎn)在異地的人們就可以通過網(wǎng)絡(luò)暢游這座神秘的宮殿，一窺它雄奇瑰麗的建筑和琳瑯滿目的文物。浙江大學(xué)也與敦煌研究院合作，利用計算機(jī)存儲與圖像處理以及數(shù)字?jǐn)z影測量等技術(shù)，對敦煌壁畫和石窟檔案文獻(xiàn)資料進(jìn)行了信息保存，并有限地實現(xiàn)了敦煌洞窟壁畫的實景漫游，這對減少敦煌洞窟的參觀人數(shù)，最大程度保護(hù)這一世界瑰寶起到了一定的作用。

二、文物保護(hù)數(shù)字化技術(shù)的幾個方向應(yīng)用

現(xiàn)代設(shè)計與制造技術(shù)的引入，將文物修復(fù)與現(xiàn)代化的計算和制造技術(shù)結(jié)合，形成新的技術(shù)增長點，減少了修復(fù)技術(shù)人員大量的手工工作量，改善了工作環(huán)境，給修復(fù)工作者提供了更好的發(fā)揮想象力的條件，同時可以減少在修復(fù)過程中對文物的損傷，提高文物修復(fù)的質(zhì)量。

1.三維激光掃描技術(shù)對文物修復(fù)保護(hù)的作用。隨著計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)視覺等學(xué)科的不斷完善，數(shù)字技術(shù)使文物修復(fù)方式更加便利，利用數(shù)字化平臺，拍攝，掃描等方式對文物的形狀、大小、顏色數(shù)據(jù)的錄入，完成重建物體從平面像素點到三維空間點的轉(zhuǎn)化，三維掃描技術(shù)能實現(xiàn)非接觸測量，且具有速度快、精度高的優(yōu)點。同時可運用3DSMAX，AUTOCAD等計算機(jī)輔助設(shè)計創(chuàng)建模塊，便于對文物本身的數(shù)據(jù)測量，鑒定，或復(fù)原紋飾，創(chuàng)建新的仿制品，這對文物數(shù)字化保存、展示等有著重要作用。

精準(zhǔn)重建出的文物三維模型在永久保存文物原貌、文物鑒賞和研究、文物修復(fù)等方面有著重要的意義，同時利用虛擬實現(xiàn)手段對數(shù)字化三維文物模型進(jìn)行三維可視化展示，改變了傳統(tǒng)文物展示模式，人們可身臨其境的在三維虛擬環(huán)境中多角度游覽。

2010年8月20日，在內(nèi)蒙古博物院召開的吐爾基山遼墓出土文物3D信息采集系統(tǒng)研發(fā)初步成果展示會上，內(nèi)蒙古吐爾基山遼墓中出土的珍貴文物之一——鏨花鎏金龍紋銀盒，可以通過觸摸屏360度仔細(xì)觀看它的每個細(xì)部；如果你是研究者，只需點擊就能得到器物上任何一個點的三維數(shù)據(jù)，還可以任意選取兩個點得到精確到小數(shù)點后三位的毫米單位的測量數(shù)據(jù)。甚至連銀盒上龍紋的起伏度都能知道；如果這件文物要外出展覽，只要將它的三維數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化機(jī)床，即可制作出類似翻模般嚴(yán)絲合縫的包裝，完全無觸摸。所有這一切，都能在計算機(jī)上完成。

通過三維掃描和高清照相等采集手段獲取文物的三維數(shù)據(jù)和色彩紋理信息，建立實物三維模型數(shù)據(jù)庫，保存文物原有的各種形式數(shù)據(jù)和空間關(guān)系等三維數(shù)據(jù)。實現(xiàn)文物數(shù)據(jù)的科學(xué)、精準(zhǔn)、翔實和永久保存。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還實現(xiàn)了文物三維信息的自動管理、檢索、報表及展示等功能。此外，利用取得的數(shù)據(jù)開發(fā)互動虛擬展陳產(chǎn)品，提升展陳質(zhì)量。同時，三維數(shù)據(jù)還被用于加工文物的無觸摸包裝，大幅度提高文物包裝的保護(hù)作用。

2.文物影像技術(shù)對文物修復(fù)的意義。數(shù)字化的文物信息不但把存儲介質(zhì)由紙質(zhì)上升為磁光介質(zhì)，而且所保存的文物本體信息及其衍生信息更加全面、精確。文物影像技術(shù)能夠全方位、多層面記錄的文物實體的數(shù)字化影像，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)是通過獲取一系列物體對象的照片，解析演算出物體空間外形的技術(shù)方法[3]，高倍率的文物影像突破了肉眼的限制，能夠為研究部門及參觀者提供多角度的研究、觀測數(shù)據(jù)。浙江大學(xué)潘云鶴院士基于敦煌工作者經(jīng)驗知識利用計算機(jī)輔助工具對古代敦煌莫高窟壁畫的數(shù)字化保護(hù)與修復(fù)研究，對敦煌壁畫虛擬復(fù)原及演變模型研究、綜合變褪色機(jī)理及壁畫風(fēng)格的色彩演示技術(shù)發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)有[4-6]。利用數(shù)字化圖像沒有破壞性、效率高的特點,對由于保護(hù)的不當(dāng)和環(huán)境因素的影響使作畫的顏料變色、褪色和載體材料老化,失去了原有的面貌的古畫，基于顏色調(diào)整，進(jìn)行恢復(fù),對古畫的彩色對比度進(jìn)行增強并用紋理合成的方法，對古畫中殘損的地方進(jìn)行修補。對古畫的保護(hù)與修復(fù)具有重要的參考意義。

3.數(shù)字化信息采集、存儲與數(shù)字化博物館的建立。實體博物館的信息是依附于藏品存在的。由于藏品具有不可再生和無可替代的特點，所以各博物館十分重視其安全，非常強調(diào)“保護(hù)為主”的原則，以求最大限度保持藏品原狀，盡可能減少藏品的自然、人為損壞，實現(xiàn)長久保存，但也難免使藏品保管帶有“重藏輕用”的傾向。此外，在藏品保管過程中會產(chǎn)生各種信息記錄，如館藏文物的入庫憑證、目錄卡、文物總帳、分類帳、影像資料、鑒定材料、相關(guān)論著、保護(hù)修復(fù)記錄等。這些資料包含了大量的學(xué)術(shù)、管理信息，具有重要的價值。在過去，這些繁瑣的信息保管工作完全依靠人工，不僅消耗了大量的人力、物力，也制約了博物館的效率和對資料的有效研究，在一定程度上影響了博物館藏品的保護(hù)和利用。

文物數(shù)字化信息的建立以文字、符號、圖像等形式，記錄、描述、復(fù)制、加工在數(shù)字載體上，借助虛擬現(xiàn)實、三維空間、影像、聲音等途徑，來彌補文物實體因受到條件限制而不能經(jīng)常更換或展出的缺陷。由于建立了數(shù)字檔案，除展出、保養(yǎng)外，一般無須提取文物本身，大大減少了受損壞的風(fēng)險，有利于文物的保護(hù)。更為重要的是，數(shù)字化系統(tǒng)可將藏品按質(zhì)地、形狀、年代等條件科學(xué)地歸類存放。管理者借助計算機(jī)的統(tǒng)計功能，能方便快捷的有效檢索到藏品及相關(guān)資料存放的具體位置。

文物作為人類文明的歷史遺產(chǎn)，經(jīng)過多年的陳放，環(huán)境或人為等因素對文物的影響，從文物的表面到內(nèi)部，都可能存在各種各樣的問題，從文物保護(hù)的角度，利用現(xiàn)代科技技術(shù)平臺提出文物保存環(huán)境質(zhì)量的綜合評價報告，制定嚴(yán)格的文物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以便正確判斷文物應(yīng)采取的有效保護(hù)措施。從文物研究和技術(shù)應(yīng)用的角度，采用各種數(shù)字化信息技術(shù)，更加便利、節(jié)約成本的作用。打破傳統(tǒng)文物研究中文物實體易損壞、不易搬動以及所承載的信息資料分散、無序等難點，將那些常年沉睡于庫房的不方便研究的文物喚醒，使其真正為文物研究起到應(yīng)有的作用。

[1]LevoyM,PulliK.The Digital Michelangelo Project:3D scan-ning of large statues[C]//Siggraph’2000.[s.l.]:ACM Press,2000.

[2]徐虎.虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于故宮文物保護(hù)[J].中國文化遺產(chǎn),2004(3):79-81

[3]黃桂平.數(shù)字近景工業(yè)攝影測量關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].天津大學(xué)，2005

[4]吳玉涵.周明全.三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用.計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展.2009(9):173-175

[5]田野.博物館數(shù)字化之路的起點[N].光明日報，2007-01-17

[6]張序貴,朱利容.黑白像錦紋織CAD設(shè)計及產(chǎn)品開發(fā)[J].絲綢，2008(1):13-14.