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(shù)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(shù)字博物館的建設是博物館適應時代發(fā)展的必然需求，是提高博物館管理水平、促進其自身發(fā)展的必然選擇。本文就古典家具數(shù)字博物館構建的關鍵技術展開探討。

關鍵詞：古典家具;數(shù)字博物館;信息化

一、引言

在文化遺產(chǎn)的保護傳承中，數(shù)字化技術的運用已經(jīng)成為一種全球化的趨勢?；趫D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(tǒng)等多種數(shù)字化技術為人們提供高精度高逼真的數(shù)字化信息，彌補了傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)保護中信息易老化、易失真等缺陷，在文化遺產(chǎn)的保護中發(fā)揮著越來越重要的作用。數(shù)字化技術不僅能保護和傳承文化遺產(chǎn)，而且賦予文化遺產(chǎn)以嶄新的生命。

二、古典家具藝術價值及數(shù)字化保護

中國古典家具做工精湛、造型優(yōu)美、圖案精致，承載著我國古代人民生活方式、意識形態(tài)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(fā)展史上特色鮮明。古典家具數(shù)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(shù)據(jù)庫（包括三維數(shù)據(jù)和相關的信息數(shù)據(jù)），清晰展現(xiàn)我國傳統(tǒng)家具的發(fā)展脈絡，為構建家具文化理論奠定基礎。目前國外針對數(shù)字化保護已經(jīng)形成比較完整的體系，而古典家具數(shù)據(jù)庫的建立在國內(nèi)仍處于探索階段。

三、數(shù)字博物館的信息化建設

（一）數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)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(tài)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(xiàn)古典家具全面的空間環(huán)境數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理

通過圖像數(shù)據(jù)處理軟件完成視圖拼合、噪聲去除、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分成多個小曲面數(shù)據(jù)分塊，并單獨對每塊數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。為實現(xiàn)將不同視域下的三維數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個坐標系下，需進行三維數(shù)據(jù)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(chǎn)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(tǒng)完整的古典家具三維數(shù)據(jù)庫

三維數(shù)據(jù)庫的建立是一個復雜的過程。開發(fā)人員在信息采集和后期處理的基礎之上，設定數(shù)據(jù)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(fā)。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(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)二維數(shù)據(jù)庫有相同之處，也有不同之處。傳統(tǒng)二維家具數(shù)據(jù)庫一般是利用Delphi可視化開發(fā)工具進行數(shù)據(jù)庫開發(fā)，數(shù)據(jù)庫的功能以查詢?yōu)g覽數(shù)據(jù)為主。用戶使用數(shù)據(jù)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(guī)格、形式、結構、尺寸、圖案等信息。而三維數(shù)據(jù)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(shù)字化的信息，實現(xiàn)三維動態(tài)瀏覽。用戶根據(jù)需要還可將數(shù)據(jù)導出，進行逆向設計。建立古典家具的三維數(shù)據(jù)庫不僅有利于家具企業(yè)對設計文件進行查閱和管理，而且方便設計人員共享和調(diào)用設計文件。

（四）古典家具力學結構分析

針對參數(shù)化模型的拓撲優(yōu)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(tài)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(xiàn)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?yún)?shù)化三維設計軟件，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉化后再將模型導入到ANSYS中進行網(wǎng)格劃分，最后進行外載荷加載并求解。該步驟實現(xiàn)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(jié)點結構優(yōu)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(nèi)局部結構關鍵節(jié)點的分析提供思路。

四、結語

目前，我國古典家具數(shù)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(shù)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(yōu)化家具結構，為后續(xù)的古典家具文化傳承和創(chuàng)新提供新思路。古典家具數(shù)據(jù)庫的構建不僅是對古典家具最好的保護途徑，也為后續(xù)建設以古典家具為主題的的數(shù)字博物館提供數(shù)據(jù)支撐。

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作者簡介：肖宇帆，武漢紡織大學。