宋伯涵

摘 要：北京市大葆臺西漢墓博物館在文物數(shù)字化實踐探索過程中立足自身特點，充分考慮文物本體安全等諸多因素，開展了三維掃描、虛擬現(xiàn)實展示等一系列文物數(shù)字化工作。文章即以這些工作實踐為基礎(chǔ)，探討技術(shù)應(yīng)用過程中反映出的優(yōu)勢與問題。

關(guān)鍵詞：博物館;文物數(shù)字化;三維掃描;虛擬現(xiàn)實

當今時代背景下，借助數(shù)字化技術(shù)的創(chuàng)新成果，努力讓博物館豐富的文物資源充分發(fā)揮作用，提升公眾對歷史文化的了解，成了博物館工作的重要內(nèi)容。①文物數(shù)字化可以使遺產(chǎn)保護與展示得以兼顧，滿足博物館在保護、研究、展示、傳播等多領(lǐng)域的需求。

北京市大葆臺西漢墓博物館是北京地區(qū)唯一一座原址展示漢代王陵的遺址性博物館，其漢代“黃腸題湊”墓在業(yè)界具有獨特地位。該館自1983年建成開館以來已30余年，建筑主體結(jié)構(gòu)早已超過設(shè)計壽命，因建筑存在安全隱患現(xiàn)已處于閉館改擴建狀態(tài)。館藏可移動文物也已搬遷至館外庫房保存。根據(jù)博物館當前情況，無論是文物保護、科學研究還是教育展示，文物數(shù)字化工作都顯得尤為緊迫和重要。

1 文物的三維掃描與數(shù)字化檔案的建立

文物信息的采集是數(shù)字化工作的前提和基礎(chǔ)。②近年來，北京市大葆臺西漢墓博物館持續(xù)致力于推進遺址和館藏可移動文物的三維掃描工作，現(xiàn)已采集完成了整個大葆臺一號墓遺址的三維數(shù)字化信息。在館藏可移動文物方面，已完成了全部珍貴文物及部分一般文物的三維掃描工作，建立了較為完善的數(shù)字檔案。通過對館藏文物進行三維數(shù)字化保護與信息采集，我們進一步完善了館藏文物的數(shù)據(jù)信息，加強了文物的保護和利用，初步實現(xiàn)了文物資源數(shù)字化保存。

1.1 遺址的三維掃描

遺址掃描工作主要采用了FRAO X330地面式三維掃描儀和FRAO Freestyle3D手持掃描儀兩種設(shè)備。由于既要確保文物安全這一首要前提，又要兼顧盡量保證數(shù)據(jù)的完整性，再加上遺址內(nèi)部工作空間的狹窄性，使掃描工作充滿了困難。此種困難尤其表現(xiàn)在掃描站點的布設(shè)上：掃描點架設(shè)時需要對遺址進行充分避讓，這又對后期的拼接融合造成一定的影響。一些過于狹窄的區(qū)域只能使用手持掃描儀，最后再進行數(shù)據(jù)的融合。

遺址掃描過程中使用的紋理采集方法并不是對遺址掃描時同步獲取，這是因為采用直接掃描同時獲取三維點云和表面紋理的方法對現(xiàn)場光線要求高，相關(guān)儀器的可靠性問題在現(xiàn)有技術(shù)條件下也較難解決。因此，我們另辟蹊徑，先通過掃描三維模型，然后使用數(shù)碼相機對文物不同角度的紋理進行拍照，在后期處理中進行紋理貼圖，以形成真實度較高的三維場景。實踐證明這一方法采集效率高、經(jīng)濟性好，成品效果也有保證。

1.2 可移動文物的三維掃描

館藏可移動文物的掃描工作主要采用的是Artec spider和Artec EVA兩款掃描儀，這兩款儀器都是手持式掃描儀，掃描操作角度比較靈活，在掃描過程中可以盡量減少翻轉(zhuǎn)或挪動文物。使用Artec配套的軟件工具即可對文物三維數(shù)據(jù)進行采集和合成。掃描儀能穿透透明材質(zhì)，所以在掃描部分文物時配合使用了玻璃材質(zhì)的工裝，但也是由于這一特性，此技術(shù)對于玉器、瑪瑙器這類有一定透明度的文物掃描還存在一定的局限性。

主要的紋理采集工作還是依靠數(shù)碼單反相機完成的，雖然Artec EVA本身帶有紋理采集功能，但是在采集三維數(shù)據(jù)的同時控制現(xiàn)場光線比較困難，且其掃描精度不及Artec spider，難以更好地完成細節(jié)捕捉。

2 通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)將文物數(shù)字化成果應(yīng)用于教育展示

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是由虛擬仿真技術(shù)、顯示技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能等多種計算機技術(shù)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在社會諸多行業(yè)愈發(fā)受到重視，其價值亦在博物館領(lǐng)域得到切實體現(xiàn)。①近幾年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷成熟與運用正好解決博物館閉館狀態(tài)下無法參觀遺址的問題，即通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，把遺址“裝進口袋”進行巡展，生動地展示遺址原貌，拓展參觀體驗。北京市大葆臺西漢墓博物館在遺址三維掃描等文物數(shù)字化工作的基礎(chǔ)上開發(fā)了以墓室探索、虛擬展廳等基于沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的科普互動展示項目，適合全年齡段觀眾體驗。

實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實展示的基本技術(shù)路線：利用三維掃描技術(shù)獲得點云數(shù)據(jù)，拍照采集紋理，經(jīng)過拓撲、貼圖生成三維場景，并將三維場景導入Unity3D，通過搭載VR設(shè)備的計算機實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實體驗。

如果采用直接掃描封裝的模型點云數(shù)據(jù)量是巨大的，展示平臺也無法支撐，且掃描數(shù)據(jù)在某些遮擋地方是完全掃描不到的，所以就需要利用拓撲的方法來重新建模。拓撲是在掃描模型的基礎(chǔ)上重新繪制網(wǎng)格。這一方法大大降低了數(shù)據(jù)量，將高模變成了低模，從而能在展示平臺上流暢運行。

Unity3D原本是一種游戲開發(fā)工具軟件，其具備功能強大的渲染引擎，可搭建視覺擬真度極高的展示環(huán)境，并且支持多平臺發(fā)布，可應(yīng)用于多種終端設(shè)備。在Unity3D下憑借相關(guān)腳本即可實現(xiàn)場景漫游功能，其展示效果真實，可支持較高畫質(zhì)，適用于具有沉浸式用戶體驗的虛擬現(xiàn)實展示。將建立好的遺址場景導入Unity3D制成交互式體驗程序，結(jié)合沉浸式虛擬現(xiàn)實設(shè)備，就可以讓體驗者置身于虛擬場景。

在大葆臺西漢墓博物館近兩年的社教活動中（進社區(qū)、進學校、臨時展覽等），虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過上述虛擬現(xiàn)實技術(shù)方案的具體實施，大葆臺西漢墓博物館將龐大的一號墓遺址濃縮為大小僅有百兆級的應(yīng)用文件，然后依托電腦和VR設(shè)備將遺址“帶”出博物館，“帶”進公眾的視野里。這種在博物館處于閉館改擴建狀態(tài)下利用新技術(shù)發(fā)展舊設(shè)施的辦法，從一定程度上解決了無法參觀遺址的問題，同時又開拓了新的參觀領(lǐng)域。這是因為即使在博物館正常開放狀態(tài)下，出于文物安全的考慮，觀眾是無法進入墓室里面隨意參觀的。有賴于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的合理利用，觀眾可以在虛擬環(huán)境下的墓室中行走，沉浸感受“黃腸題湊”，近距離觀察車馬坑遺址，這些都是在傳統(tǒng)參觀方式中無法實現(xiàn)的。

3 積極推動文物數(shù)字化成果在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的傳播

虛擬現(xiàn)實展示系統(tǒng)，雖然有比較好的交互體驗和沉浸感受，但受制于技術(shù)和成本因素，只能是在博物館內(nèi)設(shè)置體驗區(qū)域或是攜帶設(shè)備前往條件允許的臨時場地開展社教活動。而通過智能手機等移動端的三維展示則可以不受場地的束縛，隨時隨地觀看三維展覽。利用便捷的網(wǎng)頁瀏覽模式進行藏品三維展示，是博物館廣泛發(fā)動大眾參與、激發(fā)文化活力的一種積極嘗試，值得進一步地深入探索。博物館教育工作在新媒體平臺上具有深厚的發(fā)展?jié)摿?，北京市大葆臺西漢墓博物館依托文物數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，積極探索讓文物資源在網(wǎng)絡(luò)空間充分發(fā)揮作用的新途徑，對接“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，成功擴大了博物館服務(wù)的覆蓋面。

為了積極推動文物數(shù)字化成果在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的傳播，讓觀眾更加便捷地享受社會文化資源，在文物數(shù)字化工作中開始嘗試采用基于WebGL的三維展示系統(tǒng)。此系統(tǒng)無須借助插件即可直接通過瀏覽器獲得較高質(zhì)量的文物三維視覺體驗。當前的主流瀏覽器和移動系統(tǒng)對WebGL標準都具有良好的支持。用戶可通過PC或智能手機等設(shè)備直接在網(wǎng)頁端進行便捷的三維瀏覽?；赪ebGL的三維展示系統(tǒng)相比較于手機應(yīng)用程序瀏覽的方式，因為把全部的三維數(shù)據(jù)和渲染工作都放在了服務(wù)器上，所以不受限于設(shè)備的操作系統(tǒng)，具有更好的多平臺兼容性，無須安裝，不會大量占用移動設(shè)備的存儲空間，對手機的硬件性能要求也較低，主要需求只是瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)連接。

文物在互聯(lián)網(wǎng)中的三維展示，依舊是基于文物三維掃描數(shù)據(jù)，通過3DS MAX進行數(shù)據(jù)處理，以點云模型為基礎(chǔ)再次建模，降低數(shù)據(jù)量便于應(yīng)用。而后使用Mudbox制作貼圖。通過以上兩步完成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整合，就進入了展示系統(tǒng)的開發(fā)流程。此前在虛擬現(xiàn)實體驗和PC端瀏覽的程序都是基于Unity3D制作的。Unity3D是一款功能強大的渲染引擎，應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實展示系統(tǒng)可以提供較高的畫質(zhì)和更完善的體驗，但是網(wǎng)頁端的兼容性較差，往往需要安裝一些特定插件②，很難滿足在手機或瀏覽器上便捷觀看的需求。利用WebGL構(gòu)建藏品三維展示系統(tǒng)的工作流程中，需要提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使用Three.js引擎作為開發(fā)平臺，輔助生成模型、各種矩陣和材質(zhì)，并最終封裝為人類能看懂的三維圖像。在這一展示系統(tǒng)中，所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都需要上傳服務(wù)器進行調(diào)試，用戶查看時也是通過瀏覽鏈接從服務(wù)器調(diào)取數(shù)據(jù)。瀏覽鏈接可以在博物館網(wǎng)站和微信公眾平臺等多種渠道發(fā)布或通過二維碼方式進行推廣。

4 文物數(shù)字化工作中遇到的問題與思考

在上文中已經(jīng)充分介紹了文物數(shù)字化的優(yōu)勢，但是在實踐過程中產(chǎn)生的問題與不足更值得我們注意。

4.1 文物數(shù)字化展示與傳播中對于觀眾群體的限制

博物館是面向社會公眾的，其所開展的社教活動應(yīng)當是針對各個層面、年齡階段的公眾人群的。高新技術(shù)的出現(xiàn)，面臨著人群接受度差異的挑戰(zhàn)。對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)來說，最大的問題就是要讓不同年齡段的人能夠適應(yīng)并且接受的展示手法。在我們的社教活動中，可以發(fā)現(xiàn)青少年容易接受這種體驗，而老年人相對抵制。另外，由于個人身體狀況的不同，在使用這種沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)時，有的人會出現(xiàn)暈眩不適甚至嘔吐的情況。而這一問題目前還沒有較好的解決方案。

4.2 技術(shù)和成本問題

在傳播推廣領(lǐng)域這一問題尤其需要注意，目前實現(xiàn)移動端瀏覽的常見方法是將三維展示系統(tǒng)開發(fā)成一款手機應(yīng)用程序①，這樣三維數(shù)據(jù)和渲染都需要依靠手機本身的存儲和運算能力。雖然顯示效果好，但是對設(shè)備本身的硬件要求高，而且需要根據(jù)不同移動系統(tǒng)開發(fā)相對應(yīng)的手機應(yīng)用程序，并且要求使用者下載安裝。這樣無形中就抬高了使用門檻，可能會將許多觀眾拒之門外，這是作為公眾文化教育機構(gòu)的博物館所不愿看到的。最初在微信公眾平臺的運營過程中我們也曾經(jīng)嘗試對藏品進行三維展示，但是受制于當時的技術(shù)條件，只能將三維圖像轉(zhuǎn)換為動畫文件上傳，只能觀看以固定方式變換觀賞角度的文物三維圖像，而無法進行交互，這樣觀眾的體驗感就大打折扣?；赪ebGL的三維展示系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地解決了這一技術(shù)問題。

4.3 文化遺產(chǎn)本身的信息無法得到充分體現(xiàn)

文化遺產(chǎn)本身包括非常龐大的信息量，如文物背后的故事。這些信息目前受限于現(xiàn)有技術(shù)和成本的問題，無法在觀眾體驗過程中得到交互式反饋。未來希望能通過與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，使這些信息不再局限于學術(shù)研究資料中，而是讓大眾都可以去理解和體驗，變成人人都可以主動獲取的文化產(chǎn)品。

5 結(jié)語

在執(zhí)行過程中首先明確目的與需求，不盲目地過度追逐最新技術(shù)，而是力圖使用已經(jīng)相對成熟和可靠的技術(shù)達到預期效果。遺址類博物館由于自身特點，其在文物數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用上需要區(qū)別對待、具體分析。遺址類博物館針對遺址本身進行的技術(shù)應(yīng)用需要充分考慮到遺址本身的安全性以及遺址內(nèi)光線、復雜格局等問題，應(yīng)揚長避短，充分發(fā)揮文物數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢。新技術(shù)的應(yīng)用，最終還要從博物館自身實踐角度出發(fā)，分析利弊，選擇最適合的解決方案。