董金義

（廣西民族師范學(xué)院歷史文化與旅游學(xué)院，廣西 崇左 532200）

廣西壯族自治區(qū)左江花山巖畫(huà)文化景觀是遺存在山體崖壁上的古代圖畫(huà)，地處廣西左江及其支流明江流域。由于巖畫(huà)位于露天崖壁，受當(dāng)?shù)貧夂?、水文和地質(zhì)條件等因素的影響，如何完整的保存現(xiàn)有的巖畫(huà)是目前所面臨的難題。在大數(shù)據(jù)時(shí)代建設(shè)背景下，數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）、數(shù)字動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)文物存檔及永久性保存。3S（GIS、RS 和GPS）技術(shù)與DB、VR 等技術(shù)相結(jié)合，可建立實(shí)物二維或三維模型空間數(shù)據(jù)庫(kù)，用于保存廣西左江花山巖畫(huà)文化遺產(chǎn)原有的各項(xiàng)形式的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)瀕危文物資源的科學(xué)、高精度和永久性的保存。同時(shí)，也可突破時(shí)間和空間限制發(fā)揮文物的價(jià)值。結(jié)合GIS 三維可視化技術(shù)、VR 技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)，采用合適的方式可實(shí)現(xiàn)廣西左江花山巖畫(huà)文化遺產(chǎn)科學(xué)的、高精度和永久性的保存。

目前學(xué)者關(guān)于左江花山巖畫(huà)的研究主要集中在左江花山巖畫(huà)中銅鼓的族屬、類(lèi)型、傳承發(fā)展、文化功能[1-2]，左右江流域早期考古學(xué)文化及其研究?jī)r(jià)值[3]，寧明花山巖畫(huà)生物病害及其治理研究進(jìn)展，后申遺時(shí)代左江花山巖畫(huà)文化遺產(chǎn)保護(hù)與傳承研究[4]，廣西左江花山巖畫(huà)文化影響力[5]、左江花山巖畫(huà)文化與壯族傳統(tǒng)服飾習(xí)俗關(guān)系[6]等方面，而關(guān)于左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護(hù)與應(yīng)用方面的研究較少。因此，將三維GIS、VR 技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用于廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)保護(hù)具有非常重要的意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。構(gòu)建的三維可視化系統(tǒng)可使左江花山巖畫(huà)遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)巖畫(huà)文化景更加直觀、多角度和全方位的展現(xiàn)，且支持多源數(shù)據(jù)的不斷更新，也便于儲(chǔ)存和查找。對(duì)游客或研學(xué)者而言，三維空間給予游客或研學(xué)者“身臨其境”的感覺(jué)，利于提升景區(qū)的服務(wù)水平；對(duì)左江花山巖畫(huà)遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)管理者而言，可在三維場(chǎng)景中模擬旅游線(xiàn)路或景區(qū)規(guī)劃，便于選取最優(yōu)的規(guī)劃方案。

一、關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)路線(xiàn)

（一）關(guān)鍵技術(shù)

1.三維GIS

三維GIS 除了具備較強(qiáng)的空間數(shù)據(jù)分析與處理的能力之外，它還具有多角度呈現(xiàn)、多維度空間分析、多源數(shù)據(jù)管理等優(yōu)勢(shì)。將三維GIS 技術(shù)應(yīng)用于廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護(hù)，一是可將研究區(qū)空間信息更加直觀地展現(xiàn)出來(lái)，如多角度、全方位更加直觀地展示巖畫(huà)在空間上的分布；二是可進(jìn)行多維度的空間分析，如巖畫(huà)空間擴(kuò)散分析、通視性分析、日照分析、淹沒(méi)分析等；三是便于存儲(chǔ)與管理多源數(shù)據(jù)，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)、三維模型等數(shù)據(jù)。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)可將現(xiàn)實(shí)中的空間數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)、信息通信等技術(shù)模擬出現(xiàn)實(shí)世界中的事物。它具備沉浸性、交互性、多感知性等特點(diǎn)；具有不受時(shí)間和空間上的限制，模擬現(xiàn)實(shí)中特殊場(chǎng)景或難以體驗(yàn)的場(chǎng)景等優(yōu)勢(shì)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護(hù)，一是可動(dòng)態(tài)模擬出研究區(qū)空間數(shù)據(jù)發(fā)展歷程或變化歷程，如左江花山巖畫(huà)不同時(shí)期分布動(dòng)態(tài)演變；二是模擬多角度接觸或感受的場(chǎng)景，如模擬游客從不同角度近距離或直接接觸左江花山巖畫(huà)的場(chǎng)景。

3.3S

3S 技術(shù)是GIS、RS 和GPS 技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)。如若將GIS、RS 和GPS 進(jìn)行有效地集成，可實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的有效管理和綜合處理，如進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理、深度地?cái)?shù)據(jù)挖掘、強(qiáng)大地空間分析等。將3S 技術(shù)應(yīng)用于廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)的保護(hù)，一是有利于獲取和管理研究區(qū)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)；二是能夠進(jìn)行深度挖掘研究區(qū)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)；三是便于進(jìn)行研究區(qū)空間數(shù)據(jù)的分析。

4.空間數(shù)據(jù)庫(kù)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)采用一定的方式將空間關(guān)系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和圖形圖像數(shù)據(jù)等進(jìn)行有效地存儲(chǔ)、組織和管理，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)查詢(xún)、編輯與共享。構(gòu)建廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)涉及大量的數(shù)據(jù)，且具有數(shù)據(jù)來(lái)源不同、屬性不同、圖形圖像等特點(diǎn)，因此，需要使用到空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)才能處理好空間關(guān)系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和圖形圖像稍等數(shù)據(jù)之間的存儲(chǔ)、管理和編輯。

5.紋理映射技術(shù)

紋理映射就是將紋理模式映射到物體表面上的技術(shù)，其主要原理是把紋理影像復(fù)合到由幾何數(shù)據(jù)所構(gòu)成的三維模型上。其關(guān)鍵之處在于如何紋理將影像與幾何或空間數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的套合。為了讓左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)三維可視化場(chǎng)景達(dá)到逼真的效果，在三維可視化場(chǎng)景構(gòu)建過(guò)程中需要進(jìn)行紋理映射，該操作對(duì)于構(gòu)建的三維場(chǎng)景的整體效果與紋理細(xì)節(jié)的處理具有較大的作用。此外，考慮到構(gòu)建的左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)三維可視化場(chǎng)景涉及到大量數(shù)據(jù)，在構(gòu)建的三維模型不失真的情況下，對(duì)部分模型進(jìn)行優(yōu)化處理，其關(guān)鍵點(diǎn)也在于紋理的預(yù)處理及優(yōu)化設(shè)置。

（二）技術(shù)路線(xiàn)

通過(guò)下載或收集獲取研究區(qū)的高分辨率遙感影像、DEM、地形圖、專(zhuān)題圖等數(shù)據(jù)，根據(jù)研究范圍對(duì)獲取的高分辨率遙感影像、DEM、地形圖和專(zhuān)題圖等數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括幾何校正、鑲嵌、裁剪等。在此基礎(chǔ)上到左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，獲取景點(diǎn)、巖畫(huà)、建筑物等物體的經(jīng)緯度、正射紋理圖片等一手?jǐn)?shù)據(jù)，并使用Photoshop 對(duì)實(shí)地拍攝獲取的圖片進(jìn)行相應(yīng)處理。使用AutoCAD、3ds Max、Maya、Sketch Up 等軟件，按照一定比例構(gòu)建廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)所需的三維模型。而后基于Terra Builder 融合研究區(qū)DEM 和正射遙感影像創(chuàng)建三維地形文件，并在Terra Explorer Pro 中將基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、三維模型等添加到地形文件中構(gòu)建廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場(chǎng)景。

二、基于Skyline 的廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)設(shè)計(jì)

（一）總體框架設(shè)計(jì)

基于Skyline 的廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化系統(tǒng)主要由左江花山巖畫(huà)遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)三維地形、左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場(chǎng)景、左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)等組成?？傮w框架如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

（二）空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

基于Skyline 的左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要涉及到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：高分辨率遙感影像、DEM、地形圖、景區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、左江水文氣象數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)等。專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：左江花山巖畫(huà)分布、左江花山巖畫(huà)圖像展示、左江花山巖畫(huà)旅游線(xiàn)路等。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：左江花山巖畫(huà)文化景觀申遺、左江花山巖畫(huà)研學(xué)實(shí)踐教育基地、左江花山巖畫(huà)文獻(xiàn)研究、左江花山巖畫(huà)保護(hù)、左江花山巖畫(huà)圖像屬性和其他文檔資料等。

（三）功能設(shè)計(jì)

1.基本功能

主要包括能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)圖層管理與控制、地圖縮放、平移、全圖顯示、局部顯示、定位查詢(xún)、漫游、瀏覽、路徑設(shè)置、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)等；此外，還可設(shè)定用戶(hù)權(quán)限，可分為高層管理員、管理員用戶(hù)和一般用戶(hù)等。

2.分析與模擬功能設(shè)計(jì)

空間分析主要包括：路徑規(guī)劃、視域分析、緩沖區(qū)分析、地形分析、幾何測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析等；模擬功能主要包括：模擬左江花山巖畫(huà)空間發(fā)展格局、旅游線(xiàn)路及遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)規(guī)劃等；系統(tǒng)能與其他相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等。

3.資料查詢(xún)與管理功能設(shè)計(jì)

主要包括：巖畫(huà)圖片、文檔、視頻等資料的管理與查詢(xún)。

（四）三維場(chǎng)景構(gòu)建

1.數(shù)據(jù)組織

數(shù)據(jù)主要包括左江花山巖畫(huà)遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)二維數(shù)據(jù)和三維模型。二維數(shù)據(jù)主要包括高分辨率遙感影像、DEM、紋理、景點(diǎn)、旅游線(xiàn)路、交通路線(xiàn)和主要建筑物等矢量和柵格數(shù)據(jù)。研究區(qū)高分辨率遙感影像、DEM、景點(diǎn)、旅游線(xiàn)路等數(shù)據(jù)可使用ArcMap10.7、ENVI 等軟件對(duì)其進(jìn)行處理，如幾何糾正、影像增強(qiáng)、空間參考設(shè)置等操作。使用Photoshop 對(duì)野外采集的紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理。利用AutoCAD 軟件對(duì)旅游路線(xiàn)及建筑位置信息進(jìn)行規(guī)整。三維模型主要包括左江花山巖畫(huà)核心景區(qū)、主要建筑物、標(biāo)志性物體等三維模型。參照底圖數(shù)據(jù)使用3ds Max、Sketch Up 等軟件構(gòu)建研究區(qū)所需要的三維模型。

2.三維場(chǎng)景的構(gòu)建

基于Skyline 的廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場(chǎng)景的構(gòu)建主要包括MPT 文件制作和三維地形可視化場(chǎng)景的構(gòu)建。構(gòu)建步驟主要包括：一是使用Terra Builder 創(chuàng)建廣西左江花山巖畫(huà)遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)三維地形文件，即MPT 文件。在Terra Builder 中加載研究區(qū)正射高分辨率遙感影像和DEM 數(shù)據(jù)，創(chuàng)建影像金字塔，形成MPT 文件。二是使用Terra Explorer Pro 構(gòu)建廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場(chǎng)景，即FLY 文件。首先在Terra Explorer Pro 中加載已創(chuàng)建的MPT 文件，接著添加研究區(qū)景點(diǎn)、旅游線(xiàn)路、交通路線(xiàn)，核心景區(qū)、主要建筑物、標(biāo)志性物體等三維模型，并根據(jù)三維可視化場(chǎng)景的效果進(jìn)行圖層顯示順序、注記、三維模型等的調(diào)整和優(yōu)化，最終生成所需的FLY文件。

三、基于Skyline 的廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)

（一）開(kāi)發(fā)平臺(tái)及環(huán)境

操作系統(tǒng)為Windows7 及以上；本地開(kāi)發(fā)環(huán)境選擇為.NET；開(kāi)發(fā)工具為Microsoft Visual Studio NET 2003；客戶(hù)端腳本語(yǔ)言為Javascript，開(kāi)發(fā)的工具選擇UltraEdit。網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)環(huán)境需要在服務(wù)器上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試，本機(jī)安裝Terra Explorer 即可；客戶(hù)端需要安裝Terra Explorer ＋I(xiàn)E8.0 以上版本即可使用。

（二）實(shí)現(xiàn)功能

基于Skyline 平臺(tái)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)的左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的融合、瀏覽、查詢(xún)、分析及數(shù)據(jù)的有效管理等功能。具體如下。

1.基本功能

實(shí)現(xiàn)對(duì)了對(duì)圖層進(jìn)行有效地管理與控制，可對(duì)三維可視化場(chǎng)景中的地圖進(jìn)行縮放、平移、全圖顯示、局部顯示、定位查詢(xún)、漫游、瀏覽、路徑設(shè)置和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)；在系統(tǒng)設(shè)置中可設(shè)定用戶(hù)權(quán)限，分為高層管理員、管理員用戶(hù)和游客等，系統(tǒng)管理員能對(duì)數(shù)據(jù)具有編輯權(quán)限。

2.分析與模擬功能設(shè)計(jì)

空間分析方面：可在三維可視化場(chǎng)景中進(jìn)行旅游線(xiàn)路或遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)的規(guī)劃；能夠選擇視點(diǎn)進(jìn)行視域分析；指定點(diǎn)、線(xiàn)、面等進(jìn)行不同范圍的緩沖區(qū)分析；實(shí)現(xiàn)三維可視化場(chǎng)景相關(guān)區(qū)域的地形分析、幾何測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析等；可模擬左江花山巖畫(huà)不同時(shí)期空間發(fā)展的格局；留有數(shù)據(jù)接口，能夠與相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和共享等。

3.資料查詢(xún)與管理功能設(shè)計(jì)

能夠查詢(xún)和瀏覽左江花山巖畫(huà)文化景觀申遺、左江花山巖畫(huà)研學(xué)實(shí)踐教育基地、左江花山巖畫(huà)文獻(xiàn)研究、左江花山巖畫(huà)保護(hù)、左江花山巖畫(huà)圖像屬性和其他文檔、音頻和視頻等資料。

四、結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，海量多源空間數(shù)據(jù)的獲取將會(huì)更加容易和便捷，三維GIS 技術(shù)應(yīng)用于遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)，將具有更廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。隨著信息通信技術(shù)的進(jìn)步，在更多專(zhuān)業(yè)人員參與研究下，景區(qū)三維可視化技術(shù)將會(huì)得到一定程度的發(fā)展?；谌SGIS 技術(shù)、3S技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、三維建模、紋理映射等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了廣西左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)多源數(shù)據(jù)的有效融合。基于Skyline 三維GIS 平臺(tái)構(gòu)建了左江花山巖畫(huà)研究區(qū)三維地形和左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化遺產(chǎn)三維可視化場(chǎng)景，為遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)數(shù)字文化遺產(chǎn)建設(shè)提供了一個(gè)新的平臺(tái)。該平臺(tái)可為遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)管理者、政府相關(guān)部門(mén)、學(xué)者、游客和研學(xué)者提供全方位、多角度地瀏覽或查閱左江花山巖畫(huà)數(shù)字文化景觀及相關(guān)資料，可為相關(guān)決策的制定提供輔助決策支持，也可利用該平臺(tái)對(duì)遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)數(shù)字文化遺產(chǎn)建設(shè)進(jìn)行模擬開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)景區(qū)的健康、可持續(xù)發(fā)展。