周 哲 張利成 吳 瑕

北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)是一種在經(jīng)濟(jì)全球化背景下產(chǎn)生的以創(chuàng)新為核心的文化、經(jīng)濟(jì)和科技相融合的新興產(chǎn)業(yè)，其憑借極強(qiáng)的滲透力和影響力已經(jīng)成為衡量國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。我國(guó)的文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)起步較晚，2000年“文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)”一詞才正式被提出，目前文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)尚處于前期摸索階段。黨的十八大以來(lái)，我國(guó)文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，黨的十九大報(bào)告明確指出，“加強(qiáng)文物保護(hù)利用和文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承……培育新型文化業(yè)態(tài)”［1］。國(guó)家文物局印發(fā)的《國(guó)家文物事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，加強(qiáng)文物保護(hù)利用，讓收藏在博物館里的文物、陳列在廣闊大地上的遺產(chǎn)、書寫在古籍里的文字都活起來(lái)，對(duì)于堅(jiān)定文化自信、增強(qiáng)中華民族凝聚力、滿足人民群眾精神文化需求、促進(jìn)文明交流互鑒、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)具有重要意義［2］。

一、國(guó)內(nèi)外情況分析

國(guó)內(nèi)文物數(shù)字化復(fù)原工作、數(shù)字博物館建設(shè)還處于起步階段，各地博物館近年都紛紛推出相關(guān)文創(chuàng)產(chǎn)品，并配合多種類型的線上線下文創(chuàng)店鋪，取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但此類文創(chuàng)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)方面大部分是借助某一形象而非原品的仿復(fù)產(chǎn)品，不能準(zhǔn)確地表達(dá)原文物的精神內(nèi)涵，如故宮博物院的文創(chuàng)產(chǎn)品“宮梅顧盼”胸針的設(shè)計(jì)元素提取于宋徽宗趙佶《梅花繡眼圖》中的梅花形象，將該元素圖案設(shè)計(jì)成胸針?，F(xiàn)階段絕大部分博物館的文創(chuàng)產(chǎn)品都采用了此種設(shè)計(jì)方式，而原物復(fù)原的衍生品相對(duì)較少，比較有名的原物仿復(fù)產(chǎn)品有臺(tái)北故宮博物院的“翠玉白菜”系列、河北博物館的長(zhǎng)信宮燈仿制品及三星堆博物館的一些產(chǎn)品。以三星堆博物館為例，其文創(chuàng)產(chǎn)品的典藏仿復(fù)品約占總文創(chuàng)產(chǎn)品的10%，產(chǎn)品主要為不同尺寸的博物館著名展品的仿復(fù)品，如青銅面具、銅鷹鈴等，因用途有限且價(jià)格相對(duì)昂貴，大眾的接受程度并不高。

國(guó)外的博物館文創(chuàng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)早在20世紀(jì)下半葉就已初具雛形，20世紀(jì)末，英國(guó)頒布了《博物館倫理規(guī)范》，對(duì)當(dāng)代博物館發(fā)展運(yùn)營(yíng)的各個(gè)方面進(jìn)行了分析和審視，并提出指導(dǎo)性建議，以提升博物館服務(wù)體驗(yàn)和品質(zhì)。以大英博物館為例，選擇其館藏中最具代表性、知名度高的文物進(jìn)行全方位的系列化開(kāi)發(fā)，使消費(fèi)者的選擇更廣泛，如大英博物館鎮(zhèn)館三寶之一的埃及蓋亞·安德森貓青銅像，以該文物為原型還原了蓋亞·安德森貓坐像上的每一個(gè)細(xì)節(jié)，并開(kāi)發(fā)了以抱枕、水杯、帆布袋、玩偶、手機(jī)支架為載體的多種文創(chuàng)產(chǎn)品。根據(jù)《2018年天貓博物館文創(chuàng)數(shù)據(jù)報(bào)告》顯示，在天貓商城線上博物館人氣排名中，2018年入駐的大英博物館名列第三，僅次于故宮博物院和中國(guó)國(guó)家博物館［3］。

總體而言，我國(guó)博物館對(duì)文創(chuàng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)還處在嘗試摸索階段，設(shè)計(jì)出的文創(chuàng)產(chǎn)品也是良莠不齊，大多數(shù)博物館文創(chuàng)產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象普遍，集中體現(xiàn)于文物表象的元素提取，對(duì)文物內(nèi)涵挖掘不足，導(dǎo)致文化傳播停滯在文物形態(tài)層面。如何推出既能完整呈現(xiàn)文物自身特點(diǎn)又物美價(jià)廉的文物數(shù)字化仿復(fù)產(chǎn)品是一個(gè)急需解決的問(wèn)題，而解決這個(gè)問(wèn)題需要有一套完整可行的文物數(shù)字化流程以便快速、準(zhǔn)確、安全地完成文物數(shù)字化工作。

二、文物數(shù)字化技術(shù)流程

為了滿足新出土文物的搶救性數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)有文物的保護(hù)性數(shù)據(jù)建模修復(fù)、數(shù)字博物館建設(shè)及相關(guān)文創(chuàng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的需求，提高文物數(shù)字化的效率及準(zhǔn)確性，本文基于現(xiàn)有三維掃描技術(shù)和3D 逆向建模理論，結(jié)合文物的實(shí)際特點(diǎn)，提出了一套適合現(xiàn)階段軟硬件的數(shù)字化操作流程，以期能為文物數(shù)字化摸索出一套適合的技術(shù)流程，為文物數(shù)字化采集、數(shù)字博物館建設(shè)及相關(guān)文創(chuàng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。本文以瓷碟的三維數(shù)字化過(guò)程為例，說(shuō)明其操作流程。

第一步：瓷碟三維數(shù)字化模型數(shù)據(jù)采集。

在數(shù)據(jù)采集前，我們發(fā)現(xiàn)瓷碟表面有明顯的反光現(xiàn)象，會(huì)對(duì)采集產(chǎn)生影響，所以在采集數(shù)據(jù)時(shí)要設(shè)置合適的曝光值，可以配合二次曝光等方法進(jìn)行操作。瓷碟碗沿非常薄，在瓷碟內(nèi)外進(jìn)行拼接時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大的影響，所以在內(nèi)外掃描的過(guò)程中要選擇合適的方法保證拼接順利進(jìn)行。根據(jù)瓷碟的大小選擇合適的鏡頭，對(duì)掃描儀進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后將瓷碟平放在掃描儀轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置，調(diào)整掃描儀角度至合適位置，根據(jù)鏡頭大小制訂掃描策略，確保面以及棱都掃描清晰。具體步驟如下：

（1）連接掃描儀的各個(gè)組件，在掃描開(kāi)始前對(duì)掃描儀進(jìn)行標(biāo)定，以提高掃描精度。在標(biāo)定過(guò)程中注意保證測(cè)量頭處于水平狀態(tài)。將瓷碟放置在轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置，保證在轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中瓷碟需要掃描的位置一直在屏幕中央。調(diào)整掃描儀測(cè)量頭的角度，使掃描儀紅點(diǎn)重合在瓷碟待掃描位置。

（2）打開(kāi)掃描設(shè)備的3D 軟件，新建工程選擇“轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量”，設(shè)置序列一的掃描幅數(shù)，添加位置后設(shè)置掃描參數(shù)。由于瓷碟存在反光的現(xiàn)象，所以在設(shè)置曝光參數(shù)時(shí)如采集效果不好可以選擇使用二次曝光。采集過(guò)程中，需要保證掃描頭周圍環(huán)境穩(wěn)定，不可以有燈光的變化以及人員的走動(dòng)，在有干擾的情況下進(jìn)行掃描會(huì)導(dǎo)致掃描數(shù)據(jù)出現(xiàn)光柵噪點(diǎn)或者掃描失敗。設(shè)置好掃描參數(shù)之后開(kāi)始采集工作。當(dāng)瓷碟表面的藍(lán)色的光變?yōu)闂l形狀時(shí)，表明采集過(guò)程正在順利進(jìn)行。如果周圍環(huán)境出現(xiàn)干擾，則會(huì)采集失敗。在第一幅數(shù)據(jù)采集完成后，觀察采集結(jié)果，要保證數(shù)據(jù)沒(méi)有光柵條紋以及噪點(diǎn)等問(wèn)題，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行后續(xù)操作。第二幅數(shù)據(jù)掃描完成之后，需要和第一幅數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)拼接，拼接誤差合格并且無(wú)分層后繼續(xù)，后續(xù)將根據(jù)特征進(jìn)行自動(dòng)拼接。序列一掃描完成后觀察模型采集結(jié)果，對(duì)模型周圍的無(wú)用數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。使用“框選命令”，拖動(dòng)鼠標(biāo)左鍵選中需要?jiǎng)h除的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊綠色對(duì)勾完成選擇，被選中的數(shù)據(jù)會(huì)變成紅色，刪除選中數(shù)據(jù)。對(duì)于細(xì)小雜點(diǎn)使用“選擇碎片”功能進(jìn)行刪除，模型體外的雜點(diǎn)將被選中，在“3D 視圖”下刪除選中的碎片數(shù)據(jù)，檢查已采集數(shù)據(jù)有無(wú)問(wèn)題，數(shù)據(jù)檢查無(wú)誤后進(jìn)行序列二的采集，調(diào)整測(cè)量頭角度，由于碗沿突出，會(huì)對(duì)瓷碟產(chǎn)生遮擋，所以對(duì)掃描儀測(cè)量頭進(jìn)行角度偏轉(zhuǎn)，使紅點(diǎn)重合在接下來(lái)瓷碟要進(jìn)行采集的位置，重復(fù)上述操作使用轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量指令完成序列二的掃描。序列二采集完成后自動(dòng)彈出與序列一的拼接界面，選擇公共特征進(jìn)行拼接。

（3）翻轉(zhuǎn)瓷碟，使用“轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量”命令，對(duì)瓷碟反面?zhèn)壤夂蛢?nèi)壁進(jìn)行掃描。調(diào)整掃描儀角度，對(duì)瓷碟外表面進(jìn)行掃描。第一幅數(shù)據(jù)掃描完成后，對(duì)掃描的多余平面數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，重新選擇平面。之后轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)按照設(shè)置好的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，第二幅數(shù)據(jù)掃描完成后，自動(dòng)彈出拼接界面，選擇公共點(diǎn)拼接兩次的數(shù)據(jù)，拼接誤差合格并且無(wú)分層后繼續(xù)進(jìn)行自動(dòng)拼接。序列三掃描完成后，選擇碗壁與正面的公共特征進(jìn)行拼接。正反面拼接完成后，調(diào)整掃描儀角度重復(fù)使用“轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量”以及“3D 測(cè)量”，補(bǔ)全瓷碟的數(shù)據(jù)，對(duì)于反光嚴(yán)重以及遮擋處的數(shù)據(jù)需要在掃描結(jié)束后進(jìn)行修復(fù)。瓷碟數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，使用“選擇碎片”指令來(lái)選中模型體外的雜點(diǎn)進(jìn)行刪除。使用“全局優(yōu)化”對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，軟件自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的拼接進(jìn)行優(yōu)化，使用“數(shù)據(jù)處理”對(duì)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。

第二步：使用Geomagic Wrap 軟件對(duì)瓷碟三維數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格數(shù)據(jù)處理，包括漏洞修補(bǔ)、消除無(wú)效三角面片數(shù)據(jù)及表面形態(tài)修正等工藝步驟。具體步驟如下：

（1）對(duì)模型上的雜點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，利用“多邊形”選項(xiàng)，選擇“填充單個(gè)孔”命令，選擇刪除浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，刪除模型上的雜點(diǎn)。之后找到模型上需要修復(fù)孔洞的地方，使用“曲率-內(nèi)部孔”填充方式，對(duì)存在孔的邊緣孔洞進(jìn)行填充。對(duì)于模型有大孔洞以及大間隙的數(shù)據(jù)處，選擇直接填充效果不好，可選擇先使用“搭橋”的方法，對(duì)孔洞邊緣進(jìn)行處理后再使用填充內(nèi)部孔的方式對(duì)孔進(jìn)行填充。

（2）邊緣有折疊以及相交的孔洞需要先對(duì)孔的邊緣進(jìn)行處理。在“圖形”視窗，激活選擇三角形指令，選中折疊部分的三角面進(jìn)行刪除。接下來(lái)激活填充功能，對(duì)孔邊緣處理結(jié)束后的孔進(jìn)行內(nèi)部孔填充，如對(duì)模型的全部孔洞使用上述方法進(jìn)行填充處理。

（3）將模型上的孔洞全部填充完成后，使用“網(wǎng)格醫(yī)生”命令，對(duì)其他微小孔洞翹曲面片等進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，應(yīng)用后得到修復(fù)完成的模型。

第三步：將瓷碟模型坐標(biāo)系對(duì)齊以便后期我們輸出正確坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。在瓷碟底部框選平面處的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊應(yīng)用，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出瓷碟的對(duì)稱平面。點(diǎn)擊確定，完成平面 1 的創(chuàng)建。

選擇“對(duì)齊”，“對(duì)齊到全局”，以YZ 平面與對(duì)稱平面創(chuàng)建對(duì)，XY 平面與底部平面創(chuàng)建對(duì)，完成瓷碟的對(duì)齊，最后將數(shù)據(jù)另存為“stl”和“obj”兩種格式，均命名為“瓷碟-補(bǔ)”。

第四步：進(jìn)行瓷碟影像數(shù)據(jù)采集，以確保后期經(jīng)過(guò)紋理處理后的模型數(shù)據(jù)能夠與瓷碟實(shí)物有相同的視覺(jué)效果。影像化的具體步驟如下：

（1）影棚選擇及調(diào)整。根據(jù)所拍照的對(duì)象特征選擇拍照時(shí)使用的燈棚和轉(zhuǎn)臺(tái)，拍照對(duì)象是瓷碟，體積小，有反光現(xiàn)象，在選擇燈棚時(shí)要選擇對(duì)瓷碟拍照影響最小的燈光條件，并且要調(diào)整好燈光角度，使瓷碟拍攝面不會(huì)出現(xiàn)反射的燈光，必要時(shí)需在燈表面附加一層柔光布減少反射，根據(jù)瓷碟大小選擇 24~70 mm 的鏡頭。由于瓷碟體積比較小，不會(huì)出現(xiàn)超出轉(zhuǎn)臺(tái)范圍的情況，并且瓷碟是扁平的長(zhǎng)方體，在轉(zhuǎn)臺(tái)上的穩(wěn)定性可以得到保證。但是也正因?yàn)榇傻容^小，所以不可以選擇太大的轉(zhuǎn)臺(tái)，否則大轉(zhuǎn)臺(tái)會(huì)影響相機(jī)位置以及角度，導(dǎo)致無(wú)法保證瓷碟在圖上的占比。

（2）相機(jī)校準(zhǔn)。選擇好燈棚，確定所有燈全部開(kāi)啟到最亮，將色卡放置到轉(zhuǎn)臺(tái)中央，設(shè)置好相機(jī)拍攝白平衡使用的參數(shù)，調(diào)整好角度拍攝白平衡，確認(rèn)沒(méi)問(wèn)題后調(diào)整相機(jī)參數(shù)，應(yīng)用白平衡。

（3）正面影像數(shù)據(jù)拍攝。調(diào)整相機(jī)對(duì)焦點(diǎn)在瓷碟外棱邊上，確保棱邊清晰。按照一圈12 張的拍攝方法進(jìn)行拍照。確保每一張照片的對(duì)焦點(diǎn)均在棱邊上，保證棱邊的清晰。保持相機(jī)機(jī)位不變，將相機(jī)的對(duì)焦點(diǎn)移動(dòng)到瓷碟內(nèi)側(cè)棱邊上進(jìn)行拍攝。調(diào)整相機(jī)角度，對(duì)瓷碟碗底的紋理進(jìn)行拍攝，相機(jī)對(duì)焦點(diǎn)選在碗底與碗壁的交界處。最后調(diào)整相機(jī)角度對(duì)瓷碟進(jìn)行平拍，完成當(dāng)前瓷碟角度的全部照片拍攝。

（4）反面影像數(shù)據(jù)拍攝。瓷碟翻面后，按照正面的拍攝方法，調(diào)整相機(jī)角度，對(duì)瓷碟反面棱邊以及紋理細(xì)節(jié)進(jìn)行對(duì)焦拍攝，拍照過(guò)程中確保每張照片對(duì)焦處都是清晰的。拍攝過(guò)程中注意邊、角要正對(duì)相機(jī)進(jìn)行拍攝。

（5）瓷碟底部影像數(shù)據(jù)拍攝。拍攝瓷碟俯拍照片，調(diào)整相機(jī)機(jī)位，使相機(jī)鏡頭垂直于瓷碟表面，如達(dá)不到垂直角度需要使用俯拍燈箱，使用俯拍燈箱需要提前拍好白平衡，在使用俯拍燈箱前設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，完成俯拍照片。

在所有照片拍照結(jié)束后，需要導(dǎo)入電腦上查看照片是否齊全，并檢查瓷碟所有需要的照片是否都全，所有照片是否都沒(méi)有跑焦、是否對(duì)焦點(diǎn)都清晰，俯拍照片和其他照片顏色是否一致等，有欠缺的需及時(shí)補(bǔ)足。

第五步：使用紋理處理軟件對(duì)瓷碟模型和表面影像數(shù)據(jù)進(jìn)行映射處理，使三維數(shù)字模型具備與實(shí)物相同的視覺(jué)效果，以便用于線上博物館的展示、研究。

三、結(jié)語(yǔ)

以上就是以瓷碟的三維數(shù)字化模型數(shù)據(jù)采集為例，展示的一套完整可行的文物數(shù)字化技術(shù)流程。希望本文所展示的這套文物數(shù)字化技術(shù)流程能為新出土文物的搶救性數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)有文物的保護(hù)性數(shù)據(jù)建模修復(fù)、數(shù)字博物館建設(shè)及相關(guān)文創(chuàng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供服務(wù)。