文化遗产的数字化保护关键技术

张磊

文化遗产的数字化保护关键技术

张磊

对于一个民族的进步发展可以从文化遗产中找到痕迹，这种文化遗产是民族文化的代表，具有传承性和唯一性。但是，随着时间的不断推移，文化遗产在历史变迁中受到了严峻的考验，加强对其保护和传承就显得十分重要，不仅仅是对传统文化的发扬的需要，更是再现其历史价值的根本需要。现代化数字保护关键技术可以对传统文化遗产进行针对性修复和保护，进一步拓展传统文化遗产的保护途径，使其保护和保存水平得以提升。

一、数字化保护关键技术

1.三维建模技术

从实际应用来看，建模技术主要包含有普通文物建模和遗址场景建模两种类型，从现阶段来看，常用的还是以三维激光扫描仪器（结构光扫描仪器）利用深度图像的配准来完成建模处理，这种建模技术的精确度非常高。但是，需要注意的是，因为设备工作原理的限制和价格采购的昂贵，其推广应用并不是很广泛。以序列图像为基础的建模方法，它的采集设备成本较低，不会受到采集距离的限制，逐渐受到了文化遗产保护人员的重视，相对于其他保护手段来讲，三维建模技术可以更为准确地获得完整的遗址几何信息、拓扑信息以及纹理信息，使其保护工作更为有效。

首先，以图像深度为基础的建模。它是以激光扫描仪（结构扫描仪）为主的，对文化遗产的表面三维几何信息和纹理信息进行采集。它需要从多个角度来进行多次重复扫描，进而获得采集对象的一个完整信息，之后在此基础上利用三维模型处理、深度图像配准以及深度图像融合等技术来实现三维建模，得到科学的模型。整个建模的关键是深度图像间的自动高精度配准算法，当前迭代最近点及其改进算法在深度图像变换矩阵计算中得到了广泛应用。

其次，以序列图为基础的建模。它是以照相机所拍摄的序列图像为主的，利用多个视图像的预处理、摄影机的标定以及点云三角化等流程来实现三维建模。具体的建模流程是，先从多个角度进行拍摄取照，所得到的照片彼此之间要有一定的重叠区域，进而再由技术人员对所得到的图像进行色彩校正等处理。在处理之后，利用图像特征得到与其相对应的邻接图像间的对应关系，按照这个关系来得到摄像机的光学参数和摄像机对世界坐标系的变化关系，再按照图像之间的匹配特征点对，通过计算机视觉原理来得到图像中目标物体的三维空间坐标，最后再对重建所得到的空间三维点云进行网格化处理和纹理映射，进而实现三维重建。

2.三维模型管理技术

在数据库管理技术的应用下，可以对不同类型的大数据集文物信息进行相应的存储和管理，从而在这种管理中提供文物及其基本属性的查询和检索功能，从而促进文化管理的信息化水平提升，同时还可以避免传统大数据文物难以准确统计和确定的缺陷。但是，需要注意的是，因为三维模型的存储类型多种多样，不同的存储类型各有各自特点，这就需要采用一个标准统一的文件格式来进行存储，因为模型文件存在有重名风险，会使得模型具体分类的难度增加，如果只是简单地把大量模型文件放置在一个文件目录文件下，并不是最佳的一种解决方法，由此就可以依据分类和分层存储的方法来实现建模数据的合理化存储。在具体的存储过程中，需要把每一个文物数据和附加属性数据直接纳入到一个特定的分类目录之中，之后再构建一个科学的分类数据索引表，促进建模查找速度的提高。

3.文物虚拟修复技术

这种技术关键之处就是在于确定出邻接碎片之间的相互匹配关系。需要注意的是，在对文物碎片进行拼接的过程中，它的碎片之间往往存在有三种基本关系：第一，碎片之间存在有一个公共特征曲线或者是曲面，也就是相互弥补匹配的关系，修复人员可以从这种关系入手来完成碎片的匹配和修复；第二，各个碎片之间的邻接关系并不属于是相互弥补匹配的，在具体的匹配修复时需要依靠以往经验；第三，各个碎片之间不存在有邻接关系，这主要集中出现在文物严重破坏的情况中。那么要实现对这类破碎文物的修复就需要以现有的完整文物模型的器形为依据，在构建文物碎片和标准模型之间的对应关系之后，就可以顺利地实现这类破碎文物的修复工作。

随着这方面工作开展的不断深入，已经从原始的以轮廓线方法转为了以断裂面为主的匹配方法，可以通过断裂面的准确识别、特征提取以及邻接碎片之间的匹配来实现文物碎片的虚拟修复。采用计算机软件，可以通过动画的模拟形式来实现文物碎片的修复，同时这样也可以规避修复时间较长的问题，使修复效率得到提高。

4.展示技术

在当前信息时代发展背景下，数字博物馆是一种新的数字文物资源管理利用的模式，它涉及到数字资源的管理以及馆藏展示、数字水印以及用户交互涉及等等多种信息在内的新技术。在这种数字博物馆的利用下，可以摆脱时间的限制，通过对多种不同视角的三维数字模型进行展示，全面反映出文物的基本特征，这也就防止了传统展示手段所存在的不足之处。

过去传统的显示器只是对物体的表面内容进行显示，而对于物体内部空间的深度信息也不能完全展示出，这就在很大程度上影响到了物体的真实展示效果，因此，在当前时代发展的大背景下，利用先进的信息技术来提高展示的宽度和维度就显得十分重要。近些年来，裸眼3D显示技术逐渐得到了大范围应用，从这种技术的应用来看，它的主要应用原理就是通过在光学器件的作用下来形成一个视差图像，这样在人的左右眼中就可以得到不同的图像显示，在人的大脑对两幅图像进行加工和处理过程中，就可以生成一个物体准确的空间深度信息，进而增强物体展示的层次感和沉浸感。通过实际应用可知，这种技术在实际利用中，一般是不需要用户直接佩戴眼镜的，它的设备体积也不是很大，总的采购成本也不是很高，价格相对来说较为实惠，相对于多通道投影系统来说，这种技术在博物馆中实现文物的虚拟立体展示具有更好的优势体现。

二、结语

文化遗产作为传统文化的一种体现，对于它的保护涉及到多个领域，尤其是在近些年信息技术不断应用的大背景下，数字化保护关键技术逐渐成为了研究的一个热点。采用数字化保护关键技术可以在计算机图像学、多媒体技术以及传感器等信息技术的利用下来实现对文化遗产的多角度全方位保护和修复，可以在很大程度上解决文化遗产永久性保存的问题，从而有助于文化遗产普及和传播的速度提高，实现文化遗产保护和集成的科学化。

（作者单位：江苏省建筑园林设计院有限公司）