数字化文物展示与保护的虚拟技术分析

赵治瑞

摘 要：中國是世界上文明发达最早的国家之一，有将近4000年的有文字可考的历史。悠久的历史中，遗留下许多不可再生的历史文化遗产。这些历史文物体现了中华民族深厚的文化底蕴。随时间的流逝，这些文化遗产有着不同程度的损坏。新中国成立以来，我国加强对文物的保护。近几年来，随科技的发展，信息技术的进步，应用数字化技术成为展示和保护文物的主要途径。文章就如何利用数字化技术保护文物以及我国的数字化进程展开讨论。

关键词：数字化;文物展示;文物保护;虚拟技术

随计算机技术的诞生，人类社会进入数字化时代。作为人类历史文化遗产的文物，也逐渐进入数字化保护阶段。尤其是近几年来光电技术突飞猛进，大力推进了文物数字化进程。文物是中华民族的象征符号。习近平总书记在一次关于文化建设的重要讲话中说过，5000年的历史文化是我们国家文化软实力最深厚的源泉，是将这种根基实力进行深化的主要途径。保护和发扬我国各民族的传统文化，并且实现与西方文明之间的融合共进，是解决现代社会不同种族文明矛盾的有效措施。不同文明之间求同存异，齐头并进，更能走进大众心底，并且具有调动群众积极性和参与性的文化为优秀的传统文化。优秀的文化传播使基于本国而又面向世界的当代新中国更深入地认识到传统文化资源对于我国的重要性，使得文物走出来，文书古籍活起来。近几年来，科学技术不断进步，虚拟现实产业也不断发展并成为当下热点。2016开始的VR新时代，在电商平台和社交网站上掀起了一波又一波的狂潮。目前，虚拟现实技术运用广泛，在医疗、军事、教育、文物和游戏方面都有应用。虚拟现实技术不仅能对古建筑进行大型修复、复原，而且可对一些已经毁坏或消失的文物古迹进行虚拟复原。甘肃省的文物古迹众多。一些著名的文物如马踏飞燕就出土于此。甘肃省还有著名的敦煌莫高窟等历史文化遗产。文物的数字化展示与保护能够给观者带来视觉上的冲击和惊奇体验。目前国内和国际社会上文物的虚拟展示都处于初级阶段，但相信在不久的将来，数字化文物管理一定会引领文物展示的潮流。

1 开展数字化和虚拟技术的意义

现阶段，数字化和虚拟技术已经运用到人们生活的各个方面，“联网+中华文明”更是成为“使文物活起来”的一项重要技术。博物馆是文物保护与文化研究的产物，是一个地区甚至国家文明发展程度的重要标志。随信息技术的迅速发展，人类社会已进入了数字时代。这对博物馆来说，是一个巨大的发展机遇。对文物的展览方式和展示设计而言，数字化展示更具多样性和设计性。数字技术在展示中的应用，突破了传统的台、板、架、灯光等布展方式。数字化展览的互动性、多维性和体验感为现代博物馆展览发展带来了新的生机。数字化展示设计引领着现代展示模式的发展方向。博物馆也越来越重视数字化与信息化建设。现今的文物展示方式正朝着虚拟化的展示方式发展。信息时代，网络是最便捷的信息中心，以三维重建技术虚拟、还原历史文物。通过网络、计算机、投影仪、全息投影、虚拟现实等设备均可浏览虚拟文物。虚拟文物为文物展示提供了新的便捷途径。文章旨在以三维虚拟模型技术，通过高模套低模、法线贴图等技术手段建立高精度全仿真虚拟文物模型。为文物的展示、保护、研究、修复提供了一个新的方法和平台，有效地缓解了文物资源保护与利用的矛盾，扩大了文物资源的受众面，为文物展示事业的发展提供先进技术支撑。

2 历史文化资源数字化相关理论与三维技术

历史文化资源的可视化是指历史文化知识的可视化，可视化指所有可用来构建和传达复杂知识的图解手段。为使受众更好地了解文物，就要构建文化空间知识可视化。其中，知识可视化是这一模型构建的核心。信息资源数字化的相关理论由香农提出，他指出一个问题的信息如何准确传播，是信息传播的核心问题。传统的历史文化资源信息处理方式主要是初级编码，如人工记录、拍照及摄像等。如果在这些过程中出现了问题，再解决这些问题就要花费很多时间和精力，浪费很多资源。数字化技术的出现解决了这一问题，只需经过简单的初级编码，就能将历史文化资源的信息全部保存下来。不仅节省了空间，也缩短了找寻这些文化资源的时间，提高了空间和时间的利用率。

3 虚拟现实理论

虚拟现实技术可以扩展历史文化资源的开发表现形式，增加对文物的直观印象。虚拟现实技术能够使受众更加主动地了解文物，激发群众的兴趣。虚拟现实技术是指基于三维技术运行的可视化操作，能够让我们有真实的感觉，但却不存在。当前虚拟现实技术应用到游戏和动漫中的较多。虚拟现实技术，以数字化的方式制作，保护并展示、开发文物，能够使文物的呈现达到原本效果。之前制作的数字故宫、数字敦煌等都是用虚拟现实技术制作的。虚拟现实技术具有多感知性、交互性、沉浸性以及可想象性四大特征。虚拟现实可以达到视觉、听觉等感官的感知效果，使受众有身临其境的感觉。交互性是指人与计算机在三维空间中的可控性，交互性也是虚拟现实和三维的重要区别。虚拟现实比三维立体更接近现实，会使受众有更加真实的感觉。沉浸性是虚拟现实用封闭的方式，将使用者的听觉和视觉与外界相隔离，使受众完全位于虚拟环境之中，会产生一种身临其境、沉浸其中的感觉。虚拟性是指将人的实践活动转移到以网络为基础的虚拟电子空间中。网络信息传播技术把真实世界和虚拟世界变得界限模糊，它把实体的现实和创造的现实连接起来，从根本上改变人的认识方式。虚拟现实技术会大大提高文物的保护水平，并在文物古迹的修复、保护和保存过程中，通过使用VR技术，可以提高文物修复的精准度，利于在展示过程中保护文物古迹，减少文物与外界的接触和人为破坏，虚拟文物形成之后便不会被破坏。虚拟现实技术还可以保护非物质文化遗产。一些非物质文化遗产是通过传承人进行传承的，在历史发展过程中难免失真。虚拟现实技术能拓展历史文化资源产业的开发途径。传统文化的参观一般以游览为主，受众缺乏主动性和参与性，运用虚拟现实技术，能极大提高群众的主动性参与性。

4 三维技术

根据文物项目的不同，在数据采集方面，需使用不同类型的扫描仪进行数据采集，以满足项目的需求。

4.1 地面固定式扫描仪

该扫描仪需要架设固定站进行扫描，根据厂家品牌型号的不同，扫描距离一般在几十米至一百米之间，在测量距离10米处，精度可以达到（毫米）级别。

仪器特点：扫描范围广，主动测量，不受光源因素影响，多用于古建街区、洞窟、遗址现场发掘等大场景类型的数据采集。

4.2 高精度扫描仪

该扫描仪采用不同的测距原理，将扫描精度提高至亚毫米级，甚至微米级别，数据采集精度非常高，多用于佛像、瓷器、陶器、石器、绘画等对精度要求比较高的文物。

在纹理数据采集上，文物纹理信息在文物复原保护、展示等方面具有重要作用，在复杂光场所环境下对完整、真实的纹理信息进行采集。纹理数据采集的质量主要取决于两个方面：一是相机及镜头的分辨率;二是专业的灯光设备及布光方案。采用专业相机及镜头组合，可以获取分辨率及色彩还原度更高的影像数据。专业的灯光设备及布光方案，可在洞窟、寺庙、遗址等场景进行数据采集。在光源杂驳、过暗、偏色问题严重的特殊环境下，模拟出稳定的太阳光照环境，有效解决采集光源不真实问题。

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