浅析三维扫描技术在文物保护中的应用

【摘要】中国经历五千年的历史积淀，积累了丰富的灿烂文化，同时也给后人献出了一份宝贵的文化遗产。现今，由于历史变迁等各种因素，许多的文物建筑已经无法保存完整，展现在大众眼前，对珍贵文物的保护工作亟需引起大众关注。习近平总书记强调“像爱惜自己的生命一样保护好城市历史文化遗产”， 这也是国家赋予每个公民的历史责任。如何及时采取有效措施、方法和技术，对文物风貌更好的进行保存，已经成为当代面临的现实问题。

【关键词】三维扫描技术；文物保护；优势；应用

【中图分类号】TP236 【文献标识码】A

引言

随着三维扫描技术的发展，三维扫描设备的精度、运行速度和便捷程度都得到稳步提升，扩大了三维技术运用范围，在文物保护方面也发挥了重要作用。我国历史文化悠久，保存下来的文物就是其中一部分，文物与其它物品不一样，它是不可再生的，出土之后难以保存。为了解决这一问题，采用三维扫描技术，建立起文物数字模型，开发文物模拟展示、文物修复保护和文物检索等功能，实现利用三维扫描技术对文物进行保护[1]。

一、三维扫描技术在文物保护中的优势

（一）单点采集转为批量式采集

传统的单点采集存在一定缺陷，运行过程中误差比较大，使用时间长，容易受到外界干扰，这些缺陷往往容易造成扫描工作中的障碍，延缓工作进度，工作人员在对文物进行测量和绘画时，一般需要先規划好整个流程，这个过程又会出现传统的测绘条件无法达到现代的测量绘画需求，出现发展不平衡的现象，测绘中要想得出精确的数据，继续沿用传统测绘方式已经难以完成，后期工作中也需要不断跟进准确的数据测绘，如果没有获取到准确的数据，测量就会出现偏差，会影响到正常的三维扫描，导致多种数据无法连贯衔接，相互融合，不能完整建立三维模型，进而影响文物工作的顺利开展。文物中难以保存的是不可移动的建筑类，其测量依据传统方式难以得出精确结论，引用三维扫描技术后，测绘时能够实现批量式采集，能够保证测量最终结果和所测对象高度一致。[2]

（二）实现了外业测量内业化

文物测绘工作过程中会涉及到需要室外研究，比如说大型建筑和雕塑等，这样的工作需要投入大量人力物力，室内根本无法进行，因此，需要专业人员搭脚架、爬屋顶、上房梁，对专业人员的体力也是一项考验，而且过程中会存在危险。同时在测量中极大可能会损害文物的完整性，给文物带来伤害。此外，室外研究也要考虑到天气因素，尤其是在西北地区，恶劣的风沙天气可能会影响到测量数据的准确程度，利用三维扫描技术可以用达到毫米级的测量密度对文物进行测量，将测绘得出的数据保存到电脑当中，利用计算机软件复原相同比例的物体原型，化繁为简，把繁重的室外测绘工作缩小到室内进行，改善工作人员的工作环境，降低工作难度[3]。

二、三维扫描技术在文物保护中的误区及问题

（一）忽视控制测量的作用

三维扫描仪扫描出被测物体的距离，获取到被测物体坐标信息和反射信息，扫描中自身带有的传动装置对物体进行自动扫描，全方位勘察，总结出所测物体的整体数据，这就是三维扫描技术中的点云数据。不管是哪一种扫描测量，都是为了获取准确的点云数据，都需要对获取到的数据进行全方位分析，多角度比较，保证最精准的状态，依据整体到局部的测量原则，限制测量中出现的误差，在点云连接过程中，更是要注意拼接数量保持在一个水平，自由拼接时注意拼接数目，避免由于拼接过量导致点云数据不准确，点云精度下降，实际操作中这一问题没有引起人们的关注。

（二）实际精度与标示精度存在差异

实际测量过程中，扫描文物的几何和纹理，以数字形式储存或构建三维模型，具有速度快、精度高等特点，广泛运用于文物保护项目中。但三维扫描技术也不是能够面面俱到的，有时候也无法准确测量物体的外形轮廓，当今科技水平越来越发达，一个普通地面三维扫描仪器的精度可以达到2-3毫米，而且还能根据距离的增大而相应的比例增大，但是如果不能视情况而定，一旦出现其也有无法测量到的目标，比如说一般使用的激光对圆弧边缘地方，测量精度就会比其他平整地方呈现模糊下降趋势，外在呈现出密度逐渐缩小、边缘缺失化等现象。例如中国古代建筑中常用的琉璃砖瓦，利用三维扫描技术扫描的成果不佳，甚至有时候会出现无法扫描的情况。[4]

三、三维扫描技术在文物保护中的应用

三维扫描技术源于国外，因此许多发达国家对这项技术的研究更为深入，文物保护领域的应用更为广泛，国外知名项目有2003年的美国数字化米开朗基罗项目，是由斯坦福和华盛顿大学选取10座著名雕像作为研究对象，对大卫雕像模型扫描后获取了两亿个面片和7000多张照片，研究人员在结合高分辨率照片进行三维建模过程中，分析了雕像外部轮廓线条，实现了文物数字化目的。近年来国内许多文物保护单位也在研究文物数字化项目，利用三维扫描技术先后在北京故宫博物馆和秦始皇兵马俑博物馆开始试验，效果显著。国家在文物保护力度上逐渐加大，利用扫描技术应用到文物保护中的范围也越来越广泛，为我国古建筑文物实现数字化保护提供了参考依据。

（一）建立网络资料档案

运用三维扫描技术对文物进行扫描测量，能够为文物研究者建立准确的档案资料，供其使用，三维扫描技术可以将扫描后的结果整理成数据，然后利用网络技术储存起来，建立网络资源管理系统，专门对其进行研究，可以定时定点对文物数据观察测量，及时记录变化情况，可以对比其中关于颜色特征、纹路走向等状态变化，保证文物研究工作处于平稳状态发展。工作人员在定时定点观察中，对比出异常数据，发现修复关键及文物的保存状态，及时采取措施，延长文物寿命。网络数据库的建立可以帮助广大工作者能够有一个无障碍交流的空间，促进文物研究者对文物直观形象的了解，避免由于外部客观时间空间限制，延误对文物的全面研究。此外，还可以有选择性的将网络数据库其中的内容发布到网上，形成类似于博物馆一样的网上服务平台，借助网络平台将中国古代文物文化让更多的人了解，并积极进行传播，从而提升国家文化软实力。[5]

（二）绘制二维线画图

二维线绘图可以看作在文物保护工作中的基础性语言，其原理就是利用外部简单绘图软件，利用扫描软件，以测绘数据作为参考依据来绘制图形，比如说平面图，立体图或者剖面图等。二维线绘图的成功运用能够帮助文物保护工作有序运行，促进文物测绘调查工作能够顺利进行，推动以后规章制度的制定、施工的设计、监测点制定等项目，由于二维线画图需要掌握对象准确的长宽高数据，三维扫描工程正好能够为二维线画图提供这些数据，因此，这种高精度数据能够帮助人们便于绘出完整的二维线图，加强绘制图的适切性和准确性。

（三）精细相片

实际中的一些文物在对其拍摄时，对顏色质地、整体结构等方面都具有较高水平，比如说油画、浮雕、出土文物等，三维扫描技术对于这些要求都有一定的处理技巧，在颜色上采用还原度高的色彩搭配，材料结构使用高精度的纳米技术合成，准确把握到物体的整体空间架构，制作出更为形象逼真的照片，利用点云生成技术，在摄影图像中，避免传统相机的模糊效果造成视觉误差，此外，还具有相机的高分辨率，不易混淆的特点。利用三维扫描技术制作的相片，很大程度上帮助了研究者对文物的研究工作，同时还符合大众的审美观念，可以作为网络博物馆的展览品出现在大众视野当中。[6]

四、结语

文物是我国历史时代的产物，包括了人类漫长的历史时期中发生在政治、经济、文化等方面的进展状况，献给后人一份完美而珍贵的文化礼物，在历史演变发展中，由于地理环境、人为改造等因素，这些文物不断受到侵蚀和破坏，为了保护这些文物，研究者发现了三维扫描技术。三维扫描技术在我国文物保护方面占有非常重要的地位，在未来还有很大发展空间，就现在来说，国内对于二维线绘图上还尚未成熟，许多应用问题也需要解决，希望我国将来能够在三维扫描技术上有所创新，更好的利用其保护文物，保护我国珍贵的文化遗产。

参考文献：

[1]吴玉涵.三维扫描技术在文物保护中的应用[J].计算机技术与发展，2019（9）：174-175.

[2]刘圣敏.三维激光扫描技术在文物保护中的应用[J].工艺与技术，2019（33）：83-85.

[3]袁国平.三维激光扫描技术在文物保护中的应用[J].矿山测量，2018（5）：93-95.

[4]袁楠，高伟，侯聪毅.三维激光扫描技术在文物保护中的应用研究与进展[J].天津城建大学学报，2019（1）：66-68.

[5]方毛林.三维激光扫描技术在文物古迹保护中的应用研究[D].合肥：合肥工业大学，2017.

[6]武培轩.适于文物的三维扫描技术研究[D].咸阳：西北农林科技大学，2019.

作者简介：倪书一（1982-），女，汉族，河北乐亭人，硕士，秦皇岛市旅游和文化广电局文物科，馆员，研究方向：公共文化服务、图书资料。