基于Skyline 的广西左江花山岩画数字文化遗产的应用

董金义

（广西民族师范学院历史文化与旅游学院，广西 崇左 532200）

广西壮族自治区左江花山岩画文化景观是遗存在山体崖壁上的古代图画，地处广西左江及其支流明江流域。由于岩画位于露天崖壁，受当地气候、水文和地质条件等因素的影响，如何完整的保存现有的岩画是目前所面临的难题。在大数据时代建设背景下，数据库（DB）、数字动画和虚拟现实（VR）等技术可实现文物存档及永久性保存。3S（GIS、RS 和GPS）技术与DB、VR 等技术相结合，可建立实物二维或三维模型空间数据库，用于保存广西左江花山岩画文化遗产原有的各项形式的空间数据和非空间数据，可实现濒危文物资源的科学、高精度和永久性的保存。同时，也可突破时间和空间限制发挥文物的价值。结合GIS 三维可视化技术、VR 技术和空间数据库，采用合适的方式可实现广西左江花山岩画文化遗产科学的、高精度和永久性的保存。

目前学者关于左江花山岩画的研究主要集中在左江花山岩画中铜鼓的族属、类型、传承发展、文化功能[1-2]，左右江流域早期考古学文化及其研究价值[3]，宁明花山岩画生物病害及其治理研究进展，后申遗时代左江花山岩画文化遗产保护与传承研究[4]，广西左江花山岩画文化影响力[5]、左江花山岩画文化与壮族传统服饰习俗关系[6]等方面，而关于左江花山岩画数字文化遗产的保护与应用方面的研究较少。因此，将三维GIS、VR 技术和空间数据库应用于广西左江花山岩画数字文化遗产保护具有非常重要的意义和广泛的应用价值。构建的三维可视化系统可使左江花山岩画遗产保护区岩画文化景更加直观、多角度和全方位的展现，且支持多源数据的不断更新，也便于储存和查找。对游客或研学者而言，三维空间给予游客或研学者“身临其境”的感觉，利于提升景区的服务水平；对左江花山岩画遗产保护区管理者而言，可在三维场景中模拟旅游线路或景区规划，便于选取最优的规划方案。

一、关键技术及技术路线

（一）关键技术

1.三维GIS

三维GIS 除了具备较强的空间数据分析与处理的能力之外，它还具有多角度呈现、多维度空间分析、多源数据管理等优势。将三维GIS 技术应用于广西左江花山岩画数字文化遗产的保护，一是可将研究区空间信息更加直观地展现出来，如多角度、全方位更加直观地展示岩画在空间上的分布；二是可进行多维度的空间分析，如岩画空间扩散分析、通视性分析、日照分析、淹没分析等；三是便于存储与管理多源数据，如基础数据、专题数据、三维模型等数据。

2.虚拟现实

虚拟现实可将现实中的空间数据，通过计算机、信息通信等技术模拟出现实世界中的事物。它具备沉浸性、交互性、多感知性等特点；具有不受时间和空间上的限制，模拟现实中特殊场景或难以体验的场景等优势。将虚拟现实技术应用于广西左江花山岩画数字文化遗产的保护，一是可动态模拟出研究区空间数据发展历程或变化历程，如左江花山岩画不同时期分布动态演变；二是模拟多角度接触或感受的场景，如模拟游客从不同角度近距离或直接接触左江花山岩画的场景。

3.3S

3S 技术是GIS、RS 和GPS 技术的统称。如若将GIS、RS 和GPS 进行有效地集成，可实现多源数据的有效管理和综合处理，如进行海量数据的存储与管理、深度地数据挖掘、强大地空间分析等。将3S 技术应用于广西左江花山岩画数字文化遗产的保护，一是有利于获取和管理研究区不同来源的数据；二是能够进行深度挖掘研究区空间数据和属性数据；三是便于进行研究区空间数据的分析。

4.空间数据库

空间数据库采用一定的方式将空间关系数据、属性数据和图形图像数据等进行有效地存储、组织和管理，实现用户查询、编辑与共享。构建广西左江花山岩画数字文化遗产涉及大量的数据，且具有数据来源不同、属性不同、图形图像等特点，因此，需要使用到空间数据库技术才能处理好空间关系数据、属性数据和图形图像稍等数据之间的存储、管理和编辑。

5.纹理映射技术

纹理映射就是将纹理模式映射到物体表面上的技术，其主要原理是把纹理影像复合到由几何数据所构成的三维模型上。其关键之处在于如何纹理将影像与几何或空间数据进行正确的套合。为了让左江花山岩画数字文化遗产保护区三维可视化场景达到逼真的效果，在三维可视化场景构建过程中需要进行纹理映射，该操作对于构建的三维场景的整体效果与纹理细节的处理具有较大的作用。此外，考虑到构建的左江花山岩画数字文化遗产保护区三维可视化场景涉及到大量数据，在构建的三维模型不失真的情况下，对部分模型进行优化处理，其关键点也在于纹理的预处理及优化设置。

（二）技术路线

通过下载或收集获取研究区的高分辨率遥感影像、DEM、地形图、专题图等数据，根据研究范围对获取的高分辨率遥感影像、DEM、地形图和专题图等数据进行预处理，主要包括几何校正、镶嵌、裁剪等。在此基础上到左江花山岩画数字文化遗产保护区进行实地调查，获取景点、岩画、建筑物等物体的经纬度、正射纹理图片等一手数据，并使用Photoshop 对实地拍摄获取的图片进行相应处理。使用AutoCAD、3ds Max、Maya、Sketch Up 等软件，按照一定比例构建广西左江花山岩画数字文化遗产所需的三维模型。而后基于Terra Builder 融合研究区DEM 和正射遥感影像创建三维地形文件，并在Terra Explorer Pro 中将基础空间数据、专题数据、属性数据、三维模型等添加到地形文件中构建广西左江花山岩画数字文化遗产三维可视化场景。

二、基于Skyline 的广西左江花山岩画数字文化遗产设计

（一）总体框架设计

基于Skyline 的广西左江花山岩画数字文化遗产三维可视化系统主要由左江花山岩画遗产保护区三维地形、左江花山岩画数字文化遗产三维可视化场景、左江花山岩画数字文化遗产空间数据库等组成。总体框架如图1 所示。

图1 系统总体框架

（二）空间数据库设计

基于Skyline 的左江花山岩画数字文化遗产空间数据库主要涉及到基础数据库、专题数据库和属性数据库。基础数据库主要包括：高分辨率遥感影像、DEM、地形图、景区基础数据、左江水文气象数据、交通数据等。专题数据库主要包括：左江花山岩画分布、左江花山岩画图像展示、左江花山岩画旅游线路等。属性数据库主要包括：左江花山岩画文化景观申遗、左江花山岩画研学实践教育基地、左江花山岩画文献研究、左江花山岩画保护、左江花山岩画图像属性和其他文档资料等。

（三）功能设计

1.基本功能

主要包括能够实现对图层管理与控制、地图缩放、平移、全图显示、局部显示、定位查询、漫游、浏览、路径设置、数据联动等；此外，还可设定用户权限，可分为高层管理员、管理员用户和一般用户等。

2.分析与模拟功能设计

空间分析主要包括：路径规划、视域分析、缓冲区分析、地形分析、几何测量、统计分析等；模拟功能主要包括：模拟左江花山岩画空间发展格局、旅游线路及遗产保护区规划等；系统能与其他相关数据库进行数据交换等。

3.资料查询与管理功能设计

主要包括：岩画图片、文档、视频等资料的管理与查询。

（四）三维场景构建

1.数据组织

数据主要包括左江花山岩画遗产保护区二维数据和三维模型。二维数据主要包括高分辨率遥感影像、DEM、纹理、景点、旅游线路、交通路线和主要建筑物等矢量和栅格数据。研究区高分辨率遥感影像、DEM、景点、旅游线路等数据可使用ArcMap10.7、ENVI 等软件对其进行处理，如几何纠正、影像增强、空间参考设置等操作。使用Photoshop 对野外采集的纹理数据进行后期处理。利用AutoCAD 软件对旅游路线及建筑位置信息进行规整。三维模型主要包括左江花山岩画核心景区、主要建筑物、标志性物体等三维模型。参照底图数据使用3ds Max、Sketch Up 等软件构建研究区所需要的三维模型。

2.三维场景的构建

基于Skyline 的广西左江花山岩画数字文化遗产三维可视化场景的构建主要包括MPT 文件制作和三维地形可视化场景的构建。构建步骤主要包括：一是使用Terra Builder 创建广西左江花山岩画遗产保护区三维地形文件，即MPT 文件。在Terra Builder 中加载研究区正射高分辨率遥感影像和DEM 数据，创建影像金字塔，形成MPT 文件。二是使用Terra Explorer Pro 构建广西左江花山岩画数字文化遗产三维可视化场景，即FLY 文件。首先在Terra Explorer Pro 中加载已创建的MPT 文件，接着添加研究区景点、旅游线路、交通路线，核心景区、主要建筑物、标志性物体等三维模型，并根据三维可视化场景的效果进行图层显示顺序、注记、三维模型等的调整和优化，最终生成所需的FLY文件。

三、基于Skyline 的广西左江花山岩画数字文化遗产的实现

（一）开发平台及环境

操作系统为Windows7 及以上；本地开发环境选择为.NET；开发工具为Microsoft Visual Studio NET 2003；客户端脚本语言为Javascript，开发的工具选择UltraEdit。网络开发环境需要在服务器上进行开发和调试，本机安装Terra Explorer 即可；客户端需要安装Terra Explorer ＋IE8.0 以上版本即可使用。

（二）实现功能

基于Skyline 平台设计并开发的左江花山岩画数字文化遗产三维可视化系统，该系统能够实现多源空间数据的融合、浏览、查询、分析及数据的有效管理等功能。具体如下。

1.基本功能

实现对了对图层进行有效地管理与控制，可对三维可视化场景中的地图进行缩放、平移、全图显示、局部显示、定位查询、漫游、浏览、路径设置和数据联动；在系统设置中可设定用户权限，分为高层管理员、管理员用户和游客等，系统管理员能对数据具有编辑权限。

2.分析与模拟功能设计

空间分析方面：可在三维可视化场景中进行旅游线路或遗产保护区的规划；能够选择视点进行视域分析；指定点、线、面等进行不同范围的缓冲区分析；实现三维可视化场景相关区域的地形分析、几何测量、统计分析等；可模拟左江花山岩画不同时期空间发展的格局；留有数据接口，能够与相关数据库进行数据的传输和共享等。

3.资料查询与管理功能设计

能够查询和浏览左江花山岩画文化景观申遗、左江花山岩画研学实践教育基地、左江花山岩画文献研究、左江花山岩画保护、左江花山岩画图像属性和其他文档、音频和视频等资料。

四、结语

大数据时代背景下，海量多源空间数据的获取将会更加容易和便捷，三维GIS 技术应用于遗产保护区，将具有更广阔的发展前景和应用空间。随着信息通信技术的进步，在更多专业人员参与研究下，景区三维可视化技术将会得到一定程度的发展。基于三维GIS 技术、3S技术、空间数据库、三维建模、纹理映射等技术实现了广西左江花山岩画数字文化遗产多源数据的有效融合。基于Skyline 三维GIS 平台构建了左江花山岩画研究区三维地形和左江花山岩画数字文化遗产三维可视化场景，为遗产保护区数字文化遗产建设提供了一个新的平台。该平台可为遗产保护区管理者、政府相关部门、学者、游客和研学者提供全方位、多角度地浏览或查阅左江花山岩画数字文化景观及相关资料，可为相关决策的制定提供辅助决策支持，也可利用该平台对遗产保护区数字文化遗产建设进行模拟开发，实现景区的健康、可持续发展。