唐十八陵数字化保护与传承的应用探索

魏小红　李会晓　桑振

摘 要：坐落于关中平原的唐十八陵是中国古代历史上巅峰时期遗存的精华，见证了唐王朝开国、发展、盛世和衰落的过程，是历史的缩影，更是文化的载体。随着时间的推移，这些珍贵的文物遭受了严重的破坏，而传统的保護方式效果有限，情况不容乐观。现如今数字化这一革新性技术的兴起，使文物保护工作有了新的技术支持，数字化技术逐渐成为文物保护工作的重要手段。文章针对唐十八陵现状进行了实地调研和考察，以“永久保存、永续利用”为目标，结合数字化技术探索更加科学有效的保护与开发传承路径，应用于唐十八陵修复、管理、展示等方面。

关键词：唐十八陵;数字化技术;修复;保护;开发

1 唐十八陵的现状分析

在我国古代社会，修建帝王陵墓是国家最大的工程，修建一座帝王陵往往要消耗大量的人力、物力、财力。所以一座帝王陵规格的高低，往往就是一个国家一个时期内政治、经济、文化的浓缩和综合国力的集中体现。唐陵是大唐帝国的一个缩影，集中反映了唐代的物质文明、精神文明和制度文明，是留给当代乃至后世难得的历史财富。但是由于各种历史原因和自然环境的影响，曾经辉煌的帝陵建筑因战乱、风化、偷盗和人为毁坏等被蚕食殆尽，受损情况严重，现状不容乐观。

1.1 损坏严重

1300多年来，露天分布的唐十八陵在受到雨蚀、风化、地质变动、微生物、环境污染等地质条件和自然环境的恶劣影响后，这些珍贵的历史遗迹均受到不同程度的损坏，如表层出现裂隙、层状风化、鳞片起翘等，这些损害不仅影响美观，而且可能会进一步恶化，导致这些石刻整体结构失稳，进而变形甚至倒塌。

我国历史上出现过许多次大面积破坏文物的盗窃事件，唐陵也不例外，五代时期耀州节度温韬的盗掘活动影响极深，对唐陵造成了无法挽回的破坏。唐昭陵内“昭陵六骏”中的两骏—“飒露紫”和“拳毛騧”于20世纪初期被倒卖到美国，现存放于宾夕法尼亚大学的博物馆内①。此外，一些历史原因也对唐陵造成了很大的影响。例如，早些年国家分配土地后农耕对唐陵产生很大的破坏，陵区面积一般较大，划分土地时很多雕塑散落在耕地中，当时文物保护的普及度不高，为了能够顺利地农耕，大多数农民不会顾忌这些文物的价值，对一些妨碍务农的文物直接推倒或者摧毁，导致大量的雕塑破损。

1.2 保护受限

目前我国文物保护主要运用物理修复和化学修复两种修复方法。基于物理方法的保护主要是填充加固、封堵裂隙、空鼓注浆等，这样虽然有利于修复文物，但是也有很大的局限性，如填充物与原材料不相融合，随着时间的推移，两者之间的差异越来越明显。以化学方法为基础的保护主要是通过对文物进行病害调查，然后用材料试验，遵循相容性、安全耐久、环境协调的原则选择合适的修复材料。例如，将化学层涂覆于文物表面，虽然这样可以避免石质文物发生表面氧化反应从而导致腐蚀，但是透气性差，容易引起石质的化学反应。②这些修复手段可以暂时起到保护文物作用，但随着时间的推移，在自然因素的影响下文物终会受损。

唐陵所处的地理位置有些偏僻，多在山区、农家地和村落附近，而且面积过于广阔，又大多伫立荒野之上，基础设施不完善且标识也不是很明显。在大量需要保护的文物面前，对应的专职保护人员却远远不够，难以周全地保护这些文物，保护经费也是一笔非常大的开销，人文保护可行性低，保护工作面临很大考验。

2 唐十八陵的数字化保护

近年来，我国计算机技术发展迅速，人们开始利用数字化信息技术对珍贵文物进行保护与修复。数字化技术指的是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。①文化遗产数字化具有虚拟现实性、智能化创新性、低成本复制性等特点。唐陵的数字化保护以复原、模拟、修复、仿真为理念，对唐陵文物进行文物信息数据采集、数字存储、数字处理，进行数字化修复和保护。

2.1 采集文物数字化信息，建设文物数据库档案

2.1.1 数据采集

数据采集主要是对唐陵进行实地调研考察，通过拍照对其形状、色彩等方面进行记录。然后通过特定的软件和设备来采集数据，主要是通过三维扫描测绘将唐陵石刻信息转换成计算机能够识别和处理的二进制代码，对唐陵资源的数字化进行可视化信息采集。②采集过程主要使用的是三维激光扫描技术，将激光照射在物体上，照射点与两台发射器之间形成一个稳定的三角形，可以将被扫描的物体密集的三维坐标信息以及反射率信息反馈出来，形成点云模型。点云数据可以对文物的实际尺寸和色彩纹理信息进行采集并反映出来，结合GPS设备将点云扫描数据完整地放置在同一坐标空间中，通过这些方法可以准确地捕捉和再现文物的形状和基本颜色与纹理。③

2.1.2 建立模型数据库

采集文物信息之后，借助二维数字图像、三维模型形式，整合文物的各类参数数据，建立模型数据库。云计算技术凭借其强大的数据存储功能可以将文物信息以数字化的形式进行存储，其迅速备份恢复的功能也能够保障唐陵数字信息的安全性，这些永久保存的数据可以用于3D打印、全息投影等。

2.2 安全监控预警围栏，数字技术保障文物安全

2.2.1 监测文物保护系统

为了尽可能降低自然因素对唐陵石刻的影响，进行预防性保护，可采用基于传感器技术的数字监测文物保护系统。该系统涵盖大气环境检测、空气质量检测，以数据引擎为接口，借助基于温度、湿度、风速传感器组成的无线传感器网络进行预警和防护，形成大型关系数据库管理空间数据，可实现对景区历史文物的监控管理。这种传感器可以对景区的气象环境进行实时监测，通过ZigBee技术和硬件系统相结合对气象信息进行管理，对收集到的气象信息进行整合处理，然后录入数据库当中。④警报信息管理系统对景区的各项气象指标设置门限值，当该景区的气象发生很大改变，传感器监测到的气象信息达到设置的门限值时，就会在该景区范围内进行警报，以便工作人员及时采取措施进行防护。

2.2.2 安防预警分析系统

虽说近年来随着保护手段的完善，偷盗的现象大幅减少，但仍有这种情况出现，安装安防预警分析系统，建立保护警报机制可以起到预警作用。基于人工智能技术的安防预警分析系统主要包括采集文物的基本信息，保证文物芯片编号和所在位置的有效性和准确性，建立文物路径追踪，保护景区环境以及文物安全。此系统可以对唐陵文物的信息进行查询和所处的地理位置进行查询，利用文物的信息采集结果查询文物的状态。一旦文物丢失，系统阅读器检测到该历史文物的芯片发生了位置的改变，就会启动自动报警功能，这样工作人员便可以及时地追踪文物当前所处的地理位置和遗失的路径，节省人力和物力，保障文物的安全。

2.3 数字化修复文物，科学探索保护路径

2.3.1 缺失部位复原

虚拟修复的主要过程是利用三维激光扫描技术将收集到的高精度点云数据进行去噪、配准、取样等操作，再通过三维重建技术根据处理后的点云数据构建出文物三维网格模型，使用高分辨率相机采集到的纹理进行纹理映射，最终得到文物的高精度模型。⑤在高精度三维模型的基础上进行模型预处理，对由于在三维激光扫描过程中的反射强度及文物几何结构复杂而无法被扫描到的死角导致的漏洞进行修补，同时去除该文物模型上包含的文物表层伤害。然后进行模型处理，判断石刻的缺失情况，寻找石刻缺失部位的修复依据，利用曲面融合和曲面重建技术，在充分考虑同时期、同类型造像规律的基础上，结合专家论证、史料记载、相似器物参照等对文物缺失部位进行虚拟复原。

2.3.2 碎片拼合

对于破碎的石罐，通过数字化手段获取碎片的表面、纹理、材质等数据信息，对碎片反复比较，对对比结果进行评估计算，得到每对碎片之间的相似度，得到拼接模块选择方法的输入值，之后再通过场景数据采集、融合、模型网格化以及纹理映射等对原始发掘现场进行重建与展示，然后根据特征匹配完成自动有效的虚拟拼接，实现交互式碎片拼合。①在文物修复过程中，通常寻找相同的文物作为参照，将完整的数字化数据依附于残破的文物数据之上，再运用软件进行复制，应用这种数字化技术手段对修复的过程进行反复模拟实践，再从结果中进行比较、筛选并得到最终的优化结果，即修复方案的最优化。

3 唐十八陵的数字化开发与传承

对于唐陵现有资源的开发与传承，可以丰富那些被储存下来的数字化信息数据的展呈方式，将数字化技术与现存的文物保护方式相结合，更好地利用科技手段去最大限度地使文物的价值得以充分体现。现如今对于文物的传承我们更要注重文化产品在异质化、细分化、创新性方面的发展，从而对其进行传播、传承、活用。

3.1 划分等级保护区，唐陵细分化发展

鉴于唐十八陵各陵保护开发现状和实际地理环境，各陵开发的潜在难度与保存完整程度不同，将其规划分为三个侧重点不同的等级保护区。一级包括乾陵、昭陵、献陵、建陵、茂陵五座陵区;二级主要是桥陵、定陵、泰陵、元陵、崇陵五座陵区;三级主要是剩下的几座地理位置偏远、开发难度大的陵区。对不同等级的陵区有针对性地分别采用不同的开发方案，基于三维技术对复杂数据进行可视化操作，结合人机交互的虚拟现实理论与技术对文化遗产进行有效展示。

3.2 开发文旅+IP，户外沉浸式唐陵体验

文旅IP属性之一是要拥有独特性，拥有特有的文化内涵、精神价值，在设计上体现着独特的旅游主题、风格、内容等。②陵墓旅游文化在我国发展尚未繁荣起来，这便是唐陵的独特之处。打造唐陵IP首先要找准定位、创造内容。唐十八陵拥有良好的资源优势，我们可以将其与唐陵本身最优的石刻、壁画资源相结合，真正体现其价值。唐陵博物馆可以与广大民众的文化生活相结合，广泛地和社会优秀的文化机构、创意团队相结合，开发层次丰富、品类多样的唐陵历史文化衍生品，满足各层次受众群体的不同文化需求。

3.3 建立电子展馆，手机App激活唐陵石刻

随着5G网络技术逐步普及，云展览网络传输将迎来高速发展。建立网络电子展馆是指借助计算机虚拟现实和人机交互技术，将展馆场景、藏品和遗址等内容移植到互联网上进行展示、宣传与教育的三维互动体验解决方案。这不仅颠覆了历史文物的传统呈现方式，更为文物档案原始数据的留存和复原提供技术支撑。③运用动态环境建模技术对采集到的和计算机网络整理范围内的唐陵文物数字化信息资源进行多源信息交互，通过实时三维图形生成技术和立体显示、传感器技术呈现动态视景，通过荧幕形象让游客了解文物的前世今生，更加直观地将文物展示给游客。用户可在任何地方戴上VR视镜，在手机上响应并进行操作观看文物，跨越时空限制，云游唐陵。

习近平总书记指出，历史文化遗產是不可再生、不可替代的宝贵资源，要始终把保护放在第一位，传承中华文化，要“以古人之规矩，开自己之生面”，重点做好创造性转化和创新性发展。唐陵作为中国古代封建王朝中丧葬文化的一个重要体现，拥有非常高的历史、文化、艺术与政治研究价值，运用数字化技术保护、复原、重现唐陵是一个崭新且有效的选择，开发出一套运用数字化技术保护文物的系统，包括文物数字化信息采集、数据保存、数字化修复、虚拟展示等各个方面，同时加强对文物的研究和开发，不断通过线上线下相结合更好地实现传统文化的创造性转化、创新性发展，让人们能够积极了解唐陵文化，鼓舞民族文化自信，实现创新发展的精神动力。