多元应用 多维展示

徐舒

摘 要：在信息技术、科学技术迅猛发展的当今社会，越来越多新兴技术不断被应用，有效推动了各行各业的变革。3D技术作为近年来广泛应用的一种新兴技术，其在各个领域都有广泛的应用基础。而对文物管理工作来说，各类3D技术能够为文物保护、文物修复、文物展示提供有效的技术支持，不仅能够进一步提升文物保护、修复工作的质量，还能让文物真正“走”出库房，进一步展现文物的价值。鉴于此，文章系统分析了3D技术应用于文物领域的几个场景，为文物管理工作提供一定的理论参考。

关键词：3D技术;文物保护;文物修复;文物展示

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.07.012

大部分文物较为脆弱，往往无法避免受到破坏，甚至会面临消亡的威胁。从近年来文物保护工作的进展情况来看，为有效避免文物受损，主要是尝试通过信息化技术来针对文物进行存档、保护、展示。众所周知，文物保护需要坚持“最小干预”原则，应当尽可能选择非接触式的无损技术。同时因为很多文物的空间结构、立体形状较为复杂，一些无法移动的文物所处的自然环境也相对较为复杂，要想有效针对文物进行保护、修复，信息技术的优势不言而喻。近年来，随着相关研究的不断深入，3D技术开始在文物领域大放异彩，包括三维扫描技术、3D打印技术、3D虚拟技术等，已经广泛应用于文物保护、修复、展示等工作。①在5G技术的支持下，新一轮科学技术与信息技术推动了3D技术发展，进一步加大文物领域3D技术应用研究就成为当前行业研究的焦点。

1 三维扫描技术

对于一些文物建筑的勘察工作来说，图纸测绘环节、重点保护位置检测历来是工作的重难点，由于受限于现场检测条件，同时会面临海量的测绘数据，再加上一些不规则的形状与线条，导致测绘难度非常大。从传统的图纸测绘方式来看，当前主要是通过激光测距仪、水准仪、全站仪等，开展单点、单面测量方式。这种方式虽然具有极为理想的精度，但整体覆盖面相对较小，同时单个数据采集时间为5～10s，数据的输出方式较为单一，只能够提供二维结果，当需要针对大量点进行测量时，往往會耗费大量的人工、时间。②三维激光扫描仪的应用有效解决了文物扫描难的问题，有效改变了传统测绘仪器使用的数据采集方式，基于非接触主动测量模式，让大范围、快速检测的可行性全面提高。三维激光扫描技术又称作“实景复制技术”，能够全自动、快速获取物体信息，包括整体信息、局部连续密集点信息，使扫描结果更为接近目标的原型状态。3D扫描的具体流程包含外业观测、搬站扫描、拼接转换、数据管理、点云数据处理、成果整理等，以此来根据扫描数据进行三维重建（图1）。③从文物领域的应用来看，三维扫描技术可以应用于文物建筑、构建等，通过三维建模进行保存，为后期修缮提供相关的信息数据参考。

日本爱知县陶瓷美术馆利用3D技术举办了一场线上线下双联动的文物展“日本陶瓷的源头—矗立在猿投窑前的巨大城墙”，此次展览主要是以日本三大古窑之一的猿投窑作为核心内容，全面展示了日本古代陶器的巨大魅力。此次展览是针对新兴3D技术的综合应用，观众基于二维码扫描即能够获取各种作品的三维动态模型，能够全方位、多维度鉴赏文物，进而了解猿投窑的历史信息、陶瓷作品。从此次展览创作流程来看，工作人员首先针对各种文物模型进行扫描，然后利用3D技术进行建模，将建立的高质量三维模型信息传输到Google Poly平台，分别为不同的文物建立对应的二维码，通过扫码就能够直接获取三维模型。如此，线下观众不仅能够直接观看文物，还能无死角观看文物。对于线上观众来说，同样可以利用二维码直接观看3D模型，满足观众足不出户就能够观看文物展的需求。

2 3D打印技术

3D打印技术是近年来的热门技术，主要是以数字模型文件作为基础，综合利用特殊可黏合材料与3D打印机，通过逐层打印的模式来进行物体模型的构造。④相较于传统文物修复工艺来说，3D打印技术能够通过三维软件进行建模，然后逐层进行打印，能够节约传统模具加工中间的诸多流程，不仅能够对能源消耗进行控制，还能显著缩短打印时间。从文物应用领域来看，通过三维激光扫描技术获取文物实际信息以后，利用3D打印机进行建模，为文物修复提供参考依据，当前主要涉及古书籍字画、古建筑、石窟等。随着3D打印技术的不断发展，相应的应用领域还在不断拓展，未来还可以应用于以下几个领域：一方面，对考古现场各种现场文物进行扫描，获取文物几何模型的细节部分。由于考古现场往往会面临复杂的环境，且存在较大的空间跨度，包括细小颗粒物、巨大古建筑等。考古现场存在的大量氧气、二氧化碳等必然会对文物造成负面影响，极为容易引发风化、褪色等。3D打印技术能够对这些文物进行等比例的缩小或者放大处理，并制作相应的几何模型，为后期考古工作提供有效的支持。3D打印技术进行虚拟模型的复制，因为材料主要是以塑料、金属、非金属无机材质等为主，且整体强度较为理想，受外界干扰相对较小，能够有效保障复制文物的稳定性。另一方面，针对考古现场各种文物进行快速复制。传统的模具加工只能够对一些体积相对较小的文物进行复制，而对于一些易碎且体积较大的文物等，则难以进行复制。⑤通过3D打印技术，则能够有效解决传统模具加工存在的问题，通过复制考古现场文物，为后期修复、展示等提供支持。⑥总的来说，随着3D打印技术的不断成熟，未来还可以综合利用数字化技术针对考古现场文物虚拟模型进行构建与保存，3D打印技术还具有巨大的开发空间。⑦

正如上文所述的案例，日本爱知县陶瓷美术馆利用3D技术举办了一场线上线下双联动的文物展“日本陶瓷的源头—矗立在猿投窑前的巨大城墙”，活动通过3D打印技术为观众提供服务。在活动期间，博物馆为观众提供了模型复制功能，观众可以选择自身喜欢的文物，通过对应的3D模型数据，综合利用3D打印机进行文物的复制（图2）。

3 虚拟现实技术与增强现实技术

3.1 虚拟现实技术

虚拟现实技术主要是以实时三维图形技术作为基础，同时综合利用人工智能等新兴技术来构建一个收集整理感官信息数据的整体。通过虚拟现实技术的应用，受众能够直接置身于虚拟现实模拟的空间当中，创造一个高度沉浸、多元互动的感官空间。一直以来，虚拟现实技术均高度重视观众在系统中的主体性，观众不仅能观看，还能与虚拟系统创造的实时空间进行互动。通过虚拟现实技术的应用，能够摈弃传统操作设备，获取与真实世界极为类似的逼真体验。传统文物的展示模式主要是把藏品静止摆放在完全密闭的展示柜中，观众都是隔着玻璃进行观摩，且观摩角度有限，难以真正了解文物的整体状况。通过虚拟现实技术的应用，观众具备完全自主操作的观看权利，能够根据自身爱好自由调整角度，了解详细的信息。⑧对于互动环节来说，只需要利用虚拟眼镜或者数字头盔等，便能够完全沉浸于虚拟现实技术展示的文物空间中。

3.2 增强现实技术

增强现实亦可以称作“扩充实境”或者“混合现实”。增强现实技术是通过对虚拟、真实两类环境所进行的一种整合，使得真实的空间能够与虚拟物体组合在相同的画面中，两种环境能够充分发挥相互协调、相互促进的作用，为观众创造一个虚实交互的场景。⑨增强现实技术能够视作真实与虚拟的枢纽，能够为观众群体创造一个现实生活中无法触碰到的场景。增强现实技术通过多年的发展，对虚拟场景与现实场景的融合程度越来越高，使观众不能轻易区别眼前场景到底是虚拟场景还是现实场景。增强现实技术在文物领域的应用，能够创造与文物相关的虚拟场景，使观众能够從不一样的角度去针对文物进行审视，在强化观众体验的同时，进一步帮助受众了解文物、理解文物对应的信息。

4 全息影像技术

全息影像技术是一种基于新媒体的虚拟互动展示模式，主要指的是通过影像在平面玻璃上面折射之后进行展示的一种技术。从技术层面来看，全息影像技术主要是基于光学技术原理，综合利用玻璃折射与数字等有关技术的整合，使相关影像可以浮现在特定成像空间中，以此来建立更为形象、逼真的场景。⑩全息影像技术展示出来的影像不同于常规电视直播、实体演出，全息影像技术展现出来的玻璃影像可以与实体模型之间进行高度匹配，从而有效展现出舞台与影像之间高度融合的综合效果。全息影像作为一种较为特殊的显示技术，其主要是基于全息技术所具有的三维特征来对物体立体影像进行全面展示。因此，倘若相关的介质是空气或者较为特殊的离子材料，就能够直接在空间中表现出物体的立体影像。从互动方式来看，全息影像技术与其他类型的显示技术存在差异，观众能够直接沉浸在影像创建的场景当中，在这个过程中可以直接进行互动，且不需要进行设备的穿戴。从文物领域的应用情况来看，全息影像技术主要是应用于场景创建，如讲述一个跨时空的多人物故事、历史故事的浓缩和再现、微观世界难以表达的科学原理、宏观世界的科学观测结果、人脑海中突发奇想的构思等都可以应用全息影像来演示，但一般要求有一定的故事情节，有可以创设的环境，或者有变幻的视觉效果。k从当前全息影像技术的发展现状来看，技术整体还不够成熟，对于现场展示氛围要求极高，且需要的成本也相对较高，这就导致实际应用过程中非常容易受到展示空间的制约，当前还无法进行大面积的推广应用。

例如，我国大型文博探索节目《国家宝藏》，其正是对全息影像技术的高度整合应用，其中纱盒巨大的立方体空间及投影模式呈现了独立神秘的舞台空间。在“国宝亮相”的重要环节中，位于舞台视觉中心的纱盒环抱国家宝藏缓缓推出，色彩、清晰度都极为逼真，且具有极强的立体感，真实再现了国家宝藏的影像全貌（图3）。

5 360°全景漫游技术

360°全景漫游技术主要是利用专业摄像机针对场景图像信息进行全面的捕捉，然后利用软件对各种图片实施拼合处理，最终选择专门的播放器进行场景的播放，把平面照与计算机图转变为360°的全景场景。360°全景漫游技术本身是一种可以在终端平台中通过平面图像构建的一个能够进行互动而又虚拟存在的三维虚拟场景。对观众来说，能够针对虚拟空间实施360°全景观看，同时也可以在这个过程中进行互动操作，选择自主观看的目标。对文物领域来说，360°全景漫游技术的主要优势在于，其能够打破传统三维漫游只能够从一个视角进行控制的问题，同时技术本身也不需要耗费大量成本针对场景开展一比一建模，而是通过摄像器获取相关素材，然后把真实影像资料与计算机脚本语言实施高度融合，就能够进行360°全景展示。相较于传统三维建模技术而言，360°全景漫游技术的现实感更强，制作也更为便捷，技术成本低，周期短。与此同时，360°全景漫游技术输出的文件也相对较小，当前网络完全能够满足要求。尤其是对文物领域的应用来说，其对真实度要求非常高，360°全景漫游技术的优势就变得更为突出，同时还能够根据文物领域的展示要求，在全景互动过程中融入文字、音频、视频等多元化的信息资料，让观众不但能够获取整体层面的参观感受，还能够进一步感知场景中的各个细节部分。此外，文物展示还可以在多重触摸系统、大屏幕全屏互动投影上呈现，观众可以直接手动操纵从二维的平面转变成虚拟的三维空间的影像，可以任意放大缩小，甚至从各个方向移动观看整个场景。

我国京剧艺术大师梅兰芳先生的纪念馆就引入了360°全景漫游技术，通过在空间构造和参观顺序方面做一个完善的全局谋备，分别收集展厅、建筑外的全景信息，利用360°全景漫游技术针对各种影像信息进行评价，再在拼接组合成功的全貌影像上进行一系列的外部资源信息链接，观众可以用鼠标拖动，模拟摄像机摇镜头的角度，观众通过自主操控，与梅兰芳纪念馆进行直接的互动。

6 结语

综上所述，5G时代的全面到来，科学技术、信息化技术的不断发展，越来越多新兴技术的不断研发应用，无疑能够为文物管理工作提供更多的技术支持。通过3D技术的综合应用，能够进一步提升文物保护、文物修复、文物展示的科技含量，助推博物馆文物管理工作的发展。这就需要博物馆重视新兴技术的作用，积极加大新兴技术的研发投入力度，尝试引入更多的信息技术应用于文物管理，从而有效推动文物管理机构各项工作的有序开展。

注释

①康虎.3D打印技术在青铜器文物保护中的运用分析[J].卷宗，2021（9）：359.

②杨蕴.浅谈3D打印技术在陶瓷类文物修复和复制中的应用[J].文物保护与考古科学，2015，27（2）：110-113.

③朱长永，马超，沈九美.三维数据处理及3d打印技术在文物修复中的应用[J].数码世界，2018（8）：17.

④宋歌.智能制造背景下3D打印技术的现状及趋势分析[J].中国设备工程，2021（9）：262-263.

⑤李其良.硅橡胶制模在文物复制中的广泛应用[J].文物修复研究，2018（00）：124-130.

⑥李宁.基于高分子材料3D打印成型技术的研究[J].当代化工研究，2021（12）：161-162.

⑦曹锋，毛小龙.3D打印技术在古陶瓷修复配补过程中的应用研究[J].中国陶瓷工业，2021，28（4）：36-40.

⑧孙帅，赵朋.基于低空无人机技术的文物建筑“三位一体”实景三维信息模型构建与应用—以山西省李庄文庙为例[J].华中建筑，2017，35（6）：34-37.

⑨杨超.基于三维展示的博物馆空间多要素交互系统设计[J].现代电子技术，2021，44（12）：155-158.

⑩张宝文，陈达银.全息技术在博物馆中的应用—以长安大学地质博物馆为例[J].信息与电脑：理论版，2021，33（8）：34-36.

k方禾.HOLO投影小史—全息成像技术在博物馆应用实践与变革[J].中国博物馆，2018（2）：13-17.