徐州大运河文化遗产数字化保护研究

□王 含

一、引言

伴随着大数据、区块链、人工智能、5G等信息技术的来临，数字化技术深刻地改变和影响了文化遗产的保护途径。其在文化遗产领域全方位、多角度、深层次的被应用，使文化遗产的文化价值、历史价值、社会价值、经济价值全面彰显，现已成为文化遗产保护的主要方式。近年来，国内文化遗产数字化保护不断被革新，如数字考古、数字博物馆、遗产空间虚拟重构等。然而，针对运河文化遗产数字化保护的研究与技术却较为稀缺，理论探索也较为缓慢，影响着国家发展运河文化带建设的规划蓝图。

二、徐州大运河文化遗产数字化保护的必要性

徐州大运河文化遗产数字化保护是运用数字化方法及其技术体系探寻大运河文化遗产保护的可行途径，要能将“文化遗产转化、重现、还原成可共享、可再造的数据形态，以新的视野加以诠释，以新的手段加以存储，以新的需求加以运用。”(宋方昊、刘燕：《文化产业视野下的非物质文化遗产数字化保护与传承策略》，载《山东社会科学》2015年第2期)从文化遗产数字化保护的发展趋势和徐州大运河文化遗产的特点来看，开展徐州大运河文化遗产数字化保护对促进其活态化保护与可持续发展具有重要意义。

1.徐州大运河文化遗产保护层次较低

徐州大运河沿线文化遗产没有整体保护与发展理念的指导。大运河文化遗产是活态的线性文化遗产，但由于运河文化遗产种类庞杂，徐州文物保护部门受资金、人员限制，对文化遗产的保护还是以发掘整理为主，很少对遗址进行保护展示，境山“淮海第一关”摩崖石刻、内华闸、蔺家坝的张谷山、青山古渡口、秦梁洪的泗水捞鼎遗址、荆山桥等遗产都没有进行有效的保护。另外，为了旅游创收，在未经论证和规划的前提下，对某些运河建筑与聚落遗产改造重塑，建造仿古建筑破坏运河遗产的原貌，最明显的例子就是户部山街区。上世纪八十年代，为了重建戏马台，拆掉了第二圈层的文星武圣建筑群，移走了碑碣，建成了明清风格的戏马台公园，其他老民居只有几幢受到文物保护，其他大多翻新变成了商业门面。部分蕴含运河文化内涵的非物质文化遗产，因缺乏有效的保护或丧失传承的环境也已失传。而徐州大运河文化遗产的数字化修复、保护、再现工作基本没有开展。

2.丰富保护途径，促进活态保护

在数字化背景下，徐州大运河文化遗产的保护有广阔的空间。一是能够提供更强大的存储功能。徐州大运河文化遗产除了物质遗产和文字资料外，还有大量的图片、音频和视频资料等，可以借助数字化技术形成一个资料库对其进行永久存储；二是能够及时更新大运河文化遗产的信息。利用数字化手段，可以对海量的信息和数据进行统计分析；三是促进徐州大运河文化遗产的呈现方式多元化。数字媒介具有交互性、便捷性、沉浸性等特点，使文化遗产更具吸引力；四是能够助力徐州大运河文化遗产的科普与传播，如构建徐州大运河文化遗产保护APP、网站、公众号等平台，拉近大运河文化遗产与大众的距离，促进徐州运河文化遗产保护的可持续性。

3.数字时代的必然选择

随着信息技术的飞速发展，人们习惯于通过数字手段体验和了解事物。数字技术可以为徐州大运河文化遗产的保护提供重要的技术支撑，也为文化遗产拓展空间注入了新的活力。另外，徐州大运河文化遗产数字化的传承和传播也将成为常态，数字技术可以打破地理限制，提供更多的新媒体平台，大运河文化遗产将拥有更广阔的传承天地。总之，数字技术将促使大运河文化遗产在新的社会环境下呈现出特有的形式。

三、徐州大运河文化遗产数字化保护的总体框架

徐州大运河文化遗产以其特有的物质文化遗产和非物质文化遗产而广受关注，这也是徐州大运河文化遗产的核心价值和开展数字化保护的根本出发点。物质文化遗产包括运河水利工程遗产、运河生态与景观环境遗产、运河建筑文化遗产、运河聚落遗产；非物质文化遗产包括民俗文化活动、传统手工艺、饮食文化、民间崇拜与精神信仰。数字化保护将从这八个方面构建徐州大运河文化遗产数字化保护的框架(图1)。

图1 徐州大运河文化遗产数字化保护框架图(作者自绘)

1.徐州大运河文化遗产数字化保护的思路

徐州大运河文化遗产的数字化保护可以分别从数字采集、数字存储、数字处理、数字展示四个方面进行。其一，数字化的采集，徐州大运河文化遗产的采集可利用数字摄影、三维扫描、GIS测绘、无人机航拍等技术，尽可能地保留遗产信息的真实性和完整性，保留运河文化遗产的精神内涵和独特魅力，这是保障徐州大运河文化遗产历史延续的基础。比如，敦煌莫高窟的“数字敦煌”就是对数字化采集的应用，可资借鉴。其二，数字化的存储，信息的纸质保存已经无法满足现代社会的需求，信息的数字化存储能够对各类文化信息进行有效地整理与归类，永久保存、无限复制的数字资源更容易被社会共享。以“中国基本古籍库”为例，通过对中华经典古籍进行电子化扫描和存储，将古籍库分为二十个大类及数百个小类，涵盖自先秦至民国的古籍，包括哲学、地理、社会人文等多个科目(韩宇霏：《数字技术在传统文化传承中的应用研究》，载《东方收藏》2020年第23期)。其三，数字化的处理涵盖范围广泛，数字修复、三维建模、图像处理、人工智能等技术，在文化遗产的数字化保护中有较多应用，这也能为徐州大运河文化遗产的开发、利用提供了无限拓展的空间。例如，扬州开发的“互联网+中华文明工程”，通过网络、数字地图和移动技术展现了大运河的遗产风貌，游客可以通过GIS移动终端系统设置畅游运河的路线，在APP中即可了解运河遗产的概况。其四，数字化的展示，徐州大运河文化遗产数字化展示可以通过数字影像展示(短视频)、3D遗产实景展示、动漫游戏应用开发、网络媒体展示等方式，面向公众及行业部门等群体开放，这是文化遗产保护的全新探索和尝试，有利于徐州大运河文化在当今社会的创新发展。如故宫的端门数字馆，利用数字技术将古代建筑、皇宫生活展现在公众面前，公众通过大屏幕获得沉浸式的感受，通过游戏进行交互体验，可以参观皇帝居室、批阅奏章、360°观赏文物等参观故宫得不到的体验。

2.徐州大运河文化遗产数字化保护的具体方式

从文化遗产数字化的相关实践并结合徐州大运河文化遗产特点，数字化保护方式有：信息数据库、数字考古、虚拟交互设计、数字博物馆和数字出版这五类。

(1)数字技术在徐州大运河文化遗产的数据搜集与整理方面具有优势，云存储与管理可以为大运河文化遗产数字化保护提供数据库技术支撑，与徐州大运河文化遗产相关的历史文献、地方县志、民间传说、相关人员访谈资料、遗产图像、测绘数据、音(视)频、动画等都是搭建数据库的内容，根据数据内容可以分别建立相应的分类信息数据库。比如徐州大运河文化遗产中的民俗文化活动数据库，除存储相关文字信息外，还可以采用视频的方式制作柳琴戏、梆子戏等表演的纪录片，进行活态保护。建立传统手工艺的数据库，要录制制作工艺，也可添加工艺流程动画对其进行补充，同时拍摄成品照片完善作品库。总之，数据库的搭建要与其他媒体网络实现全面对接，坚持共享开放的原则，这将有利于大运河文化遗产的永久储存与时时共享，便于后期地更新与应用，为大运河文化的普及和传承提供重要保障。

(2)数字技术可以对各类文物进行数字化的考古和修复，运用数字化技术获取文物的三维数据，逆向倒推破损文物缺失部分的数据，进行三维建模，进而对真实文物进行有效修复。徐州因黄河水患侵袭，许多运河建筑遗产被掩埋地下或损毁严重，仅存遗址，如荆山桥、广运仓、徐州古城等。这类遗迹非常适合利用三维激光扫描技术对遗迹的相关信息进行采集，结合文献史料依据，在软件中进行三维建模，并结合虚拟现实技术(AR)与混合现实技术(MR)对其进行虚拟再现，恢复运河古迹原来的风貌。

(3)在信息数据库与数字考古的基础上进行虚拟交互设计，运用数字摄影、3D扫描、工程绘制3D建模及虚拟现实技术等手段创设虚拟空间场景。如运用AnyCAD等软件对三维模型进行全方位的观察，也可放大观察空间场景的内部结构、建筑细节；或者设计交互游戏，让公众可以身临其境的体验徐州香包、徐州剪纸的制作工序，以使其在线上与线下游览时，增加沉浸感、体验感和互动感，可以立体化、全方位地体验徐州大运河遗产的魅力。

(4)徐州没有实体的运河博物馆，建立数字博物馆可以节省部分建馆的支出，还能起到运河文化推广的效果，即运用数字化方法将徐州大运河物质文化遗产与非物质文化遗产从实体的物质空间投射到虚拟空间。在建立数字博物馆时，可以建立虚拟游览入口，再结合数字影音、立体展现、全息投影、VR、AR、虚拟漫游等技术手段让公众在电脑端或者手机端即可在线游览博物馆进行虚拟场景体验。散落在徐州运河两岸的众多文化遗迹，鲜有年轻人会去实地探访，但通过数字化的手段改善文化体验，展示文化内涵，将会让他们因线上文化体验而对线下实地产生探访的兴趣，从而进入与运河文化的深度互动中来。

(5)根据前期数据，进行徐州大运河文化遗产宣传的电子书、动画视频、数字期刊、APP、网站等传播载体的制作。利用公众碎片化的时间，建立二维码技术支持下的移动互联网传播，利用各大信息平台展示转换为二维码的数字读物，以活泼的形式使公众即时获知文化遗产的图示解说与动画视频。

四、徐州大运河文化遗产数字化保护的关键技术

当前，人工智能、大数据、云计算、物联网、5G、区块链等数字技术飞速发展，文化遗产数字化保护技术也朝着更高分辨率、更多样化媒体形式、更便捷交互方式和更具沉浸感体验的方向迈步发展。徐州大运河文化遗产数字化保护需要以GIS为核心，整合三维激光扫描技术、BIM技术、数字影音与流媒体技术、空间场景重构技术。

1.GIS技术

GIS 技术是融合了遥感技术和地理地图学，在计算机硬件、软件系统支持下，对空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、处理、分析、显示和描述的技术。运用GIS可以搭建气候、环境、山水、街巷、建筑等综合图像信息模型，能够对数据进行有效的整合和空间功能分析(龚苏宁等：《古村落保护中数字化技术的应用路径研究》，载《建筑与文化》2021年第8期)，GIS是徐州大运河文化遗产数字化保护的核心支撑技术。徐州大运河物质文化遗产本身是一种空间上的特殊景观，且运河沿线的水利设施、景观环境、古建筑、聚落、文物等遗产都具有显著的地理空间特性。徐州大运河文化遗产数字化保护不能脱离自然地理环境而空谈，这要求我们考虑以空间位置和时态信息为主导的各类属性。如，运河线路在不同时间段的变更情况、运河文化遗产的地理分布、运河水利工程与生态景观的实时监控、运河建筑文化遗产的空间模型、运河聚落遗产的空间格局等。因此，在数字化保护中引入GIS技术是考虑物质性遗产属性的必然选择。

2.三维激光扫描技术

使用GIS技术对徐州大运河文化遗产进行保护，离不开三维激光扫描这一基础技术。三维激光扫描属于测绘技术之一，是一种实景复制技术。它通过高密度的扫描点来表现和记录被测物体的尺寸和形态，可采集空间数据、材质、构件类型和尺寸、颜色等属性信息(杨永：《古建筑数字化保护关键技术研究》，河南大学2010年硕士学位论文)。这些点云数据可以转换格式，供各种工程软件使用，也可以按原比例构建三维数字模型，应用于虚拟现实和模拟修复之中。针对徐州大运河物质文化遗产的保护而言，三维激光扫描采集速度快，与传统人工测量相比效率提升数倍；扫描数据准确率高，与其他软件的兼容性强；据此构建的水利工程模型、古建筑模型与聚落模型信息可以载入信息数据库，帮助研究人员更深入地研究其结构、科学价值、艺术价值、营造法式；同时也为遗产修复与三维虚拟模型提供了更加精准的依据。

3.BIM技术

BIM技术是利用数字化技术创建一个承载建筑信息全过程的三维模型，同时建立一个集成化的建筑工程信息库，使工程建设的设计、施工、运营等各参与方均可在此基础上交换和共享信息并且协同工作，从而为整个工程项目带来提高生产效率、节约建设成本和缩短建设工期等积极效果(邬泽群 等：《三维激光扫描技术与BIM技术的建筑数字化保护应用研究及展望》，载《中国工程咨询》2021年第5期)。由于BIM技术在建筑建造与保护中的卓越表现，国内已有部分古建筑引入BIM技术进行信息纪录及处理。将BIM 技术应用在徐州大运河水利工程、建筑和聚落遗产的数字化保护中具有以下优点：一、改变传统二维图纸绘图不能互通的情况，利用BIM 技术构建三维数字模型，随时查看局部图纸细节，且能更直观、清晰地表现建筑原始风貌。二、三维建筑模型不仅能够展示，点击相应部分还可查看建筑物的建造、修缮和监测信息，显示建筑原始图片、文字资料等，形成建筑物信息的全方位集合。三、BIM技术通过虚拟仿真技术，能够复原已经消失的水利工程和古建筑，既可以实现对运河遗产的科学保护，还可以让公众身临其境地感受运河遗产的魅力，促进运河文化传播。

4.数字影音与流媒体技术

数字影音技术是指利用数字化的技术手段创作音视频。流媒体技术是一种使音频、视频等在互联网上以近乎实时而无须下载的方式进行播放的技术。在高带宽和5G时代，流媒体技术助推数字影音在互联网上闪电式传播。数字影音具有存储成本低、传输过程不失真、编辑处理便捷等特点，为徐州大运河文化遗产的信息数据库建设提供了原始数字素材，并且成为徐州大运河非物质文化遗产保护中最重要、最常用的技术。徐州琴书、鼓吹乐、柳琴戏、梆子戏、跑竹马等民俗文化活动可以用数字影音技术全方位纪录表演的过程；徐州香包、徐州剪纸、邳州纸塑狮子头、丰县糖人贡等传统手工艺可以存储制作过程及作品形式；徐州饮食文化、民间崇拜与精神信仰可以以拍摄纪录片或短视频等形式储存并传播。

5.空间场景重构

空间场景重构是文化遗产空间场景可视化的核心技术，主要借助三维激光扫描和无人机倾斜摄影测量得到原始数据，利用增强现实(AR)技术、虚拟现实(VR)技术、混合现实(MR)技术、3D 全息投影等数字化展示手段完成徐州运河水利工程、运河景观环境、运河建筑及运河聚落等复杂三维场景模型的构建和虚拟重现。空间场景重构技术既可以有效拉开公众与实物文物之间的距离，避免人对文化遗产所造成的不经意的损害，同时拉近公众与文化遗产之间的体验距离，提升游览体验。而且VR、AR、MR技术和3D全息投影还可以拓宽运河非物质文化遗产的保护形式，利用虚拟产品开发、沉浸式场景构建、交互式系统开发调动公众的参与感与互动性，非物质文化遗产能够无限定空间的持续发展。具体来说，可以利用VR 技术，以户部山历史街区及窑湾古镇等著名文化遗迹为设计元素，公众可通过数字设备360°旋转观看建筑结构；对徐州香包、徐州剪纸来说，VR技术可以将材料、图案、工具等元素以虚拟形式呈现，用户可在程序中体验香包与剪纸的制作。利用 MR 技术，在现实的遗址中引入已不存在的运河文化遗产模型，实现历史场景的复原，还可以利用3D全息投影创建游戏场景，体验运河民风民俗。

五、结语

文化遗产资源的数字化保护，是以数字化技术手段重组文化遗产资源，重构文化遗产的存在方式、传承方式和文化形象，是“文化科技融合创新”(陈振旺、樊锦诗：《文化科技融合在文化遗产保护中的运用——以敦煌莫高窟数字化为例》，载《敦煌研究》2016年第2期)之举。徐州大运河文化遗产的数字化保护与数字技术时代发展相契合，使沿线众多物质文化遗产与非物质文化遗产以一种更加安全有效的方式得到保护。如何使徐州运河文化在当下的社会语境中凸显新的魅力，使其更加贴近迅速变化的市场情势与时代发展的需求，依然是一个需要不断探索的课题。