虚拟现实技术在博物馆文物保护中的应用

□高建朝

当代社会，在科学技术的推动下，各行各业都在升级转型，博物馆也和虚拟现实技术相结合，建立了数字化博物馆， 为文物保护及文化弘扬提供有利条件。 文物保护并非只是将文物保存在博物馆内，还应对文物后续发展负责，使其在社会中受到更多关注。虚拟现实技术拥有极强交互性、沉浸性特征，在当代博物馆文物修复、文化内涵保护、信息化管理等方面有着广泛应用， 为文物保护及其长远发展提供硬件支撑。

一、博物馆文物保护现状及虚拟现实技术影响

（一）文物保护现状

当前， 我国对文物保护的重视有了大幅度提升，不仅国家出台了相关的法律法规，民众的文物保护意识也在逐渐强化。 在这种大环境下，博物馆作为征集、典藏、陈列和研究文物的公共机构，文物保护工作近几年虽然得到一定的提升，但同时也存在一些现实问题。 其一，文物保护工作环境并没有得到真正的改善，各种自然、人为等因素仍让文物面临严峻的局面。 其中， 自然因素主要有温度、湿度、光线、污染物、微生物、昆虫、啮齿动物、水以及机械磨损等，人为因素包含管理部门采用的技术管理措施、参观者的行为等。 其二，随着岁月的流逝，所有的文物都有所损伤，只是程度有所不同。 对受损文物的传统保护方式以清理文物上的附着物、修复、临摹（复制）为主，由于这些工作的开展主要依靠保护人员的技术与判断， 存在一定的主观想象性，因此，对保护人员的技术有一定的要求，而目前大部分保护人员的技术达不到这一程度。

（二）虚拟现实技术影响

对于博物馆文物保护而言， 传统保护方式早已不符合要求，因此，应用虚拟现实技术既是时代进步的体现，也是文物保护质量提升的关键。在文物保护中应用虚拟现实技术， 主要具备以下积极作用和影响。

1.可以显著提高保护成效。 传统文物保护主要依靠保护人员的技术与判断， 无法事先模拟文物修复过程与成果。 虚拟现实技术能对文物修复之后的样貌进行预测和展现， 利用专业技术手段增强文物保护的可行性， 也可对文物修复后的寿命进行计算，将文物储存在更加安全的环境下，使文物保护力度得到大幅度提升。 与虚拟现实技术相比，传统方法难度更大，所需时间更长。 虚拟现实技术既可为后续博物馆展示工作奠定基础，又能推动文物可持续发展[1]。

2.丰富了文物展示方式。 博物馆传统的文物展示方式，都是将文物放置玻璃罩内，使文物与参观者之间保持适当距离。 这种方式不仅无法拉近参观者与文物间的关系，而且，除了中心区域的文物以外，大部分的文物只能展示文物一侧的形态，不利于文物观赏。 利用虚拟现实技术构建虚拟世界，可以将文物的展示方式从平面展示转变为立体展示。 参观者通过翻转文物，可多角度了解文物的形态，从中获得真切体验感。 特别是对于一些不可移动文物而言，这种展示方式能够切实地让参观者更全面、细致地了解文物本体及其与保存环境的相互关系。 虚拟现实技术还延长了博物馆文物参观时间界限，人们可以在互联网环境下随时参观。 以往人们只有前往博物馆才能参观文物， 而虚拟现实技术打造的线上观览方式，使人们在网络上就能进行参观，满足不同年龄、职业用户需求，为文物事业的长远发展提供了条件。

二、虚拟现实技术在博物馆文物保护中的关键技术

1.数据采集技术。 在对文物进行保护时必须对文物相关数据予以采集， 为后续工作提供重要依据。 为了使文物得到有力保护，会应用到数据采集技术，比较常用的设备主要有3D 扫描设备、激光雷达、全站仪等。 在对大型不可移动文物进行数据采集时，大多使用全站仪提高数据精准性，对一些外表形态较为复杂的文物则可采用3D 扫描技术，确保获取的数据具有真实性。 博物馆文物的修复，是文物保护的重要环节，要想高质量修复文物，必须建立在数据采集的基础上。 采集到的数据是否准确，直接关系到文物保护的成效。 而传统文物数据采集方法手段较为单一， 在与虚拟现实技术结合后，更能为数据采集工作提供硬件保障。

2.三维建模与图形生成技术。 三维建模需建立在数据采集前提下， 将事先采集到的真实文物数据导入三维建模，这是博物馆文物保护的重点，是构建虚拟环境不可缺少的重要步骤[2]。 目前，比较常见的三维建模技术主要有几何建模、 物理建模、静态建模、运动建模等。 几何建模，是技术基础，是决定虚拟图像质量的必要前提，通过几何建模能对文物性质加以明确。 在博物馆文物保护中应用该技术，主要包括文物轮廓、形状、色彩还原等内容。 物理建模，需考虑文物物理属性，涉及文物质量、体积、重量、纹路、硬度等。静态建模，可使用分形法， 动态建模则可使用粒子系统。 运动建模，包括博物馆文物位置移动、缩放、表面变形等内容， 是体验者在虚拟参观时自由移动视角的关键。若想将文物虚拟场景向体验者展示，需得到三维图形生成技术支撑， 该技术能实时生成与文物相对应的虚拟图形。 现如今，该技术已相对成熟，技术应用重点在于怎样达到实时生成目的，通常，每秒钟的图形生成量不能低于30 帧。随着科学技术研发愈加成熟， 需在确保三维图形质量的前提下将实时生成率予以提升。

3.集成技术。 在应用虚拟现实技术展开文物保护时，会涉及大量模型与数据，该过程必须发挥集成技术作用才能提高技术保护质量。 比较常用的集成技术，有模型标定、信息数据转换、信息同步、识别等，可将众多功能加以整合，使其成为一体化体系。在文物保护中加以应用，可以使构建的虚拟博物馆满足不同文物保护之需， 也能为体验者提供个性化参观服务。

三、 虚拟现实技术在博物馆文物保护中的具体应用

1.在文物修复中的应用。 作为文物保护的重要步骤，文物修复一直深受博物馆重视。文物数量及类型较多，不同文物损坏程度存在差异，这意味着文物修复需具备针对性。 特别是在文物数量不断增多的情况下， 如果还是一味采用人为修复很难在短时间内高效修复大量文物。 为解决这一问题，博物馆引入了虚拟现实技术。虚拟现实技术应用极大程度上革新了文物修复方法， 使原本的人工修复转变为数字化修复， 在采集文物数据后编写修复程序，使文物碎片展开自动拼接，既提高了文物修复效率，也提升了修复质量。 比如，针对脱色或破碎的文物，若采用人为修复方法，即使修复后也很难长期展示。 利用虚拟现实技术将文物原貌加以展现，结合文物特征制订修复方案，工作人员确认修复方案可行性后系统实施进一步操作[3]。此外， 虚拟现实技术可以对文物修复过程展开实时监控，确保修复环节不出现差异，满足文物保护实际需求，提高文物修复后的持久性。文物承载着中华民族优秀文化与文明， 是传承与弘扬优秀历史文化的重要载体。文物一般都有较长的历史，且有的文物出土数量极少，对这类文物来说，如果修复环节未达规范要求，可能会导致文物消失。利用虚拟现实技术，大大提高了修复保障力度，可结合文物性质、属性生成多种修复方案，从中选择最优方案实施修复，尽可能避免修复环节产生问题。

2.在文化内涵保护中的应用。 文物蕴含的丰富文化历史，可以通过虚拟现实技术加以传达。传统文物展示，很难将文物文化内涵传达给参观者，而人们在虚拟环境中密切接触文物时， 可以进一步获得体验感知， 体验者仿佛在文物的带领下了解中国古代及近现代历史文明。 博物馆文物的存在意义，不仅在于完整保存文物，更重要的是让文物蕴含的文化内涵能够顺利传递至外部。 由于文物与当代人生活距离较远，当代人对文物特征、属性及所在年代不了解， 自然无法深入文物内部了解其文化内涵。 虚拟现实技术营造沉浸式虚拟环境，使参观者情绪和思维能快速进入虚拟世界中，在全方位认识文物的同时，了解文物的文化内涵，并意识到文物保护的重要性， 积极加入到文物文化内涵保护的行列之中。 例如， 故宫修复时使用3D 扫描技术，收集故宫原貌、结构及内部文物细节信息，最终形成与原物一模一样的场景，故宫中散发的文化底蕴十分丰富， 参观者仿佛真实置身于故宫之中。 同时，对故宫发展历程进行演示，令当代人对故宫产生全新认知， 并激发其文物实体及文化内涵保护意识。 这是从根本上加强文物保护的有力手段。

3.在信息化管理中的应用。 虚拟现实技术为博物馆文物信息化管理提供重要保障。 文物保护离不开管理手段，管理质量则取决于管理方法。现阶段，传统人工管理方式应得到全面革新，引入虚拟现实技术构建信息化管理模式是实现文物有力保护的必经之路。 在博物馆实现信息化管理，能对所有文物信息加以采集、储存，信息数据库不受大小、时间及空间制约，能充分满足博物馆文物信息采集的长远要求。 所有信息进入系统后，可实现统一、协调管理，解决传统管理中的数据矛盾。 例如，在敦煌莫高窟文物保护过程中，便利用虚拟现实技术采集文物数据，在虚拟现实技术基础上生成与建筑、彩塑等文物一致的三维图像，并将相关资料全部传输至电子档案库，后续展开实时更新、维护[4]。

四、 虚拟现实技术在博物馆文物保护中的发展建议

如今， 虚拟现实技术已经和文物保护密切结合，在文物保护中产生了积极影响。但以目前现状来看，技术应用与发展仍然受到制约，现实工作存在些许不足。 未来，博物馆文物数量会不断增加，对文物保护提出的要求也会更加严格。 在此情况下，虚拟现实技术必须在原基础上加强功能开发，才能顺应文博工作。这是一种促进双赢的方法。站在虚拟技术角度来看，技术创新可以优化技术，使其满足更多领域应用要求，拓宽技术应用范畴，增强技术的时代顺应能力。 站在博物馆文物保护角度来看， 可以利用虚拟现实技术在更大力度上提高保护成效。当前，还有一些博物馆未与虚拟现实技术联手打造虚拟平台， 使得大量文物还未得到展示与修复。针对这一情况，应在技术领域加大研发的力度。文博行业需加强自身与技术间的关联，实现所有文物均能在线参观。另外，站在现实角度来看，我国目前仍然有一些文物遗失在国外。鉴于此，构建国际共享虚拟体制、建立国际文物共享虚拟平台，迫在眉睫。 要丰富现有博物馆文物体系，进一步明确文物属性， 使国人能全面认知中国文化遗产。

五、结语

综上所述，我国文物数量虽然在不断增多，但遭到损坏的文物也不计其数， 为提高文物保护质量，应将文物保护与虚拟现实技术深度融合。虚拟现实技术与文物保护工作相结合，具备诸多优势，不仅显著提高了博物馆文物保护成效， 还丰富了文物展示方式。 要注重利用数据采集、三维建模、三维图形生成及集成等多种技术， 让虚拟现实技术在博物馆文物修复、文化内涵保护、信息化管理中发挥积极作用。 站在文物保护实现需要与可持续发展视角来看， 现在使用的虚拟现实技术仅能满足当下文物的保护要求，在将来发展中，需加大技术研发创新力度， 并构建国际文物共享虚拟体制。