3D虛擬技術(shù)文物虛擬還原展示——以蚌埠雙墩1號(hào)墓器物修復(fù)為例

萬惠玲

（蚌埠學(xué)院 藝術(shù)設(shè)計(jì)系，安徽 蚌埠 233000）

雙墩一號(hào)春秋墓因其遺跡現(xiàn)象奇特，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)模宏大，圖騰崇拜文化特征明顯，出土器物造型優(yōu)美，制作技術(shù)精湛，極具文物考古價(jià)值，為研究春秋時(shí)期淮河流域的喪葬習(xí)俗、宗教信仰、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、文化藝術(shù)發(fā)展等提供了重要的研究依據(jù)。由于雙墩一號(hào)春秋墓具有重要的考古價(jià)值，以及在淮河文化研究中的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)行3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬還原展示是非常必要的。

1.國(guó)內(nèi)外3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)外將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于考古工作主要有以下幾個(gè)方面：一是利用射線或核磁技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層攝影，如x計(jì)算機(jī)斷層攝影（X－CT）、超聲波計(jì)算機(jī)斷層攝影（u－CT）及核磁共振計(jì)算機(jī)斷層攝影（NMR－CT）等；二是利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行文物修復(fù)，包括器物的色彩、紋樣、形狀的恢復(fù)還原；三是三維激光掃描建模技術(shù)，具有測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，非接觸性測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，是文物信息采集、存儲(chǔ)的重要手段。三維激光掃描建模技術(shù)的核心是點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，相關(guān)研究始于20世紀(jì)80年代，主要包括點(diǎn)云表面重建、多視點(diǎn)云拼接、模型的多分辨率表示和三維紋理映射等幾個(gè)方面；四是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR（Virtual Reality），也稱靈境技術(shù)，它綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，實(shí)現(xiàn)歷史環(huán)境的真實(shí)體驗(yàn)。目前國(guó)外比較有名的幾個(gè)研究項(xiàng)目是：美國(guó)、英國(guó)、意大利和德國(guó)多家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的“數(shù)字羅馬城”項(xiàng)目、美國(guó)的“重現(xiàn)耶路撒冷風(fēng)貌”項(xiàng)目、英國(guó)的“木乃伊里面的故事”項(xiàng)目、日本的“唐招提寺”項(xiàng)目等。國(guó)內(nèi)的數(shù)字復(fù)原及虛擬開發(fā)技術(shù)雖不如西方發(fā)達(dá)國(guó)家成熟，但也取得不少成果，例如：西北大學(xué)的秦兵馬俑數(shù)字復(fù)原系統(tǒng)、杭州大學(xué)開發(fā)的“虛擬故宮漫游系統(tǒng)”、清華大學(xué)開發(fā)的“虛擬布達(dá)拉宮系統(tǒng)”、浙江大學(xué)開發(fā)的“敦煌石窟虛擬展示系統(tǒng)”等。

2.基于3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化修復(fù)策略

實(shí)際研究修復(fù)還原工作中，首先是建模問題，需要前期進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物信息采集工作，然后再對(duì)采集到的信息進(jìn)行歸類、取舍，設(shè)計(jì)方案。在建模過程中，應(yīng)充分考慮到文物還原的真實(shí)性，在文物的造型、色彩、紋樣、材質(zhì)等方面都應(yīng)做到認(rèn)真分析。具體研究?jī)?nèi)容：（1）通過三維掃描的方式，對(duì)文物環(huán)境數(shù)據(jù)高精度測(cè)繪及數(shù)字化拍攝；（2）采用三維建模工具建立文物器型數(shù)字化三維模型；（3）采用圖形圖像軟件建立能漫游的文物真實(shí)感虛擬場(chǎng)景；（4）基于文物虛擬場(chǎng)景的文物造型、紋飾及色彩調(diào)查、確定文物材質(zhì)與歷史環(huán)境的吻合；（5）采用3DS、Maya、PR、AE等軟件建立支持文物保護(hù)修復(fù)技術(shù)reactor中reactor Real-Time-Preview（實(shí)時(shí)模擬顯示）是非常奇特的交互平臺(tái)，與動(dòng)力學(xué)模擬中的器物對(duì)象進(jìn)行交互，調(diào)整場(chǎng)景布局及對(duì)象形態(tài)等；（6）建立包含文物圖像、三維結(jié)構(gòu)模型及保護(hù)研究與修復(fù)檔案的多媒體文物保護(hù)數(shù)據(jù)庫。

將其完整、無損地記錄下來，是文物數(shù)字化信息獲取的主要目標(biāo)。根據(jù)獲取對(duì)象的不同特點(diǎn)，將墓室結(jié)構(gòu)、器物造型和帶有色彩的漆器、金箔飾品等分別采用不同的方法來進(jìn)行獲取工作。（1）從已知的測(cè)量數(shù)據(jù)直接使用三維建模工具進(jìn)行建模，把“放射線狀”遺跡色彩采用投射貼圖的方法映射到大墓表面，采用凹凸貼圖的方法來模擬土丘與土偶的紋理浮雕，并根據(jù)墓室結(jié)構(gòu)原始情況改變其凹凸度以增加真實(shí)感。（2）為了獲得高精度的器物圖像，首先把器物劃分成若干個(gè)區(qū)域進(jìn)行拍攝，并且使相鄰照片有部分重疊以便拼接。把文物器型碎片的外形曲線以及斷裂面凹凸起伏的特征輸入電腦，拍攝的器物圖像經(jīng)過預(yù)處理后，再合成為整體立體造型。（3）對(duì)于陶器、漆器、金箔飾品等帶有色彩且外形比較復(fù)雜，對(duì)記錄精度要求很高的三維對(duì)象，采用三維掃描技術(shù)來獲取其模型。其記錄精度可以達(dá)到毫米數(shù)量級(jí)，并針對(duì)帶有色彩且難以修復(fù)的特點(diǎn)研究專門的模型拼接法。

3.3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行交互設(shè)計(jì)的難題及研究思路

研究如何通過三維掃描儀掃描獲得的單色模型與圍繞著它所拍攝的一系列數(shù)字相片來獲取物體紋理貼圖的方法。該算法通過模型到圖像的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)、幾何投射與變形和拼接等步驟來獲取物體圓柱貼圖紋理，具有直觀、對(duì)原始照片質(zhì)量要求小、允許運(yùn)行時(shí)編輯等優(yōu)點(diǎn)。雙墩1號(hào)墓出土文物器型及色彩復(fù)原與演變模擬可以采用自動(dòng)或交互手段，對(duì)破碎、褪色、變色和脫落的殘破器物進(jìn)行復(fù)原，并模擬其脫落、殘破的發(fā)生和演變過程。

雙墩1號(hào)墓出土文物器型及色彩復(fù)原與演變模擬的研究思路是：根據(jù)出土器物造型及器物裝飾圖像的主要顏色，自動(dòng)將出土器型圖像劃分得到幾張單色圖像；利用出土器物的屬性檢索出與當(dāng)前器物相似的完好的器物作為復(fù)原的參考器物；同時(shí)應(yīng)用雙墩傳統(tǒng)用色知識(shí)、雙墩出土器物造型風(fēng)格知識(shí)、雙墩研究專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，進(jìn)行色彩復(fù)原推理；最后，利用變色演示技術(shù)，能可以產(chǎn)生很多中間圖像，逼真地器物造型修復(fù)的全過程，供美術(shù)考古專家和文物保護(hù)專家參考。器物復(fù)原演變模擬涉及的主要技術(shù)包括：器物特點(diǎn)、色彩分層、色彩風(fēng)格、類比推理、色彩協(xié)調(diào)映射等方面。

總之，應(yīng)用3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)雙墩一號(hào)春秋墓考古遺跡進(jìn)行數(shù)字還原展示，不僅會(huì)填補(bǔ)雙墩文物修復(fù)技術(shù)的空白，在實(shí)踐數(shù)字技術(shù)的過程中解決軟件應(yīng)用問題；還可以將最后完成的展示作品提供給相關(guān)部門對(duì)外進(jìn)行宣傳、交流，促進(jìn)當(dāng)?shù)匚幕⒙糜问聵I(yè)的發(fā)展。

[1]周松林，趙鳳琴.山東民間美術(shù)數(shù)字化保護(hù)研究[J].藝術(shù)理論，2010，（4）.

[2]李春霞.論現(xiàn)代多媒體技術(shù)在中國(guó)民間文化遺產(chǎn)傳承中的運(yùn)用[J].藝術(shù)百家，2009，（5）.

[3]張顯全，于金輝.計(jì)算機(jī)輔助生成剪紙形象[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào)，2005，（6）.

[4][美]尼葛洛龐帝.數(shù)字化生存[M].胡泳，譯.海南出版社，1997.

[5]嚴(yán)晨，寇玲，付琳.多媒體數(shù)字藝術(shù)作品中的藝術(shù)性創(chuàng)造[J].北京印刷學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（4）.

[6][英]理查德·布賴斯.多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)工程[M].史萍，譯.中國(guó)電影出版社，2000.

[7]陳定方，羅亞波.虛擬設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.