古典家具數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀研究

■張 磊 周 湃 劉 卓 Zhang Lei & Zhou Pai & Liu Zhuo

(1.3.天津理工大學(xué)，河北天津 300384；2.天津科技大學(xué)，河北天津 300222）

中國(guó)古典家具由于其獨(dú)特的實(shí)用、藝術(shù)、投資、收藏等價(jià)值一直備受廣大公眾青睞與矚目。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，借助電腦等方式儲(chǔ)存、計(jì)算各種數(shù)據(jù)，數(shù)字技術(shù)的愈發(fā)普及[1]，范偉等[2]提出對(duì)古典家具數(shù)字化保護(hù)的過(guò)程中需注重形態(tài)保護(hù)的準(zhǔn)確性、全面性、高效性；林海等[3]針對(duì)古典家具細(xì)部構(gòu)建尺寸不足等問(wèn)題，采用信息模型BIM，對(duì)采集的信息進(jìn)行處理建立三維數(shù)據(jù)庫(kù)；王雙科等[4]系統(tǒng)的分析出古典家具的特點(diǎn)、特征、風(fēng)格及文化內(nèi)涵，從古典家具的內(nèi)容和形式方面拓展，并講述了基于數(shù)字化設(shè)計(jì)古典家具的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化技術(shù)推進(jìn)古典家具的保護(hù)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，是當(dāng)代科學(xué)研究的重要任務(wù)。下文將從古典家具數(shù)字化保護(hù)的意義、方法、技術(shù)及展望4方面的研究成果進(jìn)行了歸納與整理，為古典家具數(shù)字化保護(hù)領(lǐng)域的研究提供參考。

1 數(shù)字化保護(hù)古典家具的意義

古典家具在中國(guó)古代文化研究中占了重要地位，尤其是明清古典家具[5]，經(jīng)過(guò)千百年來(lái)的衍變創(chuàng)新，已臻至完美境界，因此對(duì)其保護(hù)和修復(fù)工作愈發(fā)重要。呂九芳等[6]提出針對(duì)古典家具保護(hù)的12條基本準(zhǔn)則，對(duì)不同類(lèi)型家具采用不同的方式進(jìn)行修復(fù)工作，盡可能地保護(hù)和還原古典家具原貌，遵循文物修復(fù)的可逆性，降低對(duì)修復(fù)對(duì)象產(chǎn)生的潛在性威脅[7]。雖然國(guó)內(nèi)外積累了較多的修復(fù)技術(shù)和方法，但缺少系統(tǒng)總結(jié)和歸納，更缺少系統(tǒng)的永久式保護(hù)[8]。

數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)改變了該形式，數(shù)字化技術(shù)具有可控性、可視性、集成性等[9]，便于對(duì)古典家具進(jìn)行歷史性保護(hù)，還可解決汲取古典家具精華對(duì)現(xiàn)代家具進(jìn)行再設(shè)計(jì)，使現(xiàn)代家具作品能夠?qū)鹘y(tǒng)中式家具的造型特點(diǎn)融入到現(xiàn)代設(shè)計(jì)特色中，才有可能設(shè)計(jì)出既有歷史文化內(nèi)涵又具有現(xiàn)代氣息的新中式家具。

如今數(shù)字化技術(shù)已深深地融入到現(xiàn)代生活方方面面中，逐漸改變?nèi)藗兊纳罘绞絒10]，古典造物形態(tài)的設(shè)計(jì)也被推進(jìn)了數(shù)字化發(fā)展的海洋，古典家具形態(tài)得到全面而完整的保護(hù)機(jī)遇，由此獲得形態(tài)的新生。

從微觀(guān)層次講，利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)收集的資料進(jìn)行歸納整理可建立全息數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)較為規(guī)范系統(tǒng)的研究有一定的輔助作用，并為下一步研究工作提供有利條件。從宏觀(guān)層次講，具有獨(dú)特歷史文化特性的古典家具，蘊(yùn)含了不同時(shí)代、不同風(fēng)格的歷史信息，是凝聚了數(shù)代人智慧精華，但隨著時(shí)間的推移，古典家具面臨著腐蝕、劣化甚至發(fā)生不可逆的損毀，因此對(duì)古典家具的數(shù)字化保護(hù)工作尤為重要。中國(guó)古典家具不僅反映中華民族的歷史文化及其生活品味，同樣作為生活的重要組成部分，同樣是文化的傳承和發(fā)展的重大選擇。

2 古典家具的數(shù)字化保護(hù)方法

數(shù)字化保護(hù)是利用現(xiàn)代技術(shù)平臺(tái)，對(duì)保護(hù)對(duì)象進(jìn)行三維數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，為今后文物的保護(hù)、修復(fù)、復(fù)原等工作提供保證。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)的總結(jié)梳理，歸納出古典家具數(shù)字化保護(hù)流程（圖1）。

2.1 面向古典家具的數(shù)據(jù)采集

早在傳統(tǒng)民間家具中就采用直接測(cè)量法進(jìn)行了數(shù)字化保護(hù)，但對(duì)于諸多古典家具經(jīng)歷了時(shí)間的浸泡，紋理和結(jié)構(gòu)遭到了破壞，給測(cè)量工作帶來(lái)了負(fù)擔(dān)，且造成的誤差值較大。張榮強(qiáng)采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式提高了對(duì)于古典家具數(shù)據(jù)采集的效率和精度[11]。對(duì)于古典家具幾何信息的采集，按照最小干預(yù)原則，吳育華等分析了全站儀、攝影測(cè)量、三維激光掃描優(yōu)缺點(diǎn)，同樣偏重于三維激光掃描等非接觸測(cè)繪技術(shù)[12]。而對(duì)于細(xì)節(jié)參數(shù)，冉險(xiǎn)生等提出近景測(cè)量技術(shù)，利用同一物體不同位置的數(shù)字影像進(jìn)行匹配調(diào)整最終得到各個(gè)角度的文物數(shù)據(jù)，但是效率較低。阮芳采用特殊人工標(biāo)識(shí)方式提高物體光柵投影掃描精度，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)采集的效率[13]。

古典家具造型獨(dú)特，且在時(shí)間長(zhǎng)河中已有損壞，這給信息提取過(guò)程帶來(lái)很大困難，對(duì)于這種特殊性，林海等采用了直接測(cè)量法、攝影測(cè)量法和三維激光掃描三種方式相結(jié)合的方式，對(duì)于精確度有顯著提高，能更完整的采集古典家具數(shù)據(jù)[14]。

2.2 數(shù)據(jù)的后期開(kāi)發(fā)處理

古典家具數(shù)字化后期處理過(guò)程是從初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)收集開(kāi)始到建立全息模型數(shù)據(jù)。總體可分為3個(gè)階段，分別為數(shù)據(jù)預(yù)處理、建模和模型可視化[15]。

■圖1 古典家具數(shù)字化保護(hù)流程

■圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行流程

在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，對(duì)三維掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪去失真、數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和數(shù)據(jù)拼合等，從而降低模型重構(gòu)的復(fù)雜性，在文獻(xiàn)[16]中詳細(xì)介紹了對(duì)于海量三維掃描點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理方式，通過(guò)弦高差方法和曲線(xiàn)檢查法檢查失真點(diǎn)，張榮強(qiáng)主張運(yùn)用多視點(diǎn)云的拼合方法進(jìn)行點(diǎn)云過(guò)濾、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和點(diǎn)云分塊，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的預(yù)處理和去噪。

在建模階段，將預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以參考文件的方式導(dǎo)入逆向工程[17]軟件，采用逼近或插值的方法得到曲面的特征線(xiàn)，再根據(jù)正向建模的方法，由特征線(xiàn)生成曲面；或者直接通過(guò)插值或逼近的方法，由點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接生成曲面從而完成古典家具的建模。

在模型可視化階段，通過(guò)對(duì)古典家具制作貼圖，進(jìn)行賦予材質(zhì)，在燈光輔助作用下進(jìn)行渲染，其中包含古典家具全部信息，是集成的智能數(shù)字系統(tǒng)。林海等的研究中創(chuàng)新性地引入建筑信息模型BIM技術(shù)，拓寬了對(duì)古典家具模型可視化的研究思路。

2.3 古典家具完整數(shù)據(jù)庫(kù)

三維數(shù)據(jù)庫(kù)的建立可以有效的避免數(shù)據(jù)信息的冗余，對(duì)弘揚(yáng)中華文化具有重要意義[18]。開(kāi)發(fā)人員在數(shù)據(jù)采集和后期處理準(zhǔn)備工作后，設(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)與傳遞過(guò)程中的準(zhǔn)確性和唯一性。賀春光等[19]利用AutoCAD和Sketchup相結(jié)合的方式把古典家具進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)寫(xiě)入，采用Archivision Discovery Viewer對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索。林海等依托Revit軟件平臺(tái)的API接口進(jìn)行開(kāi)發(fā)，不僅有效利用了Revit的三維建模優(yōu)勢(shì)，且為Revit[20]軟件平臺(tái)的文件管理系統(tǒng)提供新型的存儲(chǔ)方式。傳統(tǒng)二維家具數(shù)據(jù)庫(kù)采用Delphi可視化開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)拓展，查詢(xún)相關(guān)數(shù)據(jù)是它的主要應(yīng)用方向，可通過(guò)關(guān)鍵字獲取家具的二維信息。三維數(shù)據(jù)庫(kù)可通過(guò)搜索案例、形態(tài)、裝飾特征、技術(shù)特征等數(shù)字化信息達(dá)到獲取三維動(dòng)態(tài)信息的要求還可以給相關(guān)工作人員調(diào)用和分享文件，數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行流程（圖2）。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)保護(hù)古典家具主要利用大量影像資料、圖片等并在根據(jù)歷史資料的情況下建立精細(xì)古典家具三維模型，并應(yīng)用到具有虛擬漫游功能的軟件平臺(tái)上，通過(guò)漫游參觀(guān)的方式，給人身臨其境的體驗(yàn)，通過(guò)使用者與環(huán)境互動(dòng)的方式去獲取知識(shí)，提高認(rèn)知能力。隨著數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)，古典家具的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字博物館[21]（Digital Museum，DM）實(shí)現(xiàn)了對(duì)珍貴藏品的虛擬展示，并建立了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)體系，忽略了時(shí)間、地域等諸多限制條件，增強(qiáng)了參觀(guān)者與珍貴藏品的互動(dòng)機(jī)會(huì)；同時(shí)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Realty，VR）發(fā)展，參觀(guān)者可通過(guò)五感進(jìn)行體驗(yàn)，基本達(dá)到身臨其境的體驗(yàn)，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)而出現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Realty，AR），將計(jì)算機(jī)信息實(shí)時(shí)融合到現(xiàn)實(shí)生活中，對(duì)于古典家具而言，基于AR交互式的數(shù)字博物館已經(jīng)初步成型，打破了傳統(tǒng)博物館的原始體驗(yàn)方式，增強(qiáng)了互動(dòng)性。為了彌補(bǔ)AR交互式博物館體驗(yàn)功能單一的不足，AR-VR混合技術(shù)博物館將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，利用VR技術(shù)的沉浸感及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的交互感提升參觀(guān)者參觀(guān)博物館的交流互動(dòng)體驗(yàn)，AR-VR系統(tǒng)框架。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于古典家具的數(shù)字化保護(hù)是一項(xiàng)跨學(xué)科多領(lǐng)域的問(wèn)題，文中就數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的后期開(kāi)發(fā)處理，及其建立全息數(shù)據(jù)庫(kù)做了相應(yīng)的探討和分析，強(qiáng)調(diào)了對(duì)于家具形態(tài)保護(hù)需要注意準(zhǔn)確性、全面性、高效性。

基于圖片的繪制和重建、基于三維掃描的重構(gòu)和漫游、圖片檢索及其修復(fù)、版權(quán)保護(hù)和沉浸式虛擬系統(tǒng)等多種數(shù)字化技術(shù)為人們提供高精細(xì)度的數(shù)字化信息，AR-VR混合技術(shù)博物館的興起為古典家具數(shù)字化保護(hù)提供了的道路，賦予其嶄新的生命。