天津自然博物館影像數(shù)字化建設研究報告

王 平

(天津自然博物館，天津 300201)

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天津自然博物館影像數(shù)字化建設研究報告

王 平

(天津自然博物館，天津 300201)

該文以天津自然博物館影像數(shù)字化建設為例，探討了大型自然博物館轉(zhuǎn)型過程中遇到的問題和處理方案，探討了數(shù)字化博物館所必購的儀器設備和媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)建設以及博物館數(shù)字化管理的規(guī)章制度，對同類博物館數(shù)字化建設與管理有指導意義。

數(shù)字博物館；影像信息數(shù)字化采集；360度全景技術；媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)；網(wǎng)格信息；虛擬展示

天津自然博物館(天津館)是國家一級自然科學類博物館，館藏各類標本近40萬件，其中一、二級珍品1 300余件，模式標本1 400余件，有200件模式標本被列為國家一級標本保存。館藏豐富、科研成果卓著居同類博物館之首。

作為全國科普教育和愛國主義教育基地。天津館擁有中國種類最全的恐龍化石，中國數(shù)量最多的古哺乳動物化石，中國門類最齊全的現(xiàn)生陸地及海洋動物標本，還有貝林先生捐贈國內(nèi)數(shù)量最大的全球動物珍貴標本。這些珍貴文物資源是博物館開展科研和宣傳工作的核心。因此，如何發(fā)揮每件文物最大的收藏價值，深入開展博物館的社會服務職能，是天津館的工作要點與任務。必須充分運用數(shù)字信息技術，以全新的服務理念與技術手段，來實現(xiàn)這一目標和任務。

博物館影像數(shù)字化建設的意義就在于，他能把原先單一的現(xiàn)場服務延伸到超越時間、空間的信息服務，從“實物導向”拓展到“信息導向”，利用數(shù)字影像與網(wǎng)絡技術進一步拓展和提升博物館的服務。

21世紀是數(shù)字化信息時代，最新科技為博物館開啟了一扇通往外界的門。這是扇神奇的數(shù)字之門，是博物館通向繁盛時代的成功之門，這扇門的敞開與關閉決定著未來民族與國家興衰存亡。踏過這扇門將走向興盛，走向繁榮；關閉這扇門將與世隔絕，自閉衰亡。博物館必須跟上時代發(fā)展的步伐。加強危機意識，增強責任感與使命感。

1 影像數(shù)字化建設的必要性

影像數(shù)字化是建立數(shù)字博物館的必備階段。所謂數(shù)字博物館，其本質(zhì)就是用多種高畫質(zhì)文物拍攝和高精度掃描設備相互配合形成一套數(shù)字化視覺體系，采用先進的高科技硬件設備配合高素質(zhì)攝影人員，完成一系列影像數(shù)字化工作，建立起影像數(shù)字信息系統(tǒng)(媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng))。未來數(shù)字博物館的藏品管理，科學研究，展示宣傳將主要依托于網(wǎng)絡數(shù)字信息化技術，數(shù)字信息資源將成為數(shù)字博物館的核心。

影像數(shù)字化工作就是對文物資源進行影像數(shù)字信息采集整理保存的過程。他為數(shù)字化展示宣傳和科學研究提供全面技術支持。文物影像信息是博物館開展各項工作不可缺少的重要資源，它與博物館實物藏品同樣具有收藏價值和意義。同時文物影像信息是博物館數(shù)字資源的主體信息，也是數(shù)字信息系統(tǒng)的基礎。影像數(shù)字化工作水平的高低，直接影響博物館業(yè)務工作的發(fā)展水平，博物館數(shù)字化建設的成敗，在很大程度上與影像數(shù)字化技術的應用與管理水平有直接關系。

數(shù)字化影像采集與互動展示技術的廣泛應用，將為天津自然博物館精品展覽在擴大目標受眾，豐富展現(xiàn)內(nèi)容，提升服務內(nèi)涵等方面發(fā)揮巨大作用。通過運用360全景攝影、高清攝影、3D立體成像與打印等多項技術，激發(fā)觀眾興趣，引導公眾深入了解地球和生命的起源，提高公眾科學知識，擴大博物館的社會服務職能。

博物館的未來必然走向數(shù)字博物館，開展數(shù)字信息化建設是博物館可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。因此，他有著廣闊的發(fā)展前景。數(shù)字博物館是傳統(tǒng)博物館的延伸，可更好地整合共享博物館資源，為公眾提供更加廣泛的服務。建設數(shù)字博物館將激發(fā)出博物館巨大的文化能量，惠澤人類，更好地踐行“為社會和社會發(fā)展服務”的理念，這也是形勢之必然、大勢之所趨。

2 影像數(shù)字化建設的可行性

21世紀的今天，數(shù)字影像技術已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用。在博物館工作中也開始大量使用數(shù)字影像技術，從數(shù)字影像資源的采集到利用，以及數(shù)字影像加工流程已經(jīng)完全融入到博物館的日常工作之中。

從國家對文化產(chǎn)業(yè)政策和技術層面分析，依據(jù)我國文化產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃提出的5大重點目標任務：加強體制創(chuàng)新增強活力，大力發(fā)展影視制作；提高數(shù)字科技裝備水平，拓展文化市場服務；擴大對外文化影響；制定相關政策和措施給予政策層方面的保障。國家制定的這些文件，為博物館開展影像數(shù)字化建設提供了有利的政策支持和實施依據(jù)，也為進一步實施《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》，貫徹落實《全民科學素質(zhì)行動計劃綱要》提供有利的制度保障。

目前，數(shù)字化影像設備正向著成熟和成型化發(fā)展，為博物館影像數(shù)字化建設提供了堅實的技術保障。無論是中畫幅相機，乃至大畫幅座機都已配備專業(yè)數(shù)字后背，這大大方便了博物館升級現(xiàn)有設備。各種高清掃描設備進一步完善數(shù)字化影像存儲，高清掃描儀可以將分辨率設定到較高的數(shù)值使圖像采集更為精細。針對文物表面細節(jié)，有高達幾十億像素掃描精度，像素點越多文物表面的影像細節(jié)得以捕捉和保留，文物信息還原得更為準確和精細，也會在視覺表現(xiàn)力上起到更驚人的效果。這些都為天津博館數(shù)字化建設的轉(zhuǎn)型提供了可靠的技術保障。

3 影像數(shù)字化建設相關技術設備

影像數(shù)字化建設，絕不僅僅是購置幾件影像器材這么簡單，它是個復雜的綜合性系統(tǒng)工程，包括文物影像信息的采集、文物影像信息的存儲管理、文物影像信息的發(fā)布展示等。建設好一個影像數(shù)字系統(tǒng)需要投入大量的人力、物力和財力。為保證影像數(shù)字化建設工作能順利進行，首先要制定明確的目標任務，統(tǒng)一認識，加強領導，制定縝密組織機構和實施措施，分層級管理，做好資源整合與分工合作，明確責、權、利關系，共建共享，全員參與，科學規(guī)劃，穩(wěn)步推進，必須始終堅持加大投入，強化制度保障。必要時需動員全社會力量，共同創(chuàng)建一個真正的符合人民需求的數(shù)字博物館。

影像數(shù)字化工作的主要內(nèi)容包括：影像采集處理系統(tǒng)與媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)兩部分。案綜合考慮，采用了多種高性價比的數(shù)字化影像采集、編輯、管理、保存與應用等數(shù)套設備，基本構成一套完整的影像數(shù)字系統(tǒng)。首先，對館藏文物實施影像數(shù)字化收藏、研究、展示、復制、發(fā)布提供強大技術支持，通過運用大型專業(yè)文物影像掃描系統(tǒng)、高畫質(zhì)二維影像攝影、360全景攝影、高清演播室、無人航拍技術、顯微攝影、三維立體影像掃描與打印制作系統(tǒng)等采集與制作技術，將館藏數(shù)萬件精美標本予以數(shù)字化的記錄；同時采用高精度三維建模技術對部分極具研究價值文物創(chuàng)建3D模型，配合陳列展示需要，重點選擇有代表性關鍵文物遺址，復原出與之相關聯(lián)的生存環(huán)境，用以實現(xiàn)文物與場景的“超鏈接”。這樣處理后的展示場景，激發(fā)了觀眾興趣，引導公眾深入了解地球和生命的起源；同時研究人員也可以通過顯微影像和3D采集得到的高質(zhì)量影像并配合無人機航拍獲得的重要遺址影像資料，進行綜合性立體和全方位的精確分析和深入研究。為40多億年來地球家園的生命起源及演化過程用生動的影像描繪出來，在用虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實技術呈獻給觀眾，增強觀眾的科學認知和參觀興趣。

媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)是針對影像數(shù)字化建設而搭建的管理平臺，他能為館內(nèi)各種類型的視頻資料、音頻資料、文字、圖片，多媒體資料的數(shù)字化存儲、編目管理、檢索查詢、非編素材轉(zhuǎn)碼、信息發(fā)布，以及設備和固定資產(chǎn)等進行全面管理。

3.1 建立全方位的影像數(shù)字采集處理系統(tǒng)

3.1.1高清晰數(shù)碼掃描(大型文物掃描)。針對博物館大量的珍貴文物標本，特別是《北疆博物院》時期珍藏百年具有極高收藏、研究價值的‘大幅面手繪地圖’文物原作，需要進行超高清晰度影像采集，才可以保存文物表面的所有細節(jié)。為了獲得逼真的數(shù)字影像，可選用了德國專業(yè)級CRUSE大型掃描機(最大掃描尺寸可達3 m×4 m)最高達38.2億像素，他是目前世界各大博物館及文物收藏、文物復制機構專業(yè)掃描設備。這套系統(tǒng)能夠完成逼真、完美的復制，而且復制品可以達到常年保存，根據(jù)所應用的材料及介質(zhì)，保存時間可以達到75年至100年。目前國家圖書館、國家文物出版社，國內(nèi)專業(yè)文物復制機構雅昌集團及彩虹集團先后購置了不同類型的CRUSE掃描機，已為故宮博物院、遼寧省博物館、南京博物院等中國院藏歷代珍藏書畫進行了大量掃描復制。

3.1.2高畫質(zhì)攝影(文物影像采集)。高質(zhì)量的文物影像信息是組成數(shù)字博物館重要信息資源。采用專業(yè)技術和高像素設備拍照文物影像，正是為這一目的而進行的基礎性工作。天津館存有大量國家1、2級珍品標本及模式標本，有著極高的研究價值與學術價值，出于對這些藏品的保護，不便于進行公開展覽。如果對這些藏品進行3 D建模，利用數(shù)字展覽就可以在不損壞藏品的前提下，讓公眾看到的這些珍品標本。數(shù)字影像質(zhì)量的好壞高劣，在一定程度上代表著博物館研究成果與工作水平，所以必須重視文物影像的采集質(zhì)量。盡量采用高性能，高畫質(zhì)的成熟技術設備，以最大程度確保文物影像的真實性、科學性、觀賞性。采用高畫質(zhì)設備拍文物有許多好處，其最大好處是，一次完成后能夠滿足多方面應用需求，例如：出版印刷、陳列展示、網(wǎng)絡宣傳、影視制作、媒體發(fā)布等。

3.1.3360度攝影(實現(xiàn)展廳實景360度高清影像瀏覽觀賞)。通過一款高性價比專用全景拍照系統(tǒng)，包括(GoPro HERO4+Kolor Autopano video pro fro windows 360硬件與軟件)，能夠方便快速拍出360×180度的全景素材，制作出具有震撼效果的立體全景圖片或視頻。給人一種難以置信的新的視覺體驗。

360度全景攝影采用了實景多角度同時拍照方法，再通過后期接片技術來實現(xiàn)三維立體效果的技術。與一般圖片相比，360度全景攝影不但有360度的視角，更可以全面的向用戶展示逼真的場景，每一個角落都可以完美再現(xiàn)，因此常常被用作觀光景點、文化場館、陳列展示之用途。觀覽者仿佛置身于在場館展覽中央，被四周精彩的陳列包圍著。如果采用虛擬漫游360度全景攝影的方式進行拍攝，設定出拍攝線路，完成整個展廳內(nèi)容的全景影像采集和后期編輯，結(jié)合坐標和指南針數(shù)據(jù)生成“街景”內(nèi)容，再配與網(wǎng)絡全景漫游功能，就能讓觀眾在天津館的網(wǎng)站的虛擬展廳中，體驗到一種置身于實景360度三維立體感覺的虛擬參觀瀏覽效果。如果把虛擬場景中再加入熱點信息提示，當鼠標移到熱點即可顯示重點文物標本的360度環(huán)拍影像效果，使觀眾產(chǎn)生身臨其境帶有交互感受的體驗。

3.1.4高清演播室(科普短片與文物精品影視制作)。未來數(shù)字博物館需要大量精彩的視頻節(jié)目，增加宣傳內(nèi)容的觀賞性、易讀性、親近感。針對這一需求，建立一個經(jīng)濟實用高清演播室是非常必要的。為基本滿足日常節(jié)目制作需要?？蛇x擇具備實時多訊道切換功能的高性價比一體化演播室設備，再輔以攝像機，調(diào)音臺及其他設備，搭建出一套兼容高標清信號的數(shù)字影視制作系統(tǒng)，可用于完成各類節(jié)目的直播、錄播、訪談、級聯(lián)播出、配音、后期制作等多場景應用。實現(xiàn)演播室和后期制作機房雙重功能的機型很多，根據(jù)具體情況進行選擇。盡量選擇那些具備視音頻行業(yè)多項前沿核心技術的產(chǎn)品，如廣播電視級硬件編碼、多路實時編解碼、圖像分層處理等許多實用的功能。具備攜帶方便、現(xiàn)場制作、操作簡單，所見即所得的直觀性操作特點。

視頻影像制作技術，是博物館對外宣傳中采用的重要形式和手段，必將發(fā)揮出他的巨大作用和效果。

3.1.5無人航拍技術的應用。無人機航拍是近些年發(fā)展應用最快的一項新的拍攝手段，隨著技術的不斷成熟，越來越受到專業(yè)和業(yè)余航拍人士的重視，電視節(jié)目也時常有無人機拍攝自然災害現(xiàn)場實況報道的視頻畫面，給人們帶來強烈的視覺沖擊。

無人機就是個小型的多旋翼飛行器，有人形象地稱他為“會飛的照相機”能夠盤旋在晴朗的天空下，自帶高性能相機，利用遠距離Wi-Fi圖像傳送，可實現(xiàn)手機(iOS及Android系統(tǒng))實時預覽飛行拍攝畫面、穩(wěn)定精準的懸停，以及雷達鎖定與自動返航。最大特點是：結(jié)構簡單、成本低廉(整機售價在1萬元左右)，不但能完成有人駕駛飛機執(zhí)行的任務，更適用于有人飛機不宜執(zhí)行的任務。無人機航拍以其顯著的安全性、低成本受到航拍領域的喜愛，且無人機航拍能夠超低空飛行，拍攝有人機所不能達的景觀，非常適合自然博物館作野外考察拍攝任務。

3.1.6顯微攝影(研究微觀世界利器)。顯微攝影在博物館用來協(xié)助研究動物、植物、古生物等標本結(jié)構的一種專門技術手段。他利用一種可以觀察微觀事物的重要光學儀器顯微鏡，通過他的高倍放大作用可以觀察到肉眼直接看不到的信息。再通過數(shù)碼攝影的方法把顯微鏡觀察到的現(xiàn)象記錄下來，提供給人們作更廣泛的研究。研究成果通過顯微圖片進行展示宣傳。1931年，恩斯特·魯斯卡通過研制電子顯微鏡，使生物學發(fā)生了一場革命。他把一個全新的世界展現(xiàn)在人類的視野里。人們第一次看到了數(shù)以百計的“新的”微小動物和植物，以及從人體到植物纖維等各種東西的內(nèi)部構造。顯微鏡還有助于科學家發(fā)現(xiàn)新物種，讓科學家觀察到百萬分之一毫米那樣小的物體。

3.1.7三維立體影像。采用多套設備組成的非接觸式三維掃描制作系統(tǒng)，可以把大小不同、形狀各異的館藏精品文物，利用先進的三維掃描技術和建模技術，制作成精確逼真立體影像文件，作為影像資料保存并在網(wǎng)上展示。讓觀眾在自己的電腦屏幕上隨心所欲的從任意角度欣賞，如同把文物搬到了自己家里一樣，這將無限大地拓展了博物館展示空間，最大程度地滿足了觀眾的求知欲和好奇心，進一步提升了觀眾，尤其是對新鮮事物有很大興趣的青少年，對博物館各類文物的認知體驗。

隨著三維掃描技術的快速發(fā)展，先進的高精度快速三維掃描技術逐漸成為重要文物的檔案保存手段之一。通過文物三維建模不但可以在文物展示和文化教育中發(fā)揮重大作用，更為重要的是他記錄了文物精確的幾何信息等三維數(shù)據(jù)，有助于文物受損后的修復工作。高精度三維掃描、重建技術主要用于將博物館藏品進行數(shù)字化，擴展博物館的數(shù)字藏品資源，使博物館未來的智慧化應用具有真正的數(shù)字內(nèi)容。由于三維掃描儀的數(shù)字化效果與掃描儀的體量尺寸有很大關系。適用于細小文物的小尺寸掃描儀，精度相對比較高，但是無法容納大的文物；能夠掃描巨大尺寸文物的掃描儀，用來掃描細小文物時精度將會成平方地降低。因此對立體文物的三維掃描必須把文物按尺寸分級，采用不同的掃描方案和掃描設備。

通過前期的三維數(shù)據(jù)采集，運用3D動畫制作軟件，可以制作出文物的復原三維動畫宣傳片，比如遠古時代的蜻蜓、蟑螂以及超型昆蟲，侏羅紀時代的恐龍、始祖鳥和早更新世的猛犸象等。這些原創(chuàng)作品，體現(xiàn)了中國的科研成果和制作水平。同時還能通過3D打印設備開發(fā)出獨有的文創(chuàng)產(chǎn)品，擴大和豐富國內(nèi)外觀眾不同需求。

3.2 媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)是整個影像數(shù)字系統(tǒng)的管理核心。是天津館影像數(shù)字化建設的重要組成部分。合理配置一套先進小型媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以有效提高天津館影像數(shù)字化工作效率和管理水平。首先應考慮其先進性、兼容性和擴展性。采用先進的分布式云計算技術，全面的媒體資產(chǎn)云共享、云存儲；支持多個終端的對媒體資產(chǎn)的素材共享，支持多個采集端的素材采集真正實現(xiàn)了同構和異構服務器、工作站與存儲設備間的數(shù)據(jù)共享。

媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)的多碼流存儲傳輸技術以及映射技術將高容量、高碼流的視音頻資產(chǎn)映射成一個低碼流、低容量的網(wǎng)絡影子文件，使得媒體資產(chǎn)通行無阻的呈現(xiàn)在無論是局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)上，大大方便了查閱、檢索和瀏覽。

媒體資產(chǎn)系統(tǒng)的多級存儲、自動遷移技術，利用先進的數(shù)據(jù)庫技術，使得海量的媒體資產(chǎn)按照使用頻率、使用時限、遷移指令等系統(tǒng)設置，自動的在各存儲空間自由遷移，充分的保障了傳輸?shù)乃俣取⑺夭牡陌踩?、拓寬了網(wǎng)絡帶寬。

媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)是一個相對獨立的系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)主要目標為包括數(shù)字博物館資源建設中的各類數(shù)字媒體的信息收集與錄入、組織與管理、審核與發(fā)布、檢索與統(tǒng)計并且加入相當程度的個性化設置及工具等方面的內(nèi)容，用于構建數(shù)字博物館開發(fā)環(huán)境。 由于數(shù)字媒體庫主要通過各個部門之間的局域網(wǎng)，按不同的權限對全館的數(shù)字媒體進行錄入與訪問。 所以，一般情況下不允許隨意錄入、更改或查閱。 因此，媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)獨立于現(xiàn)有的藏品管理系統(tǒng)。

4 結(jié)語

2014年正逢天津館百年華誕，又添新館擴建成功開放，在雙喜臨門之時，在新一屆領導班子，創(chuàng)新、思變、促發(fā)展的戰(zhàn)略思想指導下，天津館的影像數(shù)字化建設邁出了堅實的一步，必將助推天津館信息化建設快速步入正軌，一個面貌全新的自然博物館即將成為現(xiàn)實。在今后2014年正縫天津館還需做更深入研究與探索，以信息化建設帶動和促進博物館各項工作的開展。博物館信息化過程是一個不斷完善管理的過程，是對各類資源重新整合的過程。通過制訂一套科學長遠發(fā)展戰(zhàn)略，加強推廣先進的管理理念，實行人性化的管理，培養(yǎng)高素質(zhì)的人才隊伍，增強自身軟實力，充分了解與應用現(xiàn)代數(shù)字技術，尋找一條數(shù)字化生存之路，必將拓展博物館的影響力和未來發(fā)展空間，成為21世紀數(shù)字博物館引領者。

[1] 孟中元.數(shù)字博物館與博物館的信息化建設[C]//陜西省文物局，陜西省博物館學會.博物館理論與實踐研討會論文集.西安：三秦出版社，2008.

[2] 張文彬.大力推進文博資源數(shù)字化建設[M]//李文儒.全球化下的中國博物館.北京：文物出版社，2002.

王 平(1957-)，男，天津人，館員，從事博物館學與影像研究。

2014-12-18

S -058

A

0517-6611(2015)04-179-03