中岳漢三闕數(shù)字化保護(hù)與展示研究

□姚智輝 千紹彬

中岳漢三闕數(shù)字化保護(hù)與展示研究

□姚智輝 千紹彬

一、引言

中岳漢三闕是中國(guó)現(xiàn)存的最早的地上古建筑，是中國(guó)僅存的最早的廟闕和最早的禮制建筑實(shí)物，是探索研究我國(guó)建筑史、美術(shù)史和東漢社會(huì)史的珍貴資料。在聯(lián)合國(guó)教科文組織第34屆世界遺產(chǎn)大會(huì)上，于2010年8月1日審議通過(guò)，將包括漢三闕在內(nèi)的“登封天地之中歷史建筑群”列入世界文化遺產(chǎn)名錄。

中岳漢三闕的價(jià)值，主要體現(xiàn)在建筑、畫(huà)像和銘文三個(gè)方面。漢三闕畫(huà)像圖案精美、形象真切，具有鮮明的時(shí)代特征和濃厚的社會(huì)生活氣息，展示了我國(guó)古代民俗、風(fēng)情、生活狀況和燦爛的文化藝術(shù)，對(duì)研究我國(guó)漢代社會(huì)生活具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。漢三闕銘文，自宋代以來(lái)即受到金石學(xué)家和考古學(xué)家的重視，各種著錄有數(shù)十種。闕上篆刻的銘文，有秦統(tǒng)一后的篆書(shū)，有八分書(shū)漢隸，是研究我國(guó)書(shū)法藝術(shù)、漢字演變和漢代歷史的寶貴實(shí)物資料。中岳漢三闕由于受自然環(huán)境風(fēng)化、侵害和人為因素影響，有的闕身結(jié)構(gòu)已殘缺，畫(huà)像闕銘已不清晰，不易辨認(rèn)和保護(hù)。

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于文化遺產(chǎn)保護(hù)和展示，已成為研究熱點(diǎn)，但以闕為對(duì)象的數(shù)字化保護(hù)和展示研究還相對(duì)缺乏。全國(guó)現(xiàn)存的石闕，均建于東漢或稍晚，分布地區(qū)以河南、四川最為集中。漢三闕年代久遠(yuǎn)，屬于瀕危稀缺文物，由于傳統(tǒng)保護(hù)、展示手段的局限性，當(dāng)前漢三闕尚未對(duì)公眾開(kāi)放，仍處于封閉保護(hù)狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)其永久、可持續(xù)傳承和遺產(chǎn)本身價(jià)值的體現(xiàn)，就需要將數(shù)字化技術(shù)的理論方法應(yīng)用于保護(hù)、管理和傳播中，建立準(zhǔn)確、翔實(shí)、科學(xué)的數(shù)字化信息資料。特別是畫(huà)像和銘文是反映漢代社會(huì)風(fēng)貌、記載三闕歷史的重要依據(jù)，是保護(hù)的核心內(nèi)容之一。

二、漢三闕三維模型建立

對(duì)于文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)與展示而言，一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)字化方案是其工作順利開(kāi)展的基礎(chǔ)和前提，決定著數(shù)字化工作的效率和質(zhì)量。數(shù)字化工作的前期準(zhǔn)備，包括區(qū)域資料查閱、現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和規(guī)劃、數(shù)字化技術(shù)方案確定、方案可行性評(píng)估、設(shè)備配置、時(shí)間安排、人員組織等。

根據(jù)漢三闕形制結(jié)構(gòu)、遺產(chǎn)本體防護(hù)原則及遺產(chǎn)地環(huán)境情況，把Focus3D三維激光掃描儀和佳能5DMarkIII單反相機(jī)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。制訂漢三闕數(shù)字化方案如下：（1）現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和規(guī)劃，掃描站點(diǎn)位置布設(shè)、標(biāo)志球位置，以及確定掃描站點(diǎn)數(shù)量。（2）采用Focus3D三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，配置三維激光掃描儀參數(shù)，獲取漢三闕點(diǎn)云數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)。（3）通過(guò)FARO SCENE軟件，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。（4）利用Geomagicstudio軟件，對(duì)漢三闕進(jìn)行三維模型重建。（5）采用AutodeskMudbox軟件，對(duì)漢三闕進(jìn)行貼圖繪制。（6）數(shù)據(jù)檢查，成果輸出。由于中岳漢三闕形制結(jié)構(gòu)基本相同，針對(duì)漢三闕制訂的數(shù)字化方案工作流程也基本相同，本案主要采用少室闕數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析研究。

具體方案的實(shí)施，要通過(guò)掃描站點(diǎn)布設(shè)（圖一）、數(shù)據(jù)采集（圖二）、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的擬合拼接（圖三、圖四）、點(diǎn)云數(shù)據(jù)優(yōu)化（圖五）、三維重建（圖六）以及三維還原（圖七）。研究中所涉及的中岳漢三闕圖像原始數(shù)據(jù)、點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)和軟件平臺(tái)，由登封文物局、河南中視新科、上海律典提供支持。

圖一 少室闕東闕掃描站點(diǎn)及標(biāo)志球布設(shè)

圖二 三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集工作中

圖三 少室闕擬合拼接前點(diǎn)云數(shù)據(jù)

圖四 少室闕擬合拼接后點(diǎn)云數(shù)據(jù)

圖五 少室闕點(diǎn)云數(shù)據(jù)優(yōu)化后效果

圖六 少室闕點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維重建后實(shí)體模型

圖七 少室闕三維模型紋理映射細(xì)節(jié)

三、遺產(chǎn)數(shù)字保護(hù)與展示應(yīng)用

信息留存，是文化遺產(chǎn)保護(hù)中的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。數(shù)字化技術(shù)可以將文化遺產(chǎn)信息最直接、最真實(shí)、最全面地保存下來(lái)，有效地保護(hù)、記錄、整理并利用這些數(shù)據(jù)，對(duì)文化遺產(chǎn)的研究和保護(hù)工作起著指導(dǎo)性作用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，是用直尺、角尺和垂球等工具通過(guò)測(cè)量直接量取遺產(chǎn)尺寸信息，并以此為基礎(chǔ)制作圖紙信息和完成文字記錄，由于遺漏和誤差，導(dǎo)致所獲取的信息不夠全面且精確度較低，不能滿足研究和保護(hù)的需要。以往的遺產(chǎn)研究工作，大量的時(shí)間和精力常常用于對(duì)遺產(chǎn)本體測(cè)量、手繪和觀察結(jié)構(gòu)形制本身，對(duì)遺產(chǎn)的內(nèi)涵價(jià)值認(rèn)識(shí)始終停留在表象層面上。對(duì)中岳漢三闕進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，已將三闕本體及其現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以三維的方式快速、精確記錄下來(lái)，成果輸出不受時(shí)間和空間限制，可隨時(shí)隨地進(jìn)行多維度觀看和任意點(diǎn)間數(shù)據(jù)測(cè)量，并可制成各種類(lèi)型的工程圖、結(jié)構(gòu)圖、剖切面圖，以滿足不同研究對(duì)象的需求。

長(zhǎng)期以來(lái)，考古工作者在編制報(bào)告中，對(duì)各類(lèi)遺跡的平剖面圖和器物圖一直沿用傳統(tǒng)的手工坐標(biāo)法進(jìn)行繪制，運(yùn)用正射投影的原理，通過(guò)測(cè)取特征點(diǎn)的繪圖手段將三維空間轉(zhuǎn)化為二維線畫(huà)圖，為后期脫離實(shí)物研究或編輯出版準(zhǔn)備資料。這種方法，不僅給資料的整理、簡(jiǎn)報(bào)、報(bào)告的編制及資料的保管帶來(lái)了諸多不便，而且對(duì)遺跡和遺物的頻繁測(cè)量對(duì)文物本身也是一種損害。三維激光掃描技術(shù)，采用非接觸方式對(duì)漢三闕進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用文化遺產(chǎn)數(shù)字化管理與展示平臺(tái)的線畫(huà)圖功能，可根據(jù)三維模型通過(guò)人機(jī)互動(dòng)生成闕的線畫(huà)圖，在提高效率的同時(shí)也保證了質(zhì)量。

中岳漢三闕闕身被風(fēng)化侵蝕后，傳統(tǒng)方法無(wú)法有效識(shí)別畫(huà)像和銘文，對(duì)其表面清洗、打磨時(shí)會(huì)損壞保護(hù)對(duì)象，嚴(yán)重影響了保護(hù)工作的進(jìn)度和質(zhì)量。在不損壞遺產(chǎn)本體的前提下，對(duì)其結(jié)構(gòu)、畫(huà)像、銘文進(jìn)行數(shù)字化復(fù)原是比較科學(xué)的保護(hù)手段。傳統(tǒng)的復(fù)原方法，由于數(shù)據(jù)相對(duì)不夠全面，技術(shù)不成熟，進(jìn)行復(fù)原時(shí)容易產(chǎn)生形體改變、細(xì)節(jié)丟失現(xiàn)象，利用三維激光掃描儀對(duì)其進(jìn)行三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集并三維重建，可彌補(bǔ)畫(huà)像、銘文細(xì)節(jié)的丟失問(wèn)題。對(duì)闕身保存完好的部分和殘缺部分進(jìn)行曲率計(jì)算復(fù)原，相對(duì)科學(xué)準(zhǔn)確，且不受不可逆性限制，可及時(shí)更改和更新復(fù)原成果。同時(shí)，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)遺產(chǎn)的三維信息留存，對(duì)日后遺產(chǎn)的復(fù)建和修復(fù)也具有重大的指導(dǎo)作用。

文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是對(duì)文化遺產(chǎn)內(nèi)部構(gòu)成因素和外部限定因素進(jìn)行圖形模擬，超越了現(xiàn)實(shí)傳統(tǒng)的文化遺產(chǎn)展示時(shí)間和空間的限制，而信息數(shù)字化使傳統(tǒng)的文化遺產(chǎn)展示打破了二維靜態(tài)的限制，向多維度、動(dòng)態(tài)交互和虛擬化方向發(fā)展。通過(guò)對(duì)漢三闕殘缺、消逝畫(huà)像的復(fù)原研究，結(jié)合三維模型，借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)畫(huà)像還原的同時(shí)，也可增強(qiáng)公眾體驗(yàn)。在三維模型的基礎(chǔ)上，配合實(shí)時(shí)“云渲染文物展示系統(tǒng)”，可以將漢三闕展示方式整合到PC終端。通過(guò)掃描相應(yīng)的二維碼，還可以在手機(jī)、ipad等移動(dòng)設(shè)備的終端實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)360°三維交互展示，配以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、熱點(diǎn)區(qū)域介紹、語(yǔ)音講解。以直觀形象的多維度動(dòng)態(tài)展示、交互虛擬展示等手段，實(shí)現(xiàn)用戶與文化遺產(chǎn)的內(nèi)涵傳遞，縮短文化遺產(chǎn)信息傳輸?shù)臅r(shí)空距離，減少傳輸中介對(duì)文化遺產(chǎn)信息的損耗，強(qiáng)化文化遺產(chǎn)認(rèn)知和教育的體驗(yàn)效果。

漢三闕數(shù)字化展示，還包括對(duì)三闕畫(huà)像題材的動(dòng)畫(huà)再現(xiàn)。畫(huà)像內(nèi)容帶有濃厚的社會(huì)生活氣息，為研究我國(guó)漢代社會(huì)面貌提供了寶貴資料。通過(guò)數(shù)字動(dòng)畫(huà)手段，將其內(nèi)涵挖掘出來(lái)，有助于加深其獲得表象的認(rèn)知程度，從而更深刻地感受到文化遺產(chǎn)所蘊(yùn)含的文化價(jià)值與藝術(shù)魅力。啟母闕雕刻的“夏禹化熊”畫(huà)像（圖八），是夏禹化熊的神話傳說(shuō)。用數(shù)字動(dòng)畫(huà)的形式來(lái)闡釋畫(huà)像內(nèi)涵，是對(duì)文化遺產(chǎn)價(jià)值更深層次的表達(dá)與傳播。 “夏禹化熊”的故事，以數(shù)字動(dòng)畫(huà)的方式進(jìn)行演繹，將啟母闕畫(huà)像石刻所反映的思想文化與內(nèi)涵具象化，配以語(yǔ)音解說(shuō)，并融入了中國(guó)傳統(tǒng)演繹方式——皮影等元素，帶給觀眾一次全新模式的文化體驗(yàn)。

圖八 夏禹化熊畫(huà)像拓本

數(shù)字化作為文化遺產(chǎn)教育與傳播的一種新型技術(shù)手段，有著更易保存、更易獲取、更易共享的優(yōu)勢(shì)，已普遍被公眾所接受。在數(shù)字化視域下，若要最大限度發(fā)揮文化遺產(chǎn)的教育與傳播功能，需構(gòu)建一個(gè)可以承載圖形、圖像信息的平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上形成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，支持文化遺產(chǎn)的教育與傳播。

（本項(xiàng)目系“中華之源嵩山研究會(huì)”資助項(xiàng)目的先期成果之一，項(xiàng)目編號(hào)：Y2015-12）

注釋?zhuān)?/p>

[1]呂品：《中岳漢三闕》，北京：文物出版社，1990 年。

[2]Negroponte ：《BeingDigital》，胡泳、范海燕譯，海南出版社，1997年。

[3]周全明、耿國(guó)華、武仲科：《文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)技術(shù)及應(yīng)用》，高等教育出版社，2011年。

[4]謝宏全、侯坤:《地面三維激光掃描技術(shù)與工程應(yīng)用》,武漢大學(xué)出版社，2013年。

[5]張會(huì)霞、朱文博：《三維激光掃描數(shù)據(jù)處理理論及應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2014年。

[6]周曉英：《基于信息理解的信息構(gòu)建》，中國(guó)人民大學(xué)出版社，2005年。

[7]覃京燕：《文化遺產(chǎn)保護(hù)中的信息可視化設(shè)計(jì)方法研究》，《清華大學(xué)學(xué)報(bào)》2006年第12期。

[8]陳海濤、陳琦：《莫高窟第254窟舍身飼虎圖的數(shù)字闡釋及影片創(chuàng)作》，《敦煌研究》2014年第6期。

（作者單位 鄭州大學(xué)歷史學(xué)院 、河南省中視新科文化產(chǎn)業(yè)有限公司）

[責(zé)任編輯 孟昭勇]