文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護關鍵技術

張磊

文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護關鍵技術

張磊

對于一個民族的進步發(fā)展可以從文化遺產(chǎn)中找到痕跡，這種文化遺產(chǎn)是民族文化的代表，具有傳承性和唯一性。但是，隨著時間的不斷推移，文化遺產(chǎn)在歷史變遷中受到了嚴峻的考驗，加強對其保護和傳承就顯得十分重要，不僅僅是對傳統(tǒng)文化的發(fā)揚的需要，更是再現(xiàn)其歷史價值的根本需要?，F(xiàn)代化數(shù)字保護關鍵技術可以對傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)進行針對性修復和保護，進一步拓展傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的保護途徑，使其保護和保存水平得以提升。

一、數(shù)字化保護關鍵技術

1.三維建模技術

從實際應用來看，建模技術主要包含有普通文物建模和遺址場景建模兩種類型，從現(xiàn)階段來看，常用的還是以三維激光掃描儀器（結構光掃描儀器）利用深度圖像的配準來完成建模處理，這種建模技術的精確度非常高。但是，需要注意的是，因為設備工作原理的限制和價格采購的昂貴，其推廣應用并不是很廣泛。以序列圖像為基礎的建模方法，它的采集設備成本較低，不會受到采集距離的限制，逐漸受到了文化遺產(chǎn)保護人員的重視，相對于其他保護手段來講，三維建模技術可以更為準確地獲得完整的遺址幾何信息、拓撲信息以及紋理信息，使其保護工作更為有效。

首先，以圖像深度為基礎的建模。它是以激光掃描儀（結構掃描儀）為主的，對文化遺產(chǎn)的表面三維幾何信息和紋理信息進行采集。它需要從多個角度來進行多次重復掃描，進而獲得采集對象的一個完整信息，之后在此基礎上利用三維模型處理、深度圖像配準以及深度圖像融合等技術來實現(xiàn)三維建模，得到科學的模型。整個建模的關鍵是深度圖像間的自動高精度配準算法，當前迭代最近點及其改進算法在深度圖像變換矩陣計算中得到了廣泛應用。

其次，以序列圖為基礎的建模。它是以照相機所拍攝的序列圖像為主的，利用多個視圖像的預處理、攝影機的標定以及點云三角化等流程來實現(xiàn)三維建模。具體的建模流程是，先從多個角度進行拍攝取照，所得到的照片彼此之間要有一定的重疊區(qū)域，進而再由技術人員對所得到的圖像進行色彩校正等處理。在處理之后，利用圖像特征得到與其相對應的鄰接圖像間的對應關系，按照這個關系來得到攝像機的光學參數(shù)和攝像機對世界坐標系的變化關系，再按照圖像之間的匹配特征點對，通過計算機視覺原理來得到圖像中目標物體的三維空間坐標，最后再對重建所得到的空間三維點云進行網(wǎng)格化處理和紋理映射，進而實現(xiàn)三維重建。

2.三維模型管理技術

在數(shù)據(jù)庫管理技術的應用下，可以對不同類型的大數(shù)據(jù)集文物信息進行相應的存儲和管理，從而在這種管理中提供文物及其基本屬性的查詢和檢索功能，從而促進文化管理的信息化水平提升，同時還可以避免傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)文物難以準確統(tǒng)計和確定的缺陷。但是，需要注意的是，因為三維模型的存儲類型多種多樣，不同的存儲類型各有各自特點，這就需要采用一個標準統(tǒng)一的文件格式來進行存儲，因為模型文件存在有重名風險，會使得模型具體分類的難度增加，如果只是簡單地把大量模型文件放置在一個文件目錄文件下，并不是最佳的一種解決方法，由此就可以依據(jù)分類和分層存儲的方法來實現(xiàn)建模數(shù)據(jù)的合理化存儲。在具體的存儲過程中，需要把每一個文物數(shù)據(jù)和附加屬性數(shù)據(jù)直接納入到一個特定的分類目錄之中，之后再構建一個科學的分類數(shù)據(jù)索引表，促進建模查找速度的提高。

3.文物虛擬修復技術

這種技術關鍵之處就是在于確定出鄰接碎片之間的相互匹配關系。需要注意的是，在對文物碎片進行拼接的過程中，它的碎片之間往往存在有三種基本關系：第一，碎片之間存在有一個公共特征曲線或者是曲面，也就是相互彌補匹配的關系，修復人員可以從這種關系入手來完成碎片的匹配和修復；第二，各個碎片之間的鄰接關系并不屬于是相互彌補匹配的，在具體的匹配修復時需要依靠以往經(jīng)驗；第三，各個碎片之間不存在有鄰接關系，這主要集中出現(xiàn)在文物嚴重破壞的情況中。那么要實現(xiàn)對這類破碎文物的修復就需要以現(xiàn)有的完整文物模型的器形為依據(jù)，在構建文物碎片和標準模型之間的對應關系之后，就可以順利地實現(xiàn)這類破碎文物的修復工作。

隨著這方面工作開展的不斷深入，已經(jīng)從原始的以輪廓線方法轉為了以斷裂面為主的匹配方法，可以通過斷裂面的準確識別、特征提取以及鄰接碎片之間的匹配來實現(xiàn)文物碎片的虛擬修復。采用計算機軟件，可以通過動畫的模擬形式來實現(xiàn)文物碎片的修復，同時這樣也可以規(guī)避修復時間較長的問題，使修復效率得到提高。

4.展示技術

在當前信息時代發(fā)展背景下，數(shù)字博物館是一種新的數(shù)字文物資源管理利用的模式，它涉及到數(shù)字資源的管理以及館藏展示、數(shù)字水印以及用戶交互涉及等等多種信息在內(nèi)的新技術。在這種數(shù)字博物館的利用下，可以擺脫時間的限制，通過對多種不同視角的三維數(shù)字模型進行展示，全面反映出文物的基本特征，這也就防止了傳統(tǒng)展示手段所存在的不足之處。

過去傳統(tǒng)的顯示器只是對物體的表面內(nèi)容進行顯示，而對于物體內(nèi)部空間的深度信息也不能完全展示出，這就在很大程度上影響到了物體的真實展示效果，因此，在當前時代發(fā)展的大背景下，利用先進的信息技術來提高展示的寬度和維度就顯得十分重要。近些年來，裸眼3D顯示技術逐漸得到了大范圍應用，從這種技術的應用來看，它的主要應用原理就是通過在光學器件的作用下來形成一個視差圖像，這樣在人的左右眼中就可以得到不同的圖像顯示，在人的大腦對兩幅圖像進行加工和處理過程中，就可以生成一個物體準確的空間深度信息，進而增強物體展示的層次感和沉浸感。通過實際應用可知，這種技術在實際利用中，一般是不需要用戶直接佩戴眼鏡的，它的設備體積也不是很大，總的采購成本也不是很高，價格相對來說較為實惠，相對于多通道投影系統(tǒng)來說，這種技術在博物館中實現(xiàn)文物的虛擬立體展示具有更好的優(yōu)勢體現(xiàn)。

二、結語

文化遺產(chǎn)作為傳統(tǒng)文化的一種體現(xiàn)，對于它的保護涉及到多個領域，尤其是在近些年信息技術不斷應用的大背景下，數(shù)字化保護關鍵技術逐漸成為了研究的一個熱點。采用數(shù)字化保護關鍵技術可以在計算機圖像學、多媒體技術以及傳感器等信息技術的利用下來實現(xiàn)對文化遺產(chǎn)的多角度全方位保護和修復，可以在很大程度上解決文化遺產(chǎn)永久性保存的問題，從而有助于文化遺產(chǎn)普及和傳播的速度提高，實現(xiàn)文化遺產(chǎn)保護和集成的科學化。

（作者單位：江蘇省建筑園林設計院有限公司）