以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為代表的數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用研究

王 剛 李 浩 雷 鑫 程詩宇

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（包括視覺信息、聲音、味道、觸覺等）通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。目前VR、AR技術(shù)在軍事、航空、醫(yī)學(xué)、商業(yè)、教育、藝術(shù)、文物保護(hù)等諸多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，并為其提供新的解決方法，在未來的社會(huì)發(fā)展中，必將具有廣闊的發(fā)展空間。

一、數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用狀況

文化遺產(chǎn)利用數(shù)字化技術(shù)，早在第一款計(jì)算機(jī)CAD繪圖軟件出現(xiàn)時(shí)就開始了，當(dāng)時(shí)的數(shù)字化技術(shù)僅被應(yīng)用于記載、存儲(chǔ)和展現(xiàn)等工作，1990年前后拍攝技術(shù)與錄像技術(shù)逐漸成熟，應(yīng)用面開始逐步擴(kuò)大。美國是較早利用數(shù)字化技術(shù)對圖書和檔案等物品進(jìn)行保護(hù)的國家。埃及金字塔利用全景VR技術(shù)和3D虛擬技術(shù)創(chuàng)作的線上體驗(yàn)中心的建成，成為數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用成熟的標(biāo)志。

我國數(shù)字化技術(shù)在遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域發(fā)展起步緩慢，但通過努力，也取得了一些較好的成績。2000年左右，我國開始在故宮進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)。經(jīng)過多年的努力，直到“數(shù)字故宮紫禁城”投入使用。觀眾在網(wǎng)上便能看到虛擬的三維化故宮場景，并能參與其中。觀眾身穿古代服飾體驗(yàn)當(dāng)時(shí)的生活場景，如進(jìn)行訓(xùn)練、游玩等活動(dòng)，也能夠觀賞其他宮廷生活（圖1）。此外，我國目前也自主研發(fā)了相關(guān)技術(shù)。如北京師范大學(xué)周明全教授在計(jì)算機(jī)輔助秦兵馬俑的數(shù)字化和虛擬修復(fù)、虛擬演練等。盡管如此，我國數(shù)字化技術(shù)在遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域發(fā)展起步緩慢，還有許多工作需要我們?nèi)ラ_拓研究。

二、數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的具體應(yīng)用領(lǐng)域

1.文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)化分析與集成

數(shù)據(jù)化分析與集成，是數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中最基礎(chǔ)的應(yīng)用層次，其中主要是數(shù)字化存檔，這樣文化遺產(chǎn)便能得到較為完整的保存與傳承。以前較為簡單和常用的手段是利用數(shù)字輸入、二維掃描儀和數(shù)碼相機(jī)等各種手段對文化遺產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化資源采集并保存于計(jì)算機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)收集、整理和保存。但這種方式存在對損壞較嚴(yán)重的文化遺產(chǎn)，所存儲(chǔ)的圖形像素較低，數(shù)據(jù)單一、立體化不夠等問題。現(xiàn)在的遙感測繪技術(shù)、三維掃描儀數(shù)字化技術(shù)等，則很好地解決了以上問題，不僅可以很好地捕獲文化遺產(chǎn)場景紋理信息，并能提高建模的真實(shí)感，為復(fù)原和修復(fù)作基礎(chǔ)分析與數(shù)據(jù)集成。文化遺產(chǎn)是歷史文化寶庫，在現(xiàn)今的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算時(shí)代，利用最新的數(shù)字化技術(shù)，建設(shè)歷史文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)化分析與集成，具有重要意義。

圖1 數(shù)字化技術(shù)虛擬體驗(yàn)射箭訓(xùn)練場景和下圍棋場景

2.物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化文物的復(fù)原與傳播

我國是文明古國，擁有眾多珍貴的文化遺產(chǎn)，許多物質(zhì)文化遺產(chǎn)急需復(fù)原與傳播。復(fù)原與修復(fù)是運(yùn)用數(shù)字圖形圖像、三維技術(shù)、建模渲染、VR與AR虛擬技術(shù)等進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)和展示的過程，這是還原曾經(jīng)被損壞嚴(yán)重的物質(zhì)文化遺產(chǎn)的主要技術(shù)方法，可再現(xiàn)歷史物質(zhì)文化遺產(chǎn)的光彩?！霸佻F(xiàn)圓明園”系列修復(fù)工程，是目前國內(nèi)較好地利用數(shù)字化手段技術(shù)，對物質(zhì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行復(fù)原與傳播的典型。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，自2009年開始，以清華大學(xué)建筑學(xué)院郭黛姮教授為核心的科研團(tuán)隊(duì)，便開始對圓明園進(jìn)行有步驟的數(shù)字化復(fù)原，現(xiàn)今觀眾只需通過現(xiàn)場數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)用iPad掃描園內(nèi)每處景點(diǎn)二維碼，站在遺址上便能身臨其境感受圓明園的盛世景象；又或者用手機(jī)、iPad等移動(dòng)終端下載圓明園APP，在家便可以游覽150余年前圓明園的全貌景觀。觀眾不僅能切身體會(huì)當(dāng)時(shí)的場景，還能了解由內(nèi)而外的建筑整體特征，這對于傳承歷史文化遺產(chǎn)，傳播民族文明將起到重要的作用（圖2）。

圖2 數(shù)字圓明園三維復(fù)原圖

3.非物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化的傳承與開發(fā)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)代，非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)應(yīng)得到傳承與開發(fā)。非物質(zhì)文化遺產(chǎn)具有明顯的地方文脈特色，由于受經(jīng)濟(jì)落后、意識觀念不強(qiáng)、展示和傳播方式單一等因素的影響，我國許多非遺不能很好地傳承甚至失傳。以往單一的拍照、采訪、錄像等傳統(tǒng)保護(hù)手段已不能有效滿足現(xiàn)實(shí)需求，利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行非遺保護(hù)和合理開發(fā)具有非常重要的意義。

現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)可以更好地搜集、記載非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的內(nèi)容，同時(shí)又可以突破傳統(tǒng)實(shí)物保存方式，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保護(hù)更高的安全性和長久性，數(shù)字展示也更具體驗(yàn)性和互動(dòng)性。目前，對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)實(shí)行切實(shí)和整體記載、建設(shè)檔案和數(shù)據(jù)庫已成為重要保護(hù)方法之一。數(shù)字化遺產(chǎn)開發(fā)對于提高非物質(zhì)文化遺產(chǎn)文化軟實(shí)力具有同等意義，主要體現(xiàn)為數(shù)字化平臺(tái)創(chuàng)建和相關(guān)產(chǎn)品形態(tài)化，從而能更好挖掘并展示“非遺”的文化內(nèi)涵。由凡拓?cái)?shù)字集團(tuán)和廣東集美山田組設(shè)計(jì)公司共同創(chuàng)造的廣東非物質(zhì)文化遺產(chǎn)——新會(huì)陳皮文化體驗(yàn)館，是通過數(shù)字化技術(shù)展示陳皮文化各方面的數(shù)字化媒體體驗(yàn)館，它讓觀者能全方位的通過五大感官，深入了解當(dāng)?shù)剡z產(chǎn)的歷史文化特色，這是數(shù)字化技術(shù)手段對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)文化傳承與開發(fā)的典型案例（圖3）。

4.文化遺產(chǎn)數(shù)字博物館的界面開發(fā)與展示

文化遺產(chǎn)數(shù)字博物館是高科技技術(shù)及文化發(fā)展傳承之間的產(chǎn)物，目前主要包括線下數(shù)字博物館和線上數(shù)字博物館，兩者互相共存，取長補(bǔ)短，在文化遺產(chǎn)的界面展示中最具親切性與互動(dòng)性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)博物館的諸多不足，同時(shí)，又能使文化遺產(chǎn)煥發(fā)新的生命力。在線下數(shù)字博物館中，實(shí)體的建筑空間或藏品與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，為觀者呈現(xiàn)虛實(shí)相結(jié)合的展示形態(tài)，以交互的方式讓靜止的藝術(shù)品“活”起來、“動(dòng)”起來、“美”起來，讓觀者得以從數(shù)字化、視像化五感去體驗(yàn)、品味與領(lǐng)略遺產(chǎn)文化的背景知識，并且能深入了解歷史文物的文化內(nèi)涵和形態(tài)特征。由清華美院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“端門數(shù)字館”便是線下數(shù)字博物館的重要代表，將古典建筑與先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)結(jié)合起來，形成故宮數(shù)字化文化遺產(chǎn)虛擬形態(tài)與觀眾互動(dòng)展示的空間，使觀眾沉浸式的、互動(dòng)體驗(yàn)式的感受故宮皇家宮廷的悠久歷史和豐富多彩的藏品（圖4）。

線上數(shù)字博物館，在我國則以線上百度百科數(shù)字館為重要代表，利用數(shù)字化技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上生成一種逼真的五感虛擬環(huán)境，不受時(shí)間、空間等客觀條件的制約，隨時(shí)隨地讓觀者直觀地通過人機(jī)界面感受在真實(shí)世界中親身經(jīng)歷的體驗(yàn)，這是當(dāng)前我國較大規(guī)模的線上數(shù)字體驗(yàn)館，開創(chuàng)了數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域界面開發(fā)與展示的新高度，非常值得在文化遺產(chǎn)保護(hù)虛擬空間中進(jìn)行新的探索（圖5）。

圖3 新會(huì)陳皮文化體驗(yàn)館影院展示效果

圖4 故宮博物院“端門數(shù)字館”數(shù)字影像大門和數(shù)字多寶閣實(shí)景

圖5 百度百科的線上數(shù)字博物館虛擬體驗(yàn)（AR）

三、結(jié)論與展望

文化遺產(chǎn)是人類文明進(jìn)程的重要見證，不管它存在何時(shí)何處，它們都需要在歷史的發(fā)展潮流中得到傳承發(fā)展。面對這一重要課題，社會(huì)各界應(yīng)加大對以增強(qiáng)技術(shù)為代表的數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的理論價(jià)值和實(shí)際作用的深入研究，并加大數(shù)字化技術(shù)在文化遺產(chǎn)的應(yīng)用范圍。同時(shí)，在技術(shù)方面亦要推陳出新，迅速提升我國文化遺產(chǎn)保護(hù)的技術(shù)程度，為傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)文脈傳承提供有力的技術(shù)支撐。在文化遺產(chǎn)保護(hù)中不但要注重?cái)?shù)字化技術(shù)保護(hù)的應(yīng)用研究，也應(yīng)強(qiáng)調(diào)文化遺產(chǎn)作品本身的藝術(shù)性及藝術(shù)表現(xiàn)手段，以提升作品的表現(xiàn)力。我們應(yīng)抓住機(jī)遇，推進(jìn)各項(xiàng)工作的發(fā)展，為保護(hù)我國乃至世界歷史文化遺產(chǎn)，傳承全人類文化和文明做出積極的努力。

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