古典家具數(shù)字化保護方法研究進展

張 磊，朱培浩，盧凱杰

天津理工大學 機械工程學院，天津 300384

1 引言

古典家具的工藝繼承與保護是一項重要的研究工作[1-2]，其中的數(shù)字化保護方法對于文物保護具有一定的實際意義和實用價值。但長期以來，因保護方法陳舊、技術(shù)手段落后，古典家具保護還停留在傳統(tǒng)的資料收集、整理和現(xiàn)場保存等原始做法上，即使運用計算機技術(shù)，也僅局限于二維平面圖形保存及文字記載方面[3]，無法真實、全面地反映家具的全部三維數(shù)據(jù)，尤其是面對具有復雜結(jié)構(gòu)和外形曲面的家具，難以實現(xiàn)精確的數(shù)字化還原[4]。大量珍貴的古典家具缺乏專業(yè)的保養(yǎng)與修繕，隨著時間的推移，逐步腐蝕、劣化甚至損毀。因此，對古典家居的數(shù)字化保護和修復是一項較為重要的工作[5]。如何應用先進的測量技術(shù)，完整、真實、準確地記錄古典家具的造型特征、結(jié)構(gòu)關(guān)系和詳細尺寸，永久保存文物的三維數(shù)據(jù)[6]，并利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)研制具有沉浸感、交互性與實時性的古典家具虛擬展示和漫游環(huán)境[7-8]，成為該領(lǐng)域的重要研究方向。文中通過梳理目前國內(nèi)外古典家具數(shù)字化保護中的主要技術(shù)和方法的進展情況，對古典家具數(shù)字化保護中的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理、曲面重構(gòu)與參數(shù)化模型重建、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、力學分析等進行對比分析，指出古典家具數(shù)字化保護的發(fā)展方向。

2 古典家具藝術(shù)價值及數(shù)字化保護

中國古典家具做工精湛、造型優(yōu)美、圖案精致，承載著我國古代人民生活方式、意識形式和價值取向等諸多信息，形成富有特色的東方家具體系，在世界家具發(fā)展史上特色鮮明[9-10]。

古典家具數(shù)字化保護作為一種新型的研究手段，其主要形式是通過建立古典家具數(shù)據(jù)庫（包括三維數(shù)據(jù)和相關(guān)的信息數(shù)據(jù)），清晰展現(xiàn)我國傳統(tǒng)家具的發(fā)展脈絡(luò)，為構(gòu)建家具文化理論奠定基礎(chǔ)。目前國外針對數(shù)字化保護已經(jīng)形成比較完整的體系，而古典家具數(shù)據(jù)庫的建立在國內(nèi)仍處于探索階段，表1總結(jié)了國內(nèi)外家具數(shù)字化保護方面的主要研究成果。

表1 國內(nèi)外家具數(shù)字化保護方面的主要研究成果

3 古典家具數(shù)字化保護方法

近年來，諸多文獻報道了關(guān)于古典家具數(shù)字化保護方法方面的技術(shù)成果，通過梳理，得到古典家具數(shù)字化保護的主要工作流程，如圖1所示。

圖1 古典家具數(shù)字化保護的主要工作流程

3.1 古典家具數(shù)據(jù)采集

3.1.1 采集技術(shù)分類

古典家具的數(shù)據(jù)采集包括二維數(shù)據(jù)采集和三維數(shù)據(jù)采集。其中，二維數(shù)據(jù)的采集主要依靠電子設(shè)備拍攝數(shù)碼影像資料，并將原始的電子影像數(shù)據(jù)作為后期保護的基礎(chǔ)依據(jù)[26]。三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要有接觸式和非接觸式兩種。采用三維掃描設(shè)備可快速獲取物體表面的離散三維數(shù)據(jù)，具有測繪準確、詳細、獲取方便的特點[27]。三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)分類如圖2所示。

圖2 三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)

3.1.2 應用現(xiàn)狀

接觸式儀器如三坐標測量機（CMM），其在空間3個軸向上均裝有光柵尺，經(jīng)光柵計數(shù)系統(tǒng)處理，得到被測坐標點的數(shù)據(jù)，雖然通過逐點采集的方式提高掃描精度，但是檢測時間長、工作量大，往往不能迎合大物件的掃描需求。與接觸式不同，非接觸式測量技術(shù)需要借助算法實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換和三維數(shù)據(jù)信息的識別。隨著計算機及傳感器的迅猛發(fā)展，以光柵式和激光式為代表的非接觸式三維測量技術(shù)發(fā)展最快。其中，激光式則根據(jù)激光測距原理計算得到待測物體的的三維坐標信息；光柵式則根據(jù)光學三角原理，如應用FTP方法[28]將快速傅里葉變換用于結(jié)構(gòu)光三維數(shù)據(jù)測量，通過傅里葉變換輪廓技術(shù)測量系統(tǒng)得到空間域信號，經(jīng)過快速傅里葉變換、濾波和傅里葉逆變換，計算得出物體的三維數(shù)據(jù)坐標。

目前，國內(nèi)已對數(shù)據(jù)采集方式進行不同程度的創(chuàng)新，張玉華等[29]則提出在應用三維掃描技術(shù)進行測算的過程中，要采用手持式設(shè)施，保證掃描的連續(xù)性，并確保掃描的速度。在此基礎(chǔ)上，林海等[30]提出，在實際測量古典家具時，應綜合使用直接測量法、攝影測量法和三維激光掃描3種測量方法，但對于大尺寸零件，其累積誤差會因測量照片絕對數(shù)量的增加、拼合次數(shù)的增多而增大。此外，冉險生等[31]引入近景攝影測量技術(shù)，通過在不同位置和方向獲取同一物體的兩幅以上的數(shù)字圖像，經(jīng)過捆綁調(diào)整、圖像匹配等技術(shù)處理和相關(guān)數(shù)學計算后，得到待測點的精確三維坐標，不但提高了掃描效率，且大幅度提高了大尺寸物體的掃描精度。而徐海濤等[32]基于ASODVS將全景立體技術(shù)應用到激光掃描中，通過激光投射點提取算法解決了全景掃描需進行多次數(shù)據(jù)配準的問題。

總之，光學測量是非接觸式測量中最具代表性的測量方法，相對于接觸式測量，它集光、機、電于一體，具有成本低、測量速度快等優(yōu)點，是目前三維數(shù)據(jù)采集的首選方式。而不同的數(shù)據(jù)采集方式適用于不同的需求，表2對比分析了非接觸式三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)的原理和優(yōu)缺點，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了相應的發(fā)展方向。

3.2 古典家具三維數(shù)據(jù)處理

通過三維設(shè)備采集得到的數(shù)據(jù)，還需進行多項后處理工作，主要包括數(shù)據(jù)配準、數(shù)據(jù)分割及數(shù)據(jù)簡化。

3.2.1數(shù)據(jù)配準

由于三維掃描儀自身視野范圍的局限性，一次掃描過程往往不能得到物體的全部信息，為實現(xiàn)將不同視域下的點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個坐標系下，需進行三維數(shù)據(jù)配準[43]。目前配準主要思路是利用相鄰視圖間存在的重疊部分，通過特定的配準算法獲得對應視圖的坐標變換關(guān)系。其中基于圖像特征的配準方法[44]是提取參考圖像與待配準圖像中的不變特征，其主要分類及特點如表3所示。

另一方面，通過將現(xiàn)存算法進行合理整合和創(chuàng)新，提出了一種基于最小二乘法計算點到切平面距離的方法，即迭代就近點（ICP）算法[51-52]。通過對ICP算法的不斷優(yōu)化，國內(nèi)外獲得許多成果。Granger等[53]提出EM-ICP算法，將最大期望算法應用在ICP算法中，減少初配準步驟；由于配準算法在掃描精度較低的狀況下產(chǎn)生的誤差較大，曹聚亮等[54]以激光采樣點為配準單元，提出一種新的基于反向投影的快速配準算法；對于復雜形狀無法計算特征的問題，胡少興等[55]提出了改進的ICP算法，并以此為基礎(chǔ)，開發(fā)了漸進式多視點配準法，利用Tsai標定方法確定三維幾何點與二維紋理點的映射關(guān)系，提高了配準速度。針對點云數(shù)據(jù)優(yōu)化處理問題，周亞男[56]提出使用專門設(shè)備進行系統(tǒng)自動配準的方法，以此提高配準速度和精度。

3.2.2 數(shù)據(jù)分割

由于復雜物體的曲面往往由多個曲面整合構(gòu)成，為方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理，采用數(shù)據(jù)分割技術(shù)將數(shù)據(jù)劃分為若干個相關(guān)聯(lián)的區(qū)域。它主要依據(jù)幾何特征、色彩及反射光強度進行劃分。目前，Velmurugan[57]提出按照多維度屬性聚類劃分的聚類分析法思想，馬騰等[58]驗證其可行性，為數(shù)據(jù)分割提供新的發(fā)展方向。雖然該新方法具有參數(shù)設(shè)置靈活，算法魯棒性高等特點，但不可避免需要進行大量的幾何特征統(tǒng)計。

表2 三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)的原理、優(yōu)缺點和發(fā)展方向

表3 基于圖像特征的配準方法

3.2.3 數(shù)據(jù)簡化

在進行點云的降噪處理時，則采用平均法去除噪點，包括簡單平均法，加權(quán)平均法及直線滑動平均法等。在完成數(shù)據(jù)預處理的基礎(chǔ)上，張榮強[3]主張運用多視點云的拼合方法進行點云過濾、數(shù)據(jù)精簡和點云分塊，實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的預處理和去噪。此外，林海等[30]也主張運用專業(yè)的云處理軟件對三維掃描儀采集到的點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，如點云數(shù)據(jù)的濾波、平滑、縮減、分割、配準、融合等，減低模型重建的復雜性，提高精確度和速度。

3.3 古典家具曲面重構(gòu)與參數(shù)化模型重建

曲面重構(gòu)主要實現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)的恢復，其恢復程度直接決定模型還原的精度和質(zhì)量。曲面重構(gòu)過程中，拓撲結(jié)構(gòu)會發(fā)生畸變，因此需運用特定的重構(gòu)理論和算法，以保持拓撲結(jié)構(gòu)與模型物體結(jié)構(gòu)的一致性。為此，綜合文獻[59-61]，得到曲面重構(gòu)的主要方法：（1）采用逼近或插值的方法得到曲面的特征線，再根據(jù)正向建模的方法，由特征線生成曲面；（2）直接通過插值或逼近的方法，由點云數(shù)據(jù)直接生成曲面。對復雜文物進行曲面重構(gòu)時，采用第二種方法較為常用。

20世紀60年代，Bezier提出Bezier曲面理論，通過調(diào)整局部曲面的頂點實現(xiàn)曲面重構(gòu)，但是該法無法處理連續(xù)的曲面數(shù)據(jù)。為此，Gordon提出B樣條曲面，解決了曲面拼接連續(xù)性問題。在此基礎(chǔ)上，引入拓撲優(yōu)化空間，通過對算法在網(wǎng)格控制及網(wǎng)格細分上的優(yōu)化創(chuàng)新，Zhao[62]提出基于遺傳算法GA改進B樣條曲面重建技術(shù)；Tekumalla[63]結(jié)合最小二乘擬合算法實現(xiàn)曲面的光化處理。

而在實際古典家具曲面重構(gòu)過程中，張榮強[3]提出，當前兩種主要的曲面構(gòu)造方法分別是B樣條或NURBS曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造和三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造，并闡明了先構(gòu)建基礎(chǔ)面，再構(gòu)建過渡面，最后添加細微圓角特征的曲面重構(gòu)過程。此外，郁舒蘭等[14]也提出以融合二維繪圖和三維造型于一體的MDT軟件作為設(shè)計平臺，以NURBS方法實現(xiàn)曲線和曲面的最終構(gòu)建。與此不同的是，林海[30]則將預處理后的點云數(shù)據(jù)以參考文件的方式導入BIM軟件（如Revit），通過捕捉點構(gòu)成線、面和實體，完成古典家具的模型重建。

姬勇等[64]針對傳統(tǒng)文物數(shù)字化重構(gòu)方法中存在的成本昂貴、文物損壞程度較嚴重等問題，提出了基于笛卡爾網(wǎng)格的三維重構(gòu)技術(shù)，該重構(gòu)技術(shù)以六面體網(wǎng)格作為最基本單元，采用對實體進行逐層切割獲得截面域輪廓線的剖分算法，并借助計算機圖形學的掃描線填充算法對文物進行三維成像重構(gòu)。除上述基于深度圖像的建模方法外，周明全等[65]提到了基于序列圖象的建模方法，該方法針對照相機拍攝的序列圖像，通過多視圖像預處理、攝像機標定、點云模型生成、點云三角化等步驟，來實現(xiàn)三維建模。

3.4 古典家具力學結(jié)構(gòu)分析

針對參數(shù)化模型的拓撲優(yōu)化設(shè)計，Nicholls[66]利用有限元軟件對箱式家具結(jié)構(gòu)中角接頭的應力及應變狀態(tài)進行分析，準確預測家具所受的撓度。何風梅等[67]提出基于ANSYS對板式家具進行有限元分析的方法，在提高設(shè)計效率的同時，實現(xiàn)了家具的可靠性及模塊化設(shè)計。對于復雜結(jié)構(gòu)家具模型的有限元分析，張立等[68]以榫卯結(jié)構(gòu)為例，主張預先將模型導入?yún)?shù)化三維設(shè)計軟件，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化后再將模型導入到ANSYS中進行網(wǎng)格劃分，最后進行外載荷加載并求解。該步驟實現(xiàn)了家具的部分結(jié)構(gòu)整體化結(jié)構(gòu)分析，并進一步驗證了ANSYS軟件對家具進行力學結(jié)構(gòu)分析的可行性。對于家具關(guān)鍵節(jié)點結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，董廣斌[69]通過ANSYS語言編程，分析了丁字榫結(jié)構(gòu)強度和剛度最大情況下的榫長和榫厚比，為國內(nèi)局部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點的分析提供思路。

表4 唯一ID生成方案改進對比

綜上，國內(nèi)外學者利用有限元法對各種形式的家具進行結(jié)構(gòu)性分析的方法實現(xiàn)了參數(shù)化模型的強度校核和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，為家具數(shù)據(jù)化的導入提供了量化保障。

3.5 古典家具數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

3.5.1數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

古典家具數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建是數(shù)字化技術(shù)體現(xiàn)的最直接形式。數(shù)據(jù)庫不但可實現(xiàn)所有用戶數(shù)據(jù)共享，而且可減少數(shù)據(jù)信息的冗余度。由于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有一定的獨立性，其邏輯結(jié)構(gòu)和應用程度在變化時不會影響數(shù)據(jù)的顯示與使用，可保證數(shù)據(jù)在存儲與傳遞過程中的唯一性與準確性。為此，吳義忠等[70]提出基于XML的三維參數(shù)化標準庫系統(tǒng)，通過對API接口組建的開發(fā)，實現(xiàn)三維參數(shù)化模型信息的輸入及輸出。劉文金等[19]提出利用圖像處理、文字處理等專業(yè)軟件對所收集的各類資料進行預編輯處理的方法，并以微軟公司研制的Visual Basic.Net為開發(fā)平臺，通過Microsoft SQL Server 2005的強大數(shù)據(jù)處理功能進行完整的數(shù)據(jù)庫設(shè)計。呂?？萚71]將OpenGL與三維建模軟件相結(jié)合，采用Oracle數(shù)據(jù)庫進行管理，彌補了OpenGL在建模方面的局限性，并實現(xiàn)了模型的查詢檢索和瀏覽。王欣等[72]基于OpenGL技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用ActiveX數(shù)據(jù)對象（ActiveX Data Objects，ADO）技術(shù)提供標準接口，通過API接口[73]實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、檢索以及數(shù)據(jù)庫的訪問，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效控制與管理。賀春光等[20]則在現(xiàn)有蒙古族傳統(tǒng)家具二維圖案數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)上，首先運用AutoCAD及Sketchup軟件進行三維圖案數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與數(shù)據(jù)錄入，然后運用瀏覽插件Archivision Discovery Viewer實現(xiàn)三維動態(tài)瀏覽功能，最后運用Archivision Active X技術(shù)將三維數(shù)據(jù)庫封裝在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

3.5.2 唯一ID生成方案

數(shù)據(jù)庫的不斷增大意味著檢索效率將大幅度下降。為此，給對應模型圖案創(chuàng)建并匹配唯一ID顯得尤為關(guān)鍵。常見的數(shù)據(jù)庫自增長序列按照自然排列，雖然簡單方便，但是在數(shù)據(jù)庫合并或遷移時會發(fā)生ID沖突，導致數(shù)據(jù)庫擴展受限。因此，可采用集群式生成方案，即每個子數(shù)據(jù)庫所設(shè)置的起始數(shù)字不一致但步長一樣，有多少子數(shù)據(jù)庫就設(shè)置相應步長。此外，唯一識別碼（Universally Unique Identifier，UUID）技術(shù)根據(jù)文件信息（以太網(wǎng)卡地址、納米級時間信息等）創(chuàng)建獨一無二的無序數(shù)字代碼，但是由于代碼組成過于復雜，往往不具備可讀性；因此，微軟制定一項UUID組成標準，并稱之為GUID；但本質(zhì)上，GUID依舊是亂序，隨著數(shù)據(jù)量增大，信息索引的維護帶來性能上的損耗將更加明顯，為此，Nilsson[74]提出一種COMB類型的GUID，將時間信息與GUID組合，保證唯一性的同時滿足了ID的有序性，以此提高檢索效率。各方案對比如表4所示。

3.5.3 數(shù)據(jù)庫運行流程

綜上所述，通過對物體進行三維數(shù)據(jù)采集、處理以及模型重建等操作，基于數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)，通過特定的輸入端口（如API端口）將三維模型信息導入數(shù)據(jù)庫中，并依據(jù)模型信息生成對應的唯一ID，方便數(shù)據(jù)庫檢索和模型瀏覽，并為后續(xù)模型的立體投影提供基礎(chǔ)。古典家具數(shù)據(jù)庫的運行流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫運行流程

4 古典家具數(shù)字化保護趨勢

當前，社會各界都在積極開展對物質(zhì)文化遺產(chǎn)和非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護工作。保護這些珍貴的文化遺產(chǎn)不僅出于學術(shù)研究需要，而且保持民族文化的傳承、維護世界文化多樣性和創(chuàng)造性，并為后續(xù)文化創(chuàng)新提供了重要依據(jù)。了解和認識國內(nèi)外文化遺產(chǎn)在數(shù)字化保護方面的發(fā)展趨勢，有助于開拓思路，突破單一學科研究的技術(shù)局性，將數(shù)字化技術(shù)更好地應用到古典家具的保護工作中。

（1）數(shù)字博物館（Digital Museum，DM）

DM是指通過數(shù)字技術(shù)手段構(gòu)造數(shù)字空間之上的博物館。而數(shù)字博物館[75-77]則在博物館數(shù)字化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對藏品的收藏、管理及虛擬展示，并通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)建立信息網(wǎng)絡(luò)服務體系。數(shù)字博物館不但打破了實體博物館地理、時間限制因素，也打破了信息單向傳遞的方式，大大提高了與觀眾的互動性和藏品資源開放共享程度[78]。

相對于國外，國內(nèi)數(shù)字博物館的建設(shè)進展相對較慢。從20世紀90年代起步，我國的博物館數(shù)字化實驗經(jīng)歷了3個發(fā)展階段，即由博物館與互聯(lián)網(wǎng)對接開始，經(jīng)過了博物館數(shù)字化和數(shù)字化博物館兩個進程[79]。目前，為解決數(shù)字博物館數(shù)據(jù)單一性、缺乏關(guān)聯(lián)性和互動模式單一等問題，需充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字博物館向智慧博物館[80]的過渡。但大數(shù)據(jù)僅僅是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，無法在根本上找到數(shù)字化變量間的因果關(guān)系，對數(shù)字化保護的深層次理論問題仍然缺乏解釋力[81]。因此，大數(shù)據(jù)的應用與數(shù)字化保護的學術(shù)研究如何進行合理對接，也是值得學者們繼續(xù)探討的話題。

（2）虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Realty，VR）

VR作為一種多通道的新型人機交互接口，通過視覺、聽覺、觸覺和重力感等多種感覺通道可實現(xiàn)與計算機虛擬世界的交互，從而產(chǎn)生身臨其境的體驗[82]。VR技術(shù)在文物保護方面同樣有著廣泛的應用，借助數(shù)字影像、三維展現(xiàn)、多媒體與寬帶網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，可構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)傳播為手段的綜合數(shù)字平臺。目前，VR博物館缺少成熟的導覽系統(tǒng)，觀眾難以捕捉展品的細節(jié)且自由漫游體驗相對較差。因此，基于WIFI室內(nèi)定位技術(shù)的語音導覽系統(tǒng)逐漸投入使用，用戶通過登錄預設(shè)頻道，系統(tǒng)自動識別定位后自動播放錄音內(nèi)容。另一方面，西方國家通過與移動電信廠商的合作，聯(lián)合開發(fā)VR虛擬現(xiàn)實展覽軟件，用戶可佩帶VR設(shè)備并鏈接移動端，實現(xiàn)遠程參觀博物館。

（3）增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Realty，AR）

AR是以VR技術(shù)為基礎(chǔ)，將計算機信息（如文字、聲音、圖像或GPS數(shù)據(jù)）實時疊加顯示到現(xiàn)實場景，實現(xiàn)自然互動的人機交互技術(shù)[83]，與VR既有聯(lián)系又有區(qū)別。VR完全沉浸于計算機生成的虛擬場景中，而AR是虛實結(jié)合的技術(shù)，為實現(xiàn)真實環(huán)境和虛擬世界的有機結(jié)合架起一座橋梁。在國內(nèi)，AR技術(shù)在文物古跡的保護和復原上略有成效，陳靖等[84]提出基于關(guān)鍵幀匹配的增強現(xiàn)實跟蹤注冊算法，構(gòu)建出基于視頻透視式頭盔顯示器的移動增強現(xiàn)實系統(tǒng)，實現(xiàn)了圓明園大水法遺址的數(shù)字重現(xiàn)?；贏R交互式的數(shù)字博物館系統(tǒng)已初現(xiàn)雛形，鐘志鵬[85]及杜鳳儀[86]基于增強現(xiàn)實技術(shù)，在博物館導覽中的應用進行了初步研究，設(shè)計了基于視頻透視技術(shù)和人工標志物的增強現(xiàn)實技術(shù)的博物館展示系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)博物館而言是一個較大的突破，打破了傳統(tǒng)博物館固定僵硬的體驗方式，創(chuàng)造出一種靈活多變的全新觀展模式。但目前AR交互式博物館體驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能單一，體驗效果不佳。

（4）AR-VR混合技術(shù)博物館

AR-VR博物館展覽互動系統(tǒng)[87]可將VR技術(shù)與AR技術(shù)相結(jié)合，利用VR技術(shù)的沉浸感及增強現(xiàn)實的交互感提升參觀者參觀博物館的交流互動體驗。系統(tǒng)分為兩個模塊：（1）博物館虛擬漫游模塊；（2）增強交互模塊。博物館虛擬漫游模塊使用VR技術(shù)生成一個虛擬環(huán)境[88]；而增強交互模塊基于AR技術(shù)，通過攝像頭采集場景視頻，采用計算機視覺跟蹤注冊方法將虛擬信息疊加在真實場景中，增強展品信息的展示，系統(tǒng)具體框架結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 AR-VR系統(tǒng)框架

目前，國內(nèi)基于多媒體的運用及數(shù)碼影像技術(shù)的應用，初步實現(xiàn)了古典家具從靜態(tài)展示到三維動態(tài)立體全方位的展示。為滿足時代需要，古典家具數(shù)字博物館應通過AR-VR混合技術(shù)，營造層次豐富的空間和迷幻多變的音效氛圍及全方位和多通道的實時感官交互的虛擬場景，從而將展品的展示空間轉(zhuǎn)換為一個關(guān)于文化、歷史和知識的體驗空間。給參觀者身臨其境的沉浸感受，更多地了解家具展品背后所蘊含的文化內(nèi)涵。在展現(xiàn)家具展品功能性和藝術(shù)性的同時，體現(xiàn)審美休閑、普及教育及科研的社會價值。另一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及手機的智能化發(fā)展，基于移動增強現(xiàn)實的博物館導覽方式將推動古典家具數(shù)字博物館的普及。為此，數(shù)字博館可通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向用戶提供參觀、學習、研究、交流等多種服務。

5 結(jié)論與展望

中國古典家具的數(shù)字化保護技術(shù)應用研究立足于解決中國古典家具研究與當前中式家具數(shù)字化設(shè)計脫節(jié)的狀況，可彌補古典家具在保護中信息易老化、易失真等缺陷，為中國傳統(tǒng)家具的傳承、應用及推廣探索出一條新出路。傳統(tǒng)家具的數(shù)字化保護工作涉及到光學、設(shè)計學、計算機學及博物館學，是一項綜合研究課題。文中針對古典家具數(shù)據(jù)庫的搭建，綜合分析并總結(jié)了數(shù)字化保護中的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理、曲面重構(gòu)與參數(shù)化模型重建、力學分析等技術(shù)與方法的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。目前，在實現(xiàn)一維測距和高精度測量的基礎(chǔ)下，三維激光測量技術(shù)應向二維、三維測距方向發(fā)展，逐步實現(xiàn)掃描速度更快，掃描精度更高，更輕便攜帶的目標；在數(shù)據(jù)處理方面，基于特征提取的配準算法適用范圍受限，而ICP算法收斂速度較慢，因此需要結(jié)合遺傳算法減少迭代次數(shù)；在有限元分析方面，國內(nèi)在仿真精度方面與國外差距較大。因此，需將有限元仿真分析與計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)相結(jié)合，形成集設(shè)計、模擬分析、優(yōu)化及制造為一體的科學化家具保護與設(shè)計體系。

最后，針對目前新媒體技術(shù)和計算機輔助技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)了數(shù)字博物館的發(fā)展進程。在完善古典家具數(shù)據(jù)庫建立體系的基礎(chǔ)上，將古典家具數(shù)據(jù)庫與新型數(shù)字博物館的結(jié)合是一個重要發(fā)展趨勢。