古典家具數(shù)字博物館構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)研究

張磊 盧凱杰 竇金花

摘要：數(shù)字博物館的建設(shè)是博物館適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然需求，是提高博物館管理水平、促進(jìn)其自身發(fā)展的必然選擇。結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，對比分析了古典家具數(shù)據(jù)庫建設(shè)的方法及技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出對傳統(tǒng)博物館的信息化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)理論。最后總結(jié)了數(shù)字博物館的發(fā)展趨勢，并指出在完成網(wǎng)頁及服務(wù)器開發(fā)的基礎(chǔ)上，應(yīng)加快數(shù)字博物館在移動端上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：古典家具；數(shù)字博物館；信息化；網(wǎng)絡(luò)化；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

中圖分類號：G261；TP392 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0053-02

作為一個(gè)國家發(fā)展程度的重要象征，現(xiàn)代博物館正在迎合時(shí)代的發(fā)展，利用高科技不斷完善自身，向著更先進(jìn)、更科學(xué)的大方向發(fā)展。基于數(shù)字化技術(shù)的新型博物館，即博物館數(shù)字化和數(shù)字博物館（Digital Museum，DM）相繼出現(xiàn)。博物館數(shù)字化是指通過數(shù)字技術(shù)手段構(gòu)造數(shù)字空間之上的博物館。而數(shù)字博物館則在博物館數(shù)字化的基礎(chǔ)上實(shí)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(wù)體系。DM不僅可通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)將展品展示在人類面前，同時(shí)為保護(hù)世界文化遺產(chǎn)提供新方法。為此，世界各國都在全力建設(shè)屬于自己的數(shù)字博物館，以便保存并傳承本國優(yōu)秀的文化資源。

1990年，美國啟動了“American Memory”計(jì)劃，在實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)資料的數(shù)字化存儲的基礎(chǔ)之上，搭建了面向全球的博物館互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。1995年，日本制定了著名的“Global Digital Museum”計(jì)劃，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對博物館展品進(jìn)行數(shù)字化處理，并通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息化流通與個(gè)性化傳播。此外，建立基于場景虛擬漫游的VR博物館體驗(yàn)中心，實(shí)現(xiàn)博物館數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和個(gè)性化的展示。

近年來，通過不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)展示技術(shù)，中國數(shù)字博物館也在蓬勃發(fā)展。國內(nèi)許多博物館先后加入數(shù)字化，如河南博物館、上海博物館先后成立互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站，并率先探索館內(nèi)藏品的數(shù)字化技術(shù)；中國國家博物館通過與微軟合作，推出基于藏品數(shù)據(jù)庫的“在線展廳”，不但實(shí)現(xiàn)了藏品的智能檢索，也實(shí)現(xiàn)了展品的虛擬展示；北京故宮博物館響應(yīng)國家文物局的“文物調(diào)查及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目號召，開始構(gòu)建藏品三維數(shù)據(jù)庫并開發(fā)基于數(shù)字化技術(shù)的藏品管理系統(tǒng)，并引進(jìn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，開通計(jì)算機(jī)光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用國際互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建故宮博物院網(wǎng)站。

雖然經(jīng)過多年的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用，我國數(shù)字博物館建設(shè)進(jìn)程已經(jīng)已進(jìn)入比較成熟的階段，但是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的古典家具數(shù)字化博物館仍然存在許多制約條件。因此，本文歸納并分析目前階段古典家具數(shù)字博物館建設(shè)方案，并提出合理性的發(fā)展規(guī)劃。

1 數(shù)字博物館的信息化建設(shè)

依據(jù)博物館時(shí)代發(fā)展的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)博物館數(shù)字化建設(shè)的過程不是數(shù)字化技術(shù)與博物館的簡單組合，而是需要立足于對博物館工作管理特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)原有博物館的信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)。

博物館信息化建設(shè)主要實(shí)現(xiàn)館內(nèi)藏品的數(shù)字化保存以及建立面向館內(nèi)的數(shù)據(jù)化管理系統(tǒng)，以便藏品的智能檢索和各項(xiàng)信息的存儲與展示。目前，藏品數(shù)字化保護(hù)方式主要寄托于基于三維數(shù)據(jù)反求與CAD模型重建的逆向工程技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)博物館內(nèi)各藏品信息的數(shù)字化管理與運(yùn)用。并在此基礎(chǔ)上，完善藏品信息庫及信息管理系統(tǒng)，在存儲藏品信息的同時(shí)只能匹配相應(yīng)的文字資料和影像視頻。因此，信息化建設(shè)的首要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)古典家具的數(shù)字化。

通過翻閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，古典家具數(shù)字化過程可總結(jié)為：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)化建模及古典家具數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。

1.1 數(shù)據(jù)采集

目前，古典家具的數(shù)據(jù)采集主要分為二維數(shù)據(jù)采集和三維數(shù)據(jù)采集。其中三維數(shù)據(jù)采集一般采用三維掃描設(shè)備，由于掃描方式和原理多樣化，近年來，國內(nèi)三維測量技術(shù)發(fā)展尤為迅速。

張榮強(qiáng)[1]采用非觸碰式三維激光掃描技術(shù)來提高數(shù)據(jù)采集的效率和準(zhǔn)確性。但是，由于該方法涉及濾波操作，測量范圍受到一定的限制，測量精度也相對較低。為此，李玉華等[2]則提出在應(yīng)用三維掃描技術(shù)進(jìn)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[3]提出在古典家具的實(shí)際測量中應(yīng)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。冉險(xiǎn)生等[4]引入近景攝影測量技術(shù)，經(jīng)位置識別、圖像匹配等處理技術(shù)及智能算法計(jì)算后，獲取攝影對象待測點(diǎn)的精確三維坐標(biāo)，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。

1.2 數(shù)據(jù)處理

通過圖像數(shù)據(jù)處理軟件完成視圖拼合、噪聲去除、數(shù)據(jù)簡化、點(diǎn)云分塊等處理。由于復(fù)雜的曲面往往由多個(gè)曲面整合構(gòu)成，要將整個(gè)三維數(shù)據(jù)分成多個(gè)小曲面數(shù)據(jù)分塊，并單獨(dú)對每塊數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。為實(shí)現(xiàn)將不同視域下的三維數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下，需進(jìn)行三維數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。典型算法有迭代就近點(diǎn)算法（ICP算法）和基于特征的配準(zhǔn)方法。由于配準(zhǔn)算法在掃描精度較低的狀況下產(chǎn)生的誤差較大，張愛武等[5]以激光采樣點(diǎn)為配準(zhǔn)單元，提出一種新的基于反向投影的快速配準(zhǔn)算法。通過馬氏距離搜索最近點(diǎn)，并利用反向投影加速最近點(diǎn)搜索，依靠插值方法修正最近點(diǎn)，避開了采樣分辨率影響。

1.3 參數(shù)化建模

將預(yù)處理后的古典家具數(shù)據(jù)信息以參考文件的方式導(dǎo)入建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）軟件，智能捕獲點(diǎn)線面等三維要素?cái)?shù)據(jù)，在三維空間中建立古典家具的三維信息模型，并將信息以數(shù)字化的形式保存在古典家具數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)古典家具設(shè)計(jì)、制作和管理提供數(shù)字化基礎(chǔ)，優(yōu)化工作方式，提高工作效率。

1.4 古典家具數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

由于數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性，數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程度在變化時(shí)不會影響數(shù)據(jù)的顯示與使用，保證數(shù)據(jù)在存儲與傳遞過程中的唯一性與準(zhǔn)確性。為此，劉文金等[6]提出利用圖像處理軟件、文字處理軟件等專業(yè)軟件對所收集的各類資料進(jìn)行預(yù)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強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來進(jìn)行完整的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。賀春光等[7]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(yùn)用AutoCAD及Sketchup 軟件完成三維圖案數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與數(shù)據(jù)錄入，然后運(yùn)用瀏覽插件Archivision Discovery Viewer實(shí)現(xiàn)三維動態(tài)瀏覽功能，最后運(yùn)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。林海等[3]則提出依托Revit等BIM軟件平臺的API接口直接建立古典家具三維模型數(shù)據(jù)庫的技術(shù)，并將其運(yùn)用到數(shù)字化制造等全新領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)古典家具數(shù)據(jù)庫與實(shí)物數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。

2 數(shù)字博物館的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)

21世紀(jì)又稱網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)獨(dú)立計(jì)算機(jī)設(shè)備，通過通信技術(shù)聯(lián)系成一個(gè)整體，在網(wǎng)絡(luò)操作與協(xié)議的管理下實(shí)現(xiàn)信息共享與傳遞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。博物館的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)相當(dāng)于把博物館視為一臺計(jì)算機(jī)，通過連接各個(gè)區(qū)域博物館計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成博物館廣域網(wǎng)絡(luò)，最大限度發(fā)揮博物館博物館信息化資源，實(shí)現(xiàn)信息化藏品的快速傳播。在此基礎(chǔ)上，通過搭建多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)，采用智能化的遠(yuǎn)程播控管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)藏品信息的遠(yuǎn)程播出，觀眾只需登錄虛擬博物館就可以實(shí)現(xiàn)與博物館的互動與交流，接收藏品相關(guān)的文字、圖片及音頻視頻等相關(guān)多媒體信息。

2.1 網(wǎng)站建設(shè)

構(gòu)建屬于古典家具博物館自身的網(wǎng)站是邁入信息化網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵一步。由于家具藏品一體化信息管理系統(tǒng)需利用計(jì)算機(jī)建設(shè)藏品數(shù)據(jù)管理庫及管理相關(guān)的藏品動態(tài)信息，因此側(cè)重發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施的一體化管理發(fā)布體系。

首先基于家具藏品信息化技術(shù)，構(gòu)建藏品數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，利用信息采集工具將文字、圖像等多媒體信息集中整理，并按照網(wǎng)站建設(shè)模板進(jìn)行有序的信息存儲與發(fā)布。依據(jù)古典家具博物館網(wǎng)站特點(diǎn)，生成網(wǎng)頁，在保證信息正確性的條件下，通過分析受眾群體，增添用戶個(gè)性化互動功能，如多媒體劇院等。

2.2 APP平臺建設(shè)

基于智能手機(jī)的普及，APP應(yīng)用得到迅速的推廣。古典家具博物館APP平臺的開發(fā)將現(xiàn)有的導(dǎo)覽系統(tǒng)和新媒體有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)與觀眾零距離互動。通過搭建集成社交功能及集成參觀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶端線上的社區(qū)服務(wù)，為參觀者提供專家答問、自拍社交等在線欄目，完成線下到線上的引流和用戶轉(zhuǎn)化。在基于網(wǎng)站建設(shè)思路滿足藏品介紹、導(dǎo)覽講解的基礎(chǔ)上，增添互動游戲，如猜謎、互動繪圖、智慧答題等形式，將相關(guān)內(nèi)容以寓教于樂的方式呈現(xiàn)至孩童。

2.3 多媒體導(dǎo)覽系統(tǒng)建設(shè)

多媒體導(dǎo)覽系統(tǒng)的建設(shè)可使參觀者更好地了解古典家具藏品的全面信息。2004年，Li-Der等人在基于PDA平臺搭建了多媒體博物館導(dǎo)覽系統(tǒng)的雛形，當(dāng)游客手持PDA至文物附近時(shí)，該系統(tǒng)會反饋一段傳統(tǒng)的音頻解說并顯示文物相關(guān)圖片、視頻等其他多媒體信息。隨后，Adtiano Alberti等人先后基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)開發(fā)并完善一套交互式博物館導(dǎo)覽系統(tǒng)，通過特征匹配算法，實(shí)現(xiàn)文物識別及文物圖像的匹配。另一方面，WIFI技術(shù)的迅猛發(fā)展使得基于位置的服務(wù)（Location Based Services，LBS）也得到廣泛運(yùn)用，多媒體設(shè)備可通過基于GPS定位計(jì)算得出用戶位置，從而減少信息匹配數(shù)量，加快信息識別速度。

近年，隨著（Augmented Realty，AR）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，通過跟蹤注冊算法可建立虛擬物體與現(xiàn)實(shí)場景的投影變換模型，參觀者佩戴AR設(shè)備可實(shí)現(xiàn)變換結(jié)果疊加到真實(shí)場景中，達(dá)到虛擬物體與現(xiàn)實(shí)場景疊加的視覺效果。在此基礎(chǔ)上，通過將VR技術(shù)與AR技術(shù)相結(jié)合，建設(shè)AR-VR 古典家具博物館展覽互動系統(tǒng)[8]，即搭建一種多通道的新型人機(jī)交互接口，通過視覺、聽覺、觸覺和重力感等多種感覺通道為參觀者營造身臨其境的氛圍。

2.4 AR移動終端開發(fā)

2003年，西門子公司研究院開發(fā)了一個(gè)基于C/S架構(gòu)的AR Phone系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過將手機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的視頻幀上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，經(jīng)過計(jì)算得出手機(jī)攝像頭的方位狀態(tài)，最后根據(jù)手機(jī)攝像頭姿態(tài)將增強(qiáng)的模型信息這染到視頻流上，實(shí)現(xiàn)在手機(jī)屏幕上的顯示。

隨著手機(jī)智能化的發(fā)展，在移動終端進(jìn)行文物的識別已成為可能，意味著服務(wù)器的負(fù)載能夠隨之降低，從而確保了多用戶同時(shí)在線的需求。其中，Bauhaus University設(shè)計(jì)的Phone Guide系統(tǒng)通過藍(lán)牙進(jìn)行通信，采用兩層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分析用戶信號ID并確定游客所在區(qū)域，再從該區(qū)域中匹配所識別的展品，這樣即可減少識別物品的個(gè)數(shù)，從而提高了展品識別率。

3 結(jié)語

目前，我國在古典家具博物館的數(shù)字化建設(shè)方面已加大力度，以實(shí)現(xiàn)藏品的信息化，并通過搭建網(wǎng)絡(luò)平臺有效地完成信息化傳播及推廣。隨著智能手機(jī)的快速發(fā)展，未來應(yīng)結(jié)合智能移動終端和遠(yuǎn)程服務(wù)器的設(shè)計(jì)開發(fā)，設(shè)法提高客戶端各功能模塊的靈活性和可復(fù)用性，提高古典家具圖像特征識別和匹配的效率，進(jìn)一步縮短傳輸延時(shí)和識別間隔，提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和完善性。在此基礎(chǔ)上，要跟上新媒體發(fā)展進(jìn)程，積極發(fā)展AR技術(shù)及VR技術(shù)在古典家具數(shù)字博物館開發(fā)中的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張榮強(qiáng).逆向工程技術(shù)在古典家具保護(hù)方面的應(yīng)用與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013：30（1）：105-107.

[2]張玉華，馮輝英，王笛.三坐標(biāo)測量技術(shù)在反求工程中的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2011，（6）：37-38.

[3]林海，吳劍鋒.基于數(shù)字化技術(shù)的中國古典家具研究[J].家具與室內(nèi)裝飾，2014，（1）：28.

[4]冉險(xiǎn)生，林立，黃澤好.近景攝影測量在三維數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程，2013，（3）：100-104.

[5]胡少興，查紅彬，張愛武.大型古文物真三維數(shù)字化方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2006，18（4）：951-954.

[6]劉文金，唐立華，曹建文，等.中國傳統(tǒng)家具藝術(shù)史料數(shù)據(jù)庫的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2008，（5）：88-90.

[7]賀春光，高曉霞.創(chuàng)建蒙古族傳統(tǒng)家具三維圖案模型數(shù)據(jù)庫的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，32（1）：245-249.

[8]李婷婷，王相海.基于AR-VR混合技術(shù)的博物館展覽互動應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2017，53（22）：185-189.