文物保護(hù)中數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

馬貢喆

（承德避暑山莊及周圍寺廟景區(qū)服務(wù)中心，河北 承德 067000）

信息技術(shù)時(shí)代下，數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)順勢(shì)而生，在文物保護(hù)中應(yīng)用數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)，有利于高度還原文物圖像內(nèi)容，這對(duì)文化遺產(chǎn)留存、文明傳承有重要意義。本文首先介紹數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)定義和特點(diǎn)，然后分析當(dāng)前文物數(shù)字化保護(hù)現(xiàn)狀，以及數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)應(yīng)用意義，最后重點(diǎn)探究文物保護(hù)中數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)應(yīng)用路徑。旨在為相關(guān)人員提供參考，促進(jìn)數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)與文物保護(hù)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。

一、數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)

（一）定義數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)指的是，借助現(xiàn)代化技術(shù)修復(fù)數(shù)字圖像，并對(duì)信息缺失、信息內(nèi)容不清晰等問(wèn)題系列化處理。二十一世紀(jì)初期，數(shù)字圖像修復(fù)思想萌發(fā)，這為圖像數(shù)字化修復(fù)實(shí)踐給予指導(dǎo)，隨著技術(shù)不斷升級(jí)、創(chuàng)新，數(shù)字圖像修復(fù)效果全面優(yōu)化。

（二）數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)一，應(yīng)用的廣泛性。無(wú)論是中國(guó)市場(chǎng)，還是外國(guó)市場(chǎng)，數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)均占有較高的市場(chǎng)份額，當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字化技術(shù)用戶群會(huì)逐漸擴(kuò)大，這對(duì)數(shù)字技術(shù)大范圍推廣有促進(jìn)作用。第二，檢測(cè)自動(dòng)性。工作人員操控此項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)掃描實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，進(jìn)而確定待修復(fù)區(qū)域、定位修復(fù)目標(biāo)，為數(shù)字化修復(fù)模式啟動(dòng)做足準(zhǔn)備工作。正是因?yàn)閿?shù)字圖像修復(fù)技術(shù)實(shí)用性較強(qiáng)，且功能豐富，所以能夠用來(lái)保護(hù)文物，為文化遺產(chǎn)傳承提供可靠的技術(shù)支撐。

二、文物的特點(diǎn)

（一）珍貴性與稀缺性

文物是人類在社會(huì)活動(dòng)進(jìn)程中遺留下來(lái)的，具有藝術(shù)價(jià)值、歷史價(jià)值及科學(xué)價(jià)值的遺物，文物是人類寶貴的歷史文化遺產(chǎn)。文物具備一定的珍貴性和稀少性，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，文物是由人類創(chuàng)造的，或者是與人類活動(dòng)具有一定關(guān)聯(lián)；第二，文物是已經(jīng)過(guò)去的歷史的產(chǎn)物，不可能被重新創(chuàng)造。因此，文物所具備的不可再造性使其具有了獨(dú)特的珍貴性與稀缺性。

（二）繁雜性

文物的繁雜性特點(diǎn)源于各個(gè)方面：第一，文物是人類進(jìn)程中不同歷史階段的各種自然與社會(huì)實(shí)踐的產(chǎn)物，其所處時(shí)代不同，質(zhì)地也有相應(yīng)的差別；第二，即使文物的年代與質(zhì)地都相同，但是因?yàn)槲奈锪鱾鹘?jīng)歷和所處環(huán)境的不同，也會(huì)具有一定程度的差異；第三，不同文物的儲(chǔ)存條件與安放環(huán)境具有十分明顯的差異，所以文物遭受的損害具有一定的差別。文物的繁雜性特點(diǎn)導(dǎo)致文物保護(hù)與修復(fù)工作所面臨的問(wèn)題也十分繁雜，相應(yīng)的文物修復(fù)與保護(hù)技術(shù)也較為復(fù)雜。

三、文物保護(hù)中數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的必要性

（一）文物保護(hù)現(xiàn)狀

文物是文化遺產(chǎn)的重要組成部分，文物不僅具有收藏價(jià)值，而且在優(yōu)秀文化傳承、歷史文明見(jiàn)證中起到載體作用。隨著時(shí)間流逝，文物印記湮滅現(xiàn)象普遍化，這在一定程度上增加了文物保護(hù)難度，不利于文化的完整傳承，以及人類文明的延續(xù)，并且文化事業(yè)發(fā)展舉步維艱。文物領(lǐng)域存在較多影響因素，如理化反應(yīng)破壞文物整體狀態(tài)、人為操作不當(dāng)導(dǎo)致文物損毀等。即便文物修復(fù)操作逐步落實(shí)，但整體修復(fù)效果不盡如人意，以修復(fù)師手工修復(fù)為例，由于此項(xiàng)工作對(duì)技術(shù)精湛度提出較高要求，所以修復(fù)師應(yīng)在技能方面深入鉆進(jìn)，逐漸提升自身技術(shù)水平，并且修復(fù)師還要保持認(rèn)真態(tài)度，集精湛技術(shù)、鉆研精神、認(rèn)真態(tài)度、耐力于一體，將修復(fù)操作失誤率降到最低，否則，文物收藏價(jià)值無(wú)法保證。除此之外，修復(fù)師綜合素養(yǎng)、文化認(rèn)知水平高低不等，所以文物復(fù)原情況不能一概而論，從總體來(lái)看，人工修復(fù)文物法的誤差存在是既定事實(shí)。

（二）數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)應(yīng)用意義

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，社會(huì)信息化進(jìn)程相應(yīng)加快，以數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)為切入點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)在先進(jìn)技術(shù)輔助下，逐漸提高實(shí)用性和有效性。與傳統(tǒng)圖像處理方式相比，數(shù)字化圖像載體主要是計(jì)算機(jī)、軟硬件，然而傳統(tǒng)圖像呈現(xiàn)載體是紙張或膠片。從載體自身特征來(lái)看，紙張、膠片的存儲(chǔ)要求較高，一旦環(huán)境溫度、濕度不達(dá)標(biāo)，或者受外力影響，極易影響圖像信息完整性，難以優(yōu)化圖像修復(fù)效果。如今，數(shù)字化圖像普遍存在，同時(shí)，信息存儲(chǔ)方式相應(yīng)改變，這為數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)靈活應(yīng)用起到鋪墊作用。文物保護(hù)過(guò)程中，借助數(shù)字圖像文物虛擬修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目的，具體來(lái)說(shuō)，借助計(jì)算機(jī)工具，對(duì)待修復(fù)的文物客觀評(píng)估，工作人員根據(jù)評(píng)估結(jié)果獲知文物修復(fù)的可行性措施。通過(guò)應(yīng)用數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)，能夠縮短文物修復(fù)時(shí)間，還能預(yù)防修復(fù)期間存在的負(fù)面影響，真正加快文物復(fù)原進(jìn)程，將文物綜合價(jià)值最大化發(fā)揮。

四、文物保護(hù)中數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)應(yīng)用路徑

（一）相關(guān)注意事項(xiàng)

數(shù)字圖像修復(fù)期間，修復(fù)人員應(yīng)保持嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，確保文物保護(hù)活動(dòng)又好又快推進(jìn)。具體來(lái)說(shuō)，修復(fù)人員事前獲取文物信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資料搜集、實(shí)地走訪、專家訪談等方式確定文物質(zhì)地，并對(duì)文物進(jìn)行類別劃分。在這一過(guò)程中，數(shù)字圖像采集技術(shù)能夠提取價(jià)值信息，進(jìn)而得知文物損毀原因，為修復(fù)方案針對(duì)性制定提供依據(jù)。為高效、便捷完成數(shù)字圖像修復(fù)文物任務(wù)，務(wù)必在丟失、損壞部位專項(xiàng)分析數(shù)字圖像信息，為文物復(fù)原提供可靠的信息支持，從而縮短文物恢復(fù)進(jìn)程，將文化保護(hù)效用最大化。除此之外，靈活切換修復(fù)技術(shù)，在多種技術(shù)協(xié)調(diào)協(xié)配下，順利進(jìn)行文物復(fù)原。

（二）虛擬修復(fù)技術(shù)

文物修復(fù)師主要借助虛擬技術(shù)，以及輔助的計(jì)算機(jī)技術(shù)獲取圖像信息，并對(duì)缺損部位進(jìn)行信息填充，確保填充、處理的圖像能夠達(dá)到高度還原要求，同時(shí)，視覺(jué)效果良好。在此期間，修復(fù)人員通過(guò)聯(lián)用多種技術(shù)進(jìn)行圖像復(fù)原，這既考驗(yàn)技術(shù)人員的技能水平，又對(duì)心理、視覺(jué)等方面的協(xié)同配合能力提出較高標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)字圖像修復(fù)文物效果達(dá)到預(yù)期，最終為文物保護(hù)實(shí)踐奠定良好基礎(chǔ)。數(shù)字圖像虛擬修復(fù)技術(shù)屬于新興產(chǎn)物，為充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)客觀掌握文物修復(fù)需求，并綜合分析文物特點(diǎn)，由易到難、由簡(jiǎn)到繁地復(fù)原圖像。立足文物修復(fù)的實(shí)際需求，很多出土文物、存世文物普遍存在病害，即便病害類型不同，如裂縫、霉變、褪色等，這不僅會(huì)影響文物觀賞價(jià)值，還不利于文物研究工作的深入開(kāi)展。為縮短文物復(fù)原時(shí)間，使復(fù)原效果整體優(yōu)化，計(jì)算機(jī)虛擬修復(fù)技術(shù)具有實(shí)用性和必要性。計(jì)算機(jī)虛擬修復(fù)技術(shù)應(yīng)用原理總結(jié)為：客觀評(píng)估待修復(fù)文物、數(shù)字圖像，借助偏微分力程理論、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理建立預(yù)測(cè)模型，同時(shí)，估算未知區(qū)域，盡快制定文物修復(fù)方案，使文物修復(fù)工作在短時(shí)間內(nèi)優(yōu)質(zhì)完成。

（三）案例分析

西安碑林博物館中部分文物外觀損毀，無(wú)論是為了保護(hù)文物自身價(jià)值，還是捍衛(wèi)碑林博物館文化陣地，都要秉持復(fù)原如初原則。針對(duì)清雅石雕復(fù)原時(shí)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建PDE修復(fù)模型，并精準(zhǔn)計(jì)算裂痕數(shù)據(jù)，通過(guò)四周像素?cái)?shù)值填補(bǔ)缺失的像素?cái)?shù)值，逐步復(fù)原缺失的信息，最終從視覺(jué)層面精細(xì)化修復(fù)。又如，修復(fù)明代泥塑普賢菩薩圖像時(shí)，考慮到圖像色彩一致性、氣息渾然一體性，構(gòu)建樣本圖像修復(fù)模型，將圖像復(fù)原工作落實(shí)到細(xì)節(jié)，最終泥塑普賢菩薩圖像視覺(jué)效果能夠達(dá)到預(yù)期要求。隨著文物信息傳播活動(dòng)的持續(xù)推進(jìn)，數(shù)字化文物圖像修復(fù)技術(shù)向功能性、多樣化發(fā)展，這能為文物保護(hù)提供技術(shù)層面支持，取得文物保護(hù)的良好效果。文物實(shí)體修復(fù)期間，大力培養(yǎng)創(chuàng)新型技術(shù)人才，以便為文物保護(hù)工作儲(chǔ)備豐富的人才資源。放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，文物領(lǐng)域靈活運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，使文物研究工作深入推進(jìn)，為文物數(shù)字信息交流與傳播奠定良好基礎(chǔ)。

五、技術(shù)應(yīng)用前景展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日益迅猛的發(fā)展，在傳統(tǒng)實(shí)物復(fù)制的基礎(chǔ)上，逐漸引進(jìn)了三維掃描及計(jì)算機(jī)虛擬復(fù)制技術(shù)。三維掃描儀掃描物體時(shí)，首先把三維掃描儀和電腦相連，然后把三維掃描儀與物體的距離調(diào)整到合適的位置；采集物體不同角度的三維模型。三維掃描軟件把不同角度的三維模型進(jìn)行自動(dòng)拼接獲得完整三維模型，然后根據(jù)需求導(dǎo)出相應(yīng)的格式。在數(shù)碼攝影傳感器數(shù)據(jù)處理、可視化系統(tǒng)和虛擬模型輸出的各種可能性等方面都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。這些先進(jìn)的技術(shù)成就了一種新的復(fù)制方式——計(jì)算機(jī)虛擬復(fù)制，這個(gè)技術(shù)可以說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)修復(fù)、復(fù)制及考古學(xué)的一個(gè)新穎的補(bǔ)充。

非接觸式成像法技術(shù)原理，對(duì)物體表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行非接觸式三維測(cè)量和數(shù)據(jù)采集有各種不同的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的工作原理也各有特點(diǎn)。通?；谶\(yùn)用電磁輻射，比如支持圖像方法的可見(jiàn)光或者三維激光掃描儀的激光。現(xiàn)在已很少使用傳統(tǒng)的方法對(duì)物體進(jìn)行完整的數(shù)據(jù)采集，這個(gè)傳統(tǒng)的方法即是對(duì)立體模型進(jìn)行的3D攝影測(cè)量。隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，各種傳感器的出現(xiàn)，尤其是數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，使得這些方法在檔案資料收集方面得到了更多的應(yīng)用。使用的儀器大多來(lái)自于工業(yè)測(cè)量技術(shù)，原理都是基于三角測(cè)量方法。在圖像支持的系統(tǒng)中，通常是將圖案投影到物體表面，然后用測(cè)量相機(jī)拍攝，基于它的投影通過(guò)三角測(cè)量法就能夠把物體表面單獨(dú)的每個(gè)點(diǎn)確定下來(lái)。通過(guò)對(duì)三角測(cè)量法基礎(chǔ)的選擇，一連串的系統(tǒng)調(diào)整匹配分辨率和已拍攝到的物體表面。通俗來(lái)講，三角測(cè)量法其工作原理是由激光器發(fā)出的光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)形成一個(gè)很細(xì)的平行光線，最終一連串的系統(tǒng)調(diào)整匹配分辨率照射到已拍攝到的物體表面。帶有激光的系統(tǒng)同樣也是投影一個(gè)圖案（例如一條直線），然后以類似的方式計(jì)算物體表面的形狀。拍攝復(fù)雜的物體必須從各個(gè)角度位置進(jìn)行拍攝，然后必須把這些位置連接起來(lái)。因系統(tǒng)不同，這可以通過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)，傳感器位置的準(zhǔn)確采集或者半自動(dòng)及全自動(dòng)組合單個(gè)拍到的圖片來(lái)實(shí)現(xiàn)。拍攝較小的物體時(shí)，使用一個(gè)裝有電機(jī)的、用計(jì)算機(jī)控制的旋轉(zhuǎn)臺(tái)即可。這樣就可以從不同的方向拍攝一系列照片，然后將他們自動(dòng)連接起來(lái)。有幾個(gè)系統(tǒng)還可以在掃描的同時(shí)直接記錄下顏色信息，這樣就會(huì)形成一個(gè)彩色虛擬3D模型。用數(shù)字3D數(shù)據(jù)記錄建成真實(shí)的模型可以從方法上加以區(qū)分，將一個(gè)現(xiàn)有的材料塊削割成相應(yīng)的物體模型，或者用那些沒(méi)有固定形狀的材料（如粉末或環(huán)氧樹(shù)脂）一層一層堆積建成模型的“快速成型技術(shù)”。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文化遺產(chǎn)保護(hù)的過(guò)程中，應(yīng)有效運(yùn)用數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)。為優(yōu)化數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用效果，既要注意技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)事項(xiàng)，又要靈活運(yùn)用虛擬修復(fù)技術(shù)、有效算法，通過(guò)案例分析的方式大范圍推廣數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)。由于歷史文物保護(hù)要求逐漸提高，所以要與時(shí)俱進(jìn)創(chuàng)新數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)，盡可能豐富數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，使文物保護(hù)水平提升到新高度。