青銅器保護(hù)與展示中的信息技術(shù)應(yīng)用

宋艷陽(yáng)（焦作市博物館，河南 焦作 454150）

青銅器是中國(guó)的偉大發(fā)明，也是金屬與火的反應(yīng)物。夏商周時(shí)期，是中國(guó)青銅器發(fā)展的高峰期。夏商周時(shí)期的焦作是西北地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)與文化的交流中心，當(dāng)?shù)氐那嚆~器生產(chǎn)工藝較為成熟。現(xiàn)代信息技術(shù)是青銅器保護(hù)與展示的主要應(yīng)用技術(shù)，可以提高青銅器保護(hù)與展示效果，降低人工壓力。因此，探究信息技術(shù)在青銅器保護(hù)與展示中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

一、青銅器保護(hù)與展示中信息技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

（一）緩解保護(hù)與展示矛盾

青銅器的真實(shí)性與不可再生性，致使青銅器保護(hù)與展示的矛盾始終存在。利用信息技術(shù)，可以在觀眾不直接接觸青銅器的情況下，促使其全方位了解青銅器，確保青銅器在展館內(nèi)獲得更好的保護(hù)[1]。

（二）增強(qiáng)觀眾互動(dòng)

信息技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為載體的技術(shù)，可以以遠(yuǎn)程錄像的方式獲取青銅器信息，將青銅器資源以更加生動(dòng)、形象、立體的形式集中展示，改善青銅器展示形式，豐富青銅器展示內(nèi)容，增強(qiáng)青銅器與觀眾互動(dòng)，改善青銅器展示效果。

（三）發(fā)揚(yáng)文化遺產(chǎn)

青銅器文化遺傳的保護(hù)已獲得政府的大力支持，將信息技術(shù)應(yīng)用于青銅器保護(hù)與展示，可以展示青銅器文化遺傳的歷史文化魅力，吸引更多的人參與青銅文化研究，擴(kuò)展青銅器文化遺傳保護(hù)范圍，為青銅器文化遺傳的繼承與發(fā)揚(yáng)提供支持。

二、青銅器保護(hù)中信息技術(shù)的應(yīng)用

以往夏商周青銅器保護(hù)技術(shù)手段為攝影攝像，夏商周青銅器保護(hù)難度不斷增加，傳統(tǒng)技術(shù)手段已無(wú)法滿足當(dāng)前青銅器保護(hù)的工作要求，基于計(jì)算機(jī)多媒體的信息可視化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。信息可視化技術(shù)主要是針對(duì)夏商周青銅器多維性，在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立相應(yīng)數(shù)據(jù)模型，為夏商周青銅器藝術(shù)研究、考古研究、保存修復(fù)、開發(fā)利用提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持。常見(jiàn)的夏商周青銅器保護(hù)用信息可視化技術(shù)為逆向工程技術(shù)、圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)、紋理映射技術(shù)、三維建模技術(shù)等。

（一）逆向工程技術(shù)

逆向工程技術(shù)主要是采用三維數(shù)據(jù)獲取思路采集全部逆向物體表面點(diǎn)，獲得三維坐標(biāo)值與點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，結(jié)合數(shù)據(jù)特征推導(dǎo)物體各部分幾何特征。逆向工程技術(shù)常用于夏商周青銅器造型特征的數(shù)字化信息采集，可以通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、處理與數(shù)字化模型重建幾個(gè)環(huán)節(jié)，獲得足夠的青銅器造型信息。其中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集主要借助機(jī)械手臂測(cè)量、三坐標(biāo)測(cè)量等接觸式方法或者電磁測(cè)量、光學(xué)測(cè)量（三角形測(cè)量、激光測(cè)距、干涉法等）、聲學(xué)測(cè)量等非接觸式方法；在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，可以根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)散亂存在、密度大的特征，預(yù)先消除噪聲點(diǎn)，并進(jìn)行點(diǎn)云的過(guò)濾、分割處理，處理后提取特征線；數(shù)字化模型重建主要是借助Geomagic軟件或ImageWare軟件，構(gòu)建關(guān)于青銅器的數(shù)字化模型。

（二）圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)

圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)是一種以青銅器二維圖形圖像為依據(jù)的檢測(cè)方法，是在確定青銅器圖像內(nèi)邊緣特征線的基礎(chǔ)上，進(jìn)行青銅器造型特征的提取。一般夏商周青銅器的邊緣在圖像內(nèi)表現(xiàn)為灰度發(fā)生變化的區(qū)域邊界，涵蓋了階躍狀、屋頂狀兩種類型，階躍狀邊緣兩邊部分灰度轉(zhuǎn)變較為顯著，屋頂狀邊緣位于圖像灰度值增加、減少交界位置。為了確保青銅器保護(hù)修復(fù)工作順利開展，需要綜合利用濾波器與邊緣檢測(cè)器進(jìn)行圖像濾波，并借助加強(qiáng)算法進(jìn)行濾波后圖像處理，達(dá)到增強(qiáng)顯示邊緣的目的。最終借助梯度幅值閾值盤踞檢測(cè)圖像邊緣點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)的圖像子像素分辨率確定青銅器邊緣位置。

（三）紋理映射檢索技術(shù)

紋理映射檢索技術(shù)是夏商周青銅器保護(hù)中紋理特征提取主要用技術(shù)，可以輔助獲取青銅器模型表面顏色信息，并表現(xiàn)為網(wǎng)格模型上各頂點(diǎn)、青銅器圖像的像素之間對(duì)應(yīng)關(guān)系。在將紋理映射技術(shù)應(yīng)用于青銅器保護(hù)時(shí)，可以借助三維掃描儀獲得青銅器三維數(shù)字化模型，對(duì)模型進(jìn)行壓縮處理，獲得更加精準(zhǔn)的模型。進(jìn)而借助3DMax計(jì)算機(jī)軟件，將青銅器圖像中的點(diǎn)貼到獲得的三維數(shù)字化模型內(nèi)[2]?；蛘呓柚す馊菧y(cè)量設(shè)備，經(jīng)同一鏡頭收集夏商周青銅器幾何信息、顏色信息，將青銅器材質(zhì)直接映射到對(duì)應(yīng)幾何體上。在完成紋理映射后，可以灰度像素變化為依據(jù)，進(jìn)行圖像紋理特征搜索，確定青銅器圖像內(nèi)局部不規(guī)則特性并進(jìn)行量化處理，獲得更加精準(zhǔn)的青銅器紋理特征數(shù)據(jù)。

（四）三維建模技術(shù)

三維建模技術(shù)是基于二維圖像的模型構(gòu)建技術(shù)，包括基于側(cè)影輪廓線重建幾何模型、基于立體視覺(jué)重建幾何模型、基于區(qū)域匹配重建幾何圖像多種。一般三維建模技術(shù)在青銅器造型信息數(shù)據(jù)采集中應(yīng)用時(shí)，需要在測(cè)量青銅器的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)碼相機(jī)參數(shù)與旋轉(zhuǎn)軸標(biāo)定，利用標(biāo)定后的數(shù)碼相機(jī)采集圖像數(shù)據(jù)，采集完畢后進(jìn)行圖像分割、圖像邊緣輪廓線提取與生成操作，根據(jù)操作數(shù)據(jù)重構(gòu)三維系統(tǒng)[3]。根據(jù)前期獲取的圖像像素點(diǎn)，修改重新構(gòu)建的三維系統(tǒng)，形成精確度較高的三維數(shù)字模型（過(guò)程見(jiàn)圖1），為青銅器修復(fù)提供參考。

三、青銅器展示中信息技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)青銅器展示技術(shù)為展柜展示，受展館空間大小的限制，無(wú)法將全部青銅器展示給觀眾。利用三維展示技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息化環(huán)境監(jiān)控技術(shù)等信息技術(shù)，可以通過(guò)拍照的方式取材，將青銅器全方位、立體呈現(xiàn)在觀眾面前，改善青銅器展示現(xiàn)狀，為青銅器文物宣教活動(dòng)開展提供支持。

（一）三維展示技術(shù)

三維展示是對(duì)青銅器實(shí)體進(jìn)行三維模型構(gòu)建的技術(shù)，是在數(shù)字化空間內(nèi)對(duì)青銅器的結(jié)構(gòu)、形狀、材料特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化描述，最終生成三維立體模型[4]。根據(jù)青銅器實(shí)體情況，我們可以選擇基于三維掃描軟件的人工建模，也可以選擇基于多幅二維圖片的三維建模。其中基于三維掃描軟件的人工建模主要是利用AutoCAD、3DMax等軟件進(jìn)行對(duì)稱、平移、鏡像、拉伸等幾何操作，清晰明了地體現(xiàn)青銅器特點(diǎn)?；诙喾S圖片的三維建模則需要利用兩幅及以上青銅器圖片，從多個(gè)視角提取場(chǎng)景幾何信息（圖片內(nèi)各點(diǎn)空間信息），根據(jù)提取信息快速構(gòu)建三維模型[5]?；诙喾S圖片的三維建模是一種偽三維手段，最終生成的三維青銅器圖像無(wú)法與真實(shí)器物等同，需要在環(huán)物攝影取材的基礎(chǔ)上，在一個(gè)中軸線上布置虛擬相機(jī)、虛擬物體，進(jìn)而經(jīng)三維模型編輯軟件模擬青銅器底部狀態(tài)，獲得青銅器全部角度的照片影像（圖2）。

如圖2所示，利用三維展覽技術(shù)，可以展示戰(zhàn)國(guó)錯(cuò)金鑲嵌綠松石銅帶鉤立體形態(tài)，促使觀者對(duì)戰(zhàn)國(guó)錯(cuò)金鑲嵌綠松石銅帶鉤的構(gòu)造具有全面了解。

（二）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)又可稱為擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具有虛實(shí)結(jié)合、即時(shí)互動(dòng)、三維空間的特點(diǎn)。在夏商周青銅器展示過(guò)程中，應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以突破參觀時(shí)間限制，增加觀眾對(duì)于青銅器的認(rèn)識(shí)，為青銅器保護(hù)受眾參與積極性提升提供依據(jù)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，需要以青銅器增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)識(shí)別卡片為核心，以青銅器紋樣為原型，選取并提煉饕餮紋、云雷紋、鳳鳥紋、虎紋、雙龍紋等幾種紋樣[6]。在紋樣提取之后，利用Adobe Illustrator軟件描繪青銅器體表紋樣并保存為PNG格式。一般根據(jù)青銅器被挖掘時(shí)間順序差異以及體表氧化程度差異，需要進(jìn)行材質(zhì)做舊處理。進(jìn)而將描繪圖導(dǎo)入3DMax軟件內(nèi)，描摹青銅器體表曲線并進(jìn)行擠壓處理，同時(shí)標(biāo)記全部使用的貼圖路徑，確保展示效果。最后利用Unity軟件，將曲線描繪后青銅器圖像拖拽到新建場(chǎng)景內(nèi)，調(diào)整模型參數(shù)大小、方向后導(dǎo)出（圖3）。

如圖3所示的“永壽三年”四獸紋銅鏡，借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示了內(nèi)區(qū)四獸與四方枚相間環(huán)列的結(jié)構(gòu)以及外飾一周斜線紋，可以促使觀者對(duì)特定時(shí)期我國(guó)青銅純熟制造工藝產(chǎn)生深刻感知。

（三）信息化環(huán)境監(jiān)控技術(shù)

信息化環(huán)境監(jiān)控技術(shù)主要用于青銅器展示環(huán)境溫濕度、光照、空氣質(zhì)量管理環(huán)節(jié)，可以確保青銅器展示所在環(huán)境對(duì)青銅器干擾最小。在將信息化環(huán)境監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于青銅器展示環(huán)節(jié)時(shí)，可以在安裝環(huán)境溫濕度監(jiān)控設(shè)備、空氣質(zhì)量感知設(shè)備的基礎(chǔ)上，將監(jiān)控設(shè)備與一臺(tái)主控制處理器相連，并將處理器另外一端與空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)青銅器展示環(huán)境質(zhì)量的一體化調(diào)控。一般需要將青銅器展示環(huán)境溫度控制在18 ℃以上、20 ℃以內(nèi)，并將環(huán)境絕對(duì)濕度控制在35%左右，同時(shí)控制環(huán)境中氯元素處于較低水平。在這個(gè)基礎(chǔ)上，設(shè)置應(yīng)急管理模式，確保高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下主控制系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警且備用系統(tǒng)自發(fā)啟動(dòng)，避免環(huán)境因素對(duì)青銅器展示效果的影響。

四、總結(jié)

綜上所述，青銅器是歷史文化的載體，也是珍貴的學(xué)術(shù)研究資料。信息技術(shù)為青銅器的保護(hù)與展示工作開展提供了充足的支持。在青銅器保護(hù)中，可以應(yīng)用逆向工程技術(shù)、圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)、紋理映射檢索技術(shù)、三維建模技術(shù)等信息可視化技術(shù)；而在青銅器展示時(shí)，可以應(yīng)用三維技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與信息化環(huán)境監(jiān)控技術(shù)，充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，消除青銅器保護(hù)與展示的矛盾，為青銅器保護(hù)與展示工作的高效率開展提供依據(jù)。