虛擬現(xiàn)實技術在博物館文物保護中的應用

□高建朝

當代社會，在科學技術的推動下，各行各業(yè)都在升級轉型，博物館也和虛擬現(xiàn)實技術相結合，建立了數(shù)字化博物館， 為文物保護及文化弘揚提供有利條件。 文物保護并非只是將文物保存在博物館內，還應對文物后續(xù)發(fā)展負責，使其在社會中受到更多關注。虛擬現(xiàn)實技術擁有極強交互性、沉浸性特征，在當代博物館文物修復、文化內涵保護、信息化管理等方面有著廣泛應用， 為文物保護及其長遠發(fā)展提供硬件支撐。

一、博物館文物保護現(xiàn)狀及虛擬現(xiàn)實技術影響

（一）文物保護現(xiàn)狀

當前， 我國對文物保護的重視有了大幅度提升，不僅國家出臺了相關的法律法規(guī)，民眾的文物保護意識也在逐漸強化。 在這種大環(huán)境下，博物館作為征集、典藏、陳列和研究文物的公共機構，文物保護工作近幾年雖然得到一定的提升，但同時也存在一些現(xiàn)實問題。 其一，文物保護工作環(huán)境并沒有得到真正的改善，各種自然、人為等因素仍讓文物面臨嚴峻的局面。 其中， 自然因素主要有溫度、濕度、光線、污染物、微生物、昆蟲、嚙齒動物、水以及機械磨損等，人為因素包含管理部門采用的技術管理措施、參觀者的行為等。 其二，隨著歲月的流逝，所有的文物都有所損傷，只是程度有所不同。 對受損文物的傳統(tǒng)保護方式以清理文物上的附著物、修復、臨摹（復制）為主，由于這些工作的開展主要依靠保護人員的技術與判斷， 存在一定的主觀想象性，因此，對保護人員的技術有一定的要求，而目前大部分保護人員的技術達不到這一程度。

（二）虛擬現(xiàn)實技術影響

對于博物館文物保護而言， 傳統(tǒng)保護方式早已不符合要求，因此，應用虛擬現(xiàn)實技術既是時代進步的體現(xiàn)，也是文物保護質量提升的關鍵。在文物保護中應用虛擬現(xiàn)實技術， 主要具備以下積極作用和影響。

1.可以顯著提高保護成效。 傳統(tǒng)文物保護主要依靠保護人員的技術與判斷， 無法事先模擬文物修復過程與成果。 虛擬現(xiàn)實技術能對文物修復之后的樣貌進行預測和展現(xiàn)， 利用專業(yè)技術手段增強文物保護的可行性， 也可對文物修復后的壽命進行計算，將文物儲存在更加安全的環(huán)境下，使文物保護力度得到大幅度提升。 與虛擬現(xiàn)實技術相比，傳統(tǒng)方法難度更大，所需時間更長。 虛擬現(xiàn)實技術既可為后續(xù)博物館展示工作奠定基礎，又能推動文物可持續(xù)發(fā)展[1]。

2.豐富了文物展示方式。 博物館傳統(tǒng)的文物展示方式，都是將文物放置玻璃罩內，使文物與參觀者之間保持適當距離。 這種方式不僅無法拉近參觀者與文物間的關系，而且，除了中心區(qū)域的文物以外，大部分的文物只能展示文物一側的形態(tài)，不利于文物觀賞。 利用虛擬現(xiàn)實技術構建虛擬世界，可以將文物的展示方式從平面展示轉變?yōu)榱Ⅲw展示。 參觀者通過翻轉文物，可多角度了解文物的形態(tài)，從中獲得真切體驗感。 特別是對于一些不可移動文物而言，這種展示方式能夠切實地讓參觀者更全面、細致地了解文物本體及其與保存環(huán)境的相互關系。 虛擬現(xiàn)實技術還延長了博物館文物參觀時間界限，人們可以在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下隨時參觀。 以往人們只有前往博物館才能參觀文物， 而虛擬現(xiàn)實技術打造的線上觀覽方式，使人們在網(wǎng)絡上就能進行參觀，滿足不同年齡、職業(yè)用戶需求，為文物事業(yè)的長遠發(fā)展提供了條件。

二、虛擬現(xiàn)實技術在博物館文物保護中的關鍵技術

1.數(shù)據(jù)采集技術。 在對文物進行保護時必須對文物相關數(shù)據(jù)予以采集， 為后續(xù)工作提供重要依據(jù)。 為了使文物得到有力保護，會應用到數(shù)據(jù)采集技術，比較常用的設備主要有3D 掃描設備、激光雷達、全站儀等。 在對大型不可移動文物進行數(shù)據(jù)采集時，大多使用全站儀提高數(shù)據(jù)精準性，對一些外表形態(tài)較為復雜的文物則可采用3D 掃描技術，確保獲取的數(shù)據(jù)具有真實性。 博物館文物的修復，是文物保護的重要環(huán)節(jié)，要想高質量修復文物，必須建立在數(shù)據(jù)采集的基礎上。 采集到的數(shù)據(jù)是否準確，直接關系到文物保護的成效。 而傳統(tǒng)文物數(shù)據(jù)采集方法手段較為單一， 在與虛擬現(xiàn)實技術結合后，更能為數(shù)據(jù)采集工作提供硬件保障。

2.三維建模與圖形生成技術。 三維建模需建立在數(shù)據(jù)采集前提下， 將事先采集到的真實文物數(shù)據(jù)導入三維建模，這是博物館文物保護的重點，是構建虛擬環(huán)境不可缺少的重要步驟[2]。 目前，比較常見的三維建模技術主要有幾何建模、 物理建模、靜態(tài)建模、運動建模等。 幾何建模，是技術基礎，是決定虛擬圖像質量的必要前提，通過幾何建模能對文物性質加以明確。 在博物館文物保護中應用該技術，主要包括文物輪廓、形狀、色彩還原等內容。 物理建模，需考慮文物物理屬性，涉及文物質量、體積、重量、紋路、硬度等。靜態(tài)建模，可使用分形法， 動態(tài)建模則可使用粒子系統(tǒng)。 運動建模，包括博物館文物位置移動、縮放、表面變形等內容， 是體驗者在虛擬參觀時自由移動視角的關鍵。若想將文物虛擬場景向體驗者展示，需得到三維圖形生成技術支撐， 該技術能實時生成與文物相對應的虛擬圖形。 現(xiàn)如今，該技術已相對成熟，技術應用重點在于怎樣達到實時生成目的，通常，每秒鐘的圖形生成量不能低于30 幀。隨著科學技術研發(fā)愈加成熟， 需在確保三維圖形質量的前提下將實時生成率予以提升。

3.集成技術。 在應用虛擬現(xiàn)實技術展開文物保護時，會涉及大量模型與數(shù)據(jù)，該過程必須發(fā)揮集成技術作用才能提高技術保護質量。 比較常用的集成技術，有模型標定、信息數(shù)據(jù)轉換、信息同步、識別等，可將眾多功能加以整合，使其成為一體化體系。在文物保護中加以應用，可以使構建的虛擬博物館滿足不同文物保護之需， 也能為體驗者提供個性化參觀服務。

三、 虛擬現(xiàn)實技術在博物館文物保護中的具體應用

1.在文物修復中的應用。 作為文物保護的重要步驟，文物修復一直深受博物館重視。文物數(shù)量及類型較多，不同文物損壞程度存在差異，這意味著文物修復需具備針對性。 特別是在文物數(shù)量不斷增多的情況下， 如果還是一味采用人為修復很難在短時間內高效修復大量文物。 為解決這一問題，博物館引入了虛擬現(xiàn)實技術。虛擬現(xiàn)實技術應用極大程度上革新了文物修復方法， 使原本的人工修復轉變?yōu)閿?shù)字化修復， 在采集文物數(shù)據(jù)后編寫修復程序，使文物碎片展開自動拼接，既提高了文物修復效率，也提升了修復質量。 比如，針對脫色或破碎的文物，若采用人為修復方法，即使修復后也很難長期展示。 利用虛擬現(xiàn)實技術將文物原貌加以展現(xiàn)，結合文物特征制訂修復方案，工作人員確認修復方案可行性后系統(tǒng)實施進一步操作[3]。此外， 虛擬現(xiàn)實技術可以對文物修復過程展開實時監(jiān)控，確保修復環(huán)節(jié)不出現(xiàn)差異，滿足文物保護實際需求，提高文物修復后的持久性。文物承載著中華民族優(yōu)秀文化與文明， 是傳承與弘揚優(yōu)秀歷史文化的重要載體。文物一般都有較長的歷史，且有的文物出土數(shù)量極少，對這類文物來說，如果修復環(huán)節(jié)未達規(guī)范要求，可能會導致文物消失。利用虛擬現(xiàn)實技術，大大提高了修復保障力度，可結合文物性質、屬性生成多種修復方案，從中選擇最優(yōu)方案實施修復，盡可能避免修復環(huán)節(jié)產生問題。

2.在文化內涵保護中的應用。 文物蘊含的豐富文化歷史，可以通過虛擬現(xiàn)實技術加以傳達。傳統(tǒng)文物展示，很難將文物文化內涵傳達給參觀者，而人們在虛擬環(huán)境中密切接觸文物時， 可以進一步獲得體驗感知， 體驗者仿佛在文物的帶領下了解中國古代及近現(xiàn)代歷史文明。 博物館文物的存在意義，不僅在于完整保存文物，更重要的是讓文物蘊含的文化內涵能夠順利傳遞至外部。 由于文物與當代人生活距離較遠，當代人對文物特征、屬性及所在年代不了解， 自然無法深入文物內部了解其文化內涵。 虛擬現(xiàn)實技術營造沉浸式虛擬環(huán)境，使參觀者情緒和思維能快速進入虛擬世界中，在全方位認識文物的同時，了解文物的文化內涵，并意識到文物保護的重要性， 積極加入到文物文化內涵保護的行列之中。 例如， 故宮修復時使用3D 掃描技術，收集故宮原貌、結構及內部文物細節(jié)信息，最終形成與原物一模一樣的場景，故宮中散發(fā)的文化底蘊十分豐富， 參觀者仿佛真實置身于故宮之中。 同時，對故宮發(fā)展歷程進行演示，令當代人對故宮產生全新認知， 并激發(fā)其文物實體及文化內涵保護意識。 這是從根本上加強文物保護的有力手段。

3.在信息化管理中的應用。 虛擬現(xiàn)實技術為博物館文物信息化管理提供重要保障。 文物保護離不開管理手段，管理質量則取決于管理方法?，F(xiàn)階段，傳統(tǒng)人工管理方式應得到全面革新，引入虛擬現(xiàn)實技術構建信息化管理模式是實現(xiàn)文物有力保護的必經之路。 在博物館實現(xiàn)信息化管理，能對所有文物信息加以采集、儲存，信息數(shù)據(jù)庫不受大小、時間及空間制約，能充分滿足博物館文物信息采集的長遠要求。 所有信息進入系統(tǒng)后，可實現(xiàn)統(tǒng)一、協(xié)調管理，解決傳統(tǒng)管理中的數(shù)據(jù)矛盾。 例如，在敦煌莫高窟文物保護過程中，便利用虛擬現(xiàn)實技術采集文物數(shù)據(jù)，在虛擬現(xiàn)實技術基礎上生成與建筑、彩塑等文物一致的三維圖像，并將相關資料全部傳輸至電子檔案庫，后續(xù)展開實時更新、維護[4]。

四、 虛擬現(xiàn)實技術在博物館文物保護中的發(fā)展建議

如今， 虛擬現(xiàn)實技術已經和文物保護密切結合，在文物保護中產生了積極影響。但以目前現(xiàn)狀來看，技術應用與發(fā)展仍然受到制約，現(xiàn)實工作存在些許不足。 未來，博物館文物數(shù)量會不斷增加，對文物保護提出的要求也會更加嚴格。 在此情況下，虛擬現(xiàn)實技術必須在原基礎上加強功能開發(fā)，才能順應文博工作。這是一種促進雙贏的方法。站在虛擬技術角度來看，技術創(chuàng)新可以優(yōu)化技術，使其滿足更多領域應用要求，拓寬技術應用范疇，增強技術的時代順應能力。 站在博物館文物保護角度來看， 可以利用虛擬現(xiàn)實技術在更大力度上提高保護成效。當前，還有一些博物館未與虛擬現(xiàn)實技術聯(lián)手打造虛擬平臺， 使得大量文物還未得到展示與修復。針對這一情況，應在技術領域加大研發(fā)的力度。文博行業(yè)需加強自身與技術間的關聯(lián)，實現(xiàn)所有文物均能在線參觀。另外，站在現(xiàn)實角度來看，我國目前仍然有一些文物遺失在國外。鑒于此，構建國際共享虛擬體制、建立國際文物共享虛擬平臺，迫在眉睫。 要豐富現(xiàn)有博物館文物體系，進一步明確文物屬性， 使國人能全面認知中國文化遺產。

五、結語

綜上所述，我國文物數(shù)量雖然在不斷增多，但遭到損壞的文物也不計其數(shù)， 為提高文物保護質量，應將文物保護與虛擬現(xiàn)實技術深度融合。虛擬現(xiàn)實技術與文物保護工作相結合，具備諸多優(yōu)勢，不僅顯著提高了博物館文物保護成效， 還豐富了文物展示方式。 要注重利用數(shù)據(jù)采集、三維建模、三維圖形生成及集成等多種技術， 讓虛擬現(xiàn)實技術在博物館文物修復、文化內涵保護、信息化管理中發(fā)揮積極作用。 站在文物保護實現(xiàn)需要與可持續(xù)發(fā)展視角來看， 現(xiàn)在使用的虛擬現(xiàn)實技術僅能滿足當下文物的保護要求，在將來發(fā)展中，需加大技術研發(fā)創(chuàng)新力度， 并構建國際文物共享虛擬體制。