三維成像技術在博物館展覽中的應用

楊丹藝

［摘? ? ? ? ? ?要］? 隨著社會經濟的不斷發(fā)展，旅游參觀博物館的方式逐漸增加，虛擬博物館這一理論豐富了人們對博物館的認知，面對日益增長的市場要求，虛擬數字技術應做出更多的努力解決問題并取得長久發(fā)展。由于現存大多遺址已不同程度地遭受破壞，觀眾已經無法完整看到遺址原狀。三維成像技術在博物館展覽的應用減少了時空、地理因素的限制，極大程度滿足觀眾需求，促進文化旅游業(yè)發(fā)展。

［關? ? 鍵? ?詞］? 三維成像技術；遺址博物館；博物館展覽

［中圖分類號］? G265? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文章編號］? 2096-0603（2023）15-0177-04

黨的十九大報告提出，“推動中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化創(chuàng)造性轉化、創(chuàng)新性發(fā)展”，習近平總書記也在多個場合多次提出“讓文物活起來”。隨著社會經濟的不斷發(fā)展，觀眾參觀博物館的興趣逐漸增強，反觀國內外多項成功建設新型博物館案例，要充分發(fā)揮文物綜合價值，運用數字高新技術。三維成像技術在博物館展覽的應用減少了時空、地理因素的限制，極大程度滿足觀眾需求，促進文化旅游業(yè)發(fā)展。

傳統(tǒng)博物館的研究大多是“以物為本”，缺乏人與物交互、人與歷史交互的“以人為本”的研究，尤其是對北庭西寺這類資源豐富卻尚未得到充分開發(fā)的遺址博物館缺乏創(chuàng)新性建設。本文以北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館為例，介紹三維成像技術的概念，調查國內外三維成像技術在博物館中應用的成功案例，宏觀將其應用到北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館中，闡述其技術和優(yōu)缺點，提出相應的建議。希望為遺址博物館甚至各類型博物館在三維創(chuàng)新建設方面提供思路，為遺址博物館提高社會影響力、滿足人們精神文化需求提供一定的幫助。

一、三維成像技術的種類及原理

在我們的一般理解中，所謂的三維成像是一個客觀的三維世界。通過一些技術記錄客觀世界的三維圖像，然后進行處理、壓縮、傳輸和顯示，最后在人腦中再現。這個過程就是三維成像技術的整個過程，三維成像技術與三維建模技術有所不同，三維成像技術通過各種技術手段從生成的目標物體中收集不同的信息，并使用軟件等技術手段在數字環(huán)境中恢復物理物體。三維建模技術是一個從無到有的過程，根據設計的要求和目的，建立數字三維模型，實現設計項目的三維數字化建設。全息投影、裸眼3D、虛擬現實技術、3D激光投影等是三維成像技術的顯示形式。由于它們的成像原理不同，成像設備和觀看效果也不同，這導致它們的應用方向不同。

1.全息投影利用光的干涉和衍射原理來記錄和再現物體的三維圖像。與裸眼3D技術相比，全息投影并沒有在二維屏幕上實現立體感，而是直接將三維圖像投影到真實空間中，觀眾可以從360°的任何角度獲得圖像各個側面的信息。

2.裸眼3D技術使用視差原理，即人們的左眼和右眼分別接收信息?？梢哉f是一種虛擬三維技術，它使人們的眼睛能夠通過各種方法感知三維圖像。與全息投影技術不同，其圖像顯示形式本質上是二維的，對觀眾的視角和距離有一定的要求。

3.虛擬現實技術的本質是計算機仿真技術。與前兩種技術不同，虛擬現實技術不是通過投影設備向觀眾呈現三維圖片，而是通過VR頭盔在局部空間創(chuàng)建不同的圖片深度感知，從而在觀眾的大腦視覺系統(tǒng)中形成虛擬三維視野。它最大的特點是用戶可以參與到虛擬環(huán)境中，并具有良好的互動性。

4.3D激光投影采用激光投影儀作為顯示和集成圖像的設備，包括投影系統(tǒng)、回放系統(tǒng)和拼接工程。通過融合技術，它顯示了更明亮、超大和高分辨率且沒有裂縫的圖像，同時與建筑結構相適應。根據建筑結構，對視頻源進行創(chuàng)意設計，使建筑更加獨特，仿佛充滿活力。最后，輔以回放系統(tǒng)，達到完美的聲、光、影效果。

二、三維成像技術在國內外博物館中的應用實例

博物館是收集、展示和研究代表自然和人類文化遺產的場所，有實物、分類和管理收藏項目，并為公眾提供知識、教育和欣賞的文化教育機構、建筑物、場所或社會公共機構。隨著人們日益增長的精神文化需求，博物館的傳遞信息、傳播知識、弘揚歷史以及服務社會的功能不斷豐富，觀眾不再滿足于靜態(tài)、定點的參觀模式，而三維成像技術的出現為觀眾制造了更直觀豐富的參觀體驗。

現代科學技術發(fā)展推動博物館事業(yè)不斷轉型升級。歐美一些著名博物館和文化機構，如大英博物館（British museum）、巴黎盧浮宮博物館（Louvre Museum，Paris）等早在20世紀90年代就實施了數字化建設計劃。大英博物館于20世紀90年代開始投資文物數字化項目，90年代末，大英博物館用兩年時間掃描了5000多件文物，形成10000多張照片，并建立了一個全新的電子數據庫，該項目主要關注添加數字內容，口袋里的大英博物館通過出版、廣播、數字媒體，采用“眾包”的方式讓大眾參與數字化工作，與數字企業(yè)達成合作，實現個性化知識傳播。近年來，巴黎盧浮宮博物館將其館藏超過48萬件藏品全部數字化，占據了盧浮宮全部藏品的四分之三。打開盧浮宮的官網，就可看到它的數字化藏品，每一個采集點不僅可以看到完整的高清圖像，還提供多幅細節(jié)高清圖，藏品信息也非常完整。

在我國，習近平總書記在多個場合多次提出“讓文物活起來”，把3D在博物館展覽以及文物保護利用開發(fā)的應用推向高潮。2017年，故宮啟動了“故宮VR體驗館”項目，采用3D掃描、VR、全景等技術。2019年，中國博物館之鄉(xiāng)安仁古鎮(zhèn)利用3D數字博物館技術打造了《唐代下午茶——中國古代茶具數字藝術展》。通過3D掃描建模、全息成像、AR/VR、虛擬交互等技術，將3D光藝術結合起來，為觀眾開啟了一場視聽盛宴。此外，國內外知名文化博物館機構，如中國國家博物館、洛陽博物館、海南省博物館、張家界博物館、尼泊爾3D雕像博物館、倫敦國家美術館等，目前正利用3D技術將展廳打造成2D和3D碰撞的文化知識傳播勝地。

三維成像技術給博物館帶來的不僅是參觀體驗效果的升級，在對文物收藏和展示方面也起到舉足輕重的作用。截至2018年，我國館藏文物數量約為4330萬件（套），而不可移動文物也高達76萬處，數量巨大，但總體展出率偏低，三維成像技術能彌補時空、文物殘損的缺陷。如2021年，在深圳·海上世界文化藝術中心開放的故宮騰訊沉浸式數字體驗展沒有一件實體文物，通過提取故宮古建、陶瓷、家具、織繡上形式多樣且有意義的紋飾，用數字技術提供文博領域一種新的應用場景，其中就有一件故宮最大的裸眼3D文物，高達5.3米，觀眾可360°欣賞這件觸手不及的虛擬文物。洛陽應天門遺址博物館在遺址保護的基礎上增加了許多數字化技術手段，通過采用25臺超清投影，將遺址現場和多媒體視頻相結合，栩栩如生地還原了古城遺址環(huán)境畫面，再現當年應天門的建設場景。

三、北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館應用三維成像技術的必要性

（一）北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館發(fā)展現狀

北庭高昌回鶻佛寺遺址是新疆天山北麓現存的佛教遺址，它位于新疆吉木薩爾縣北庭古城以西約1千米處。場地平面呈矩形，南北長約70米，東西寬44米。它都是用大塊土坯在夯土地基上建造的，分為南、北兩部分。20世紀70年代和80年代，北庭高昌回鶻佛寺遺址被發(fā)現后，中國社會科學院考古研究所的專家組織了一次發(fā)掘，出土了一批珍貴的文物。由于當時文物保護措施不完善，專家停止了考古發(fā)掘，采取了回填保護措施。1988年，經國務院批準，公布為全國重點文物保護單位。2008年底，北庭高昌回鶻佛寺遺址被罩上了一幢六層樓高的保護大棚，這使得它免受風吹雨淋和地下水的侵害，這是繼西安秦兵馬俑博物館之后，西北地區(qū)的第二個文物保護大棚，但由于之前長期受風蝕和地下水侵蝕，這座全土坯砌筑建筑出現墻壁裂縫、壁畫空鼓脫落和塑像坍塌等現象，2009年到2013以及后來的2018年，先后對保護棚進行拆除、改造和搶救性修繕?，F在北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館展廳分別是文物展廳、遺跡復原展廳，其規(guī)模僅次于兵馬俑的遺址保護棚。從2008年北庭西寺博物館建成到2010年對外開放以來，北庭西寺博物館不斷完善其防護措施，升級其作為文化教育基地對觀眾帶來的觀光體驗，將其打造為現今新疆北疆地區(qū)所存唯一的我國歷史上唐、宋、元時期的佛教文化藝術寶庫，被自治區(qū)黨委、政府確定為愛國主義教育基地。

盡管如此，要想通過北庭文化品牌來推動當地文化旅游業(yè)的發(fā)展，不得不看到北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館雖存在一些潛在問題，但仍有許多值得開發(fā)的地方。雖然現在國家大力支持文化遺產保護，給遺址博物館建設提供良好的機會和條件，與全國各大遺址博物館相比，北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館在設計領域存在一定差距，包括缺乏遺址與人的交流性、缺乏創(chuàng)新設計、宣傳力度不夠等諸多方面。在現有的北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館內部，觀眾只是站在固定位置遠遠矚目，通過有限的文字介紹和人工講解進行了解，這種方式是被動的、短暫的，不是深入的、趣味的，觀眾難免覺得抽象而干癟。北庭高昌回鶻佛寺遺址在北庭故城附屬建筑中保存最為完好，此外，它還是高昌回鶻的王家寺院，其在佛寺、佛像和壁畫的造型方面都有獨特的回鶻特點，設計方應抓住其作為西北佛教藝術文化中心的地理、政治優(yōu)勢，參照國內外遺址博物館內容、形式設計，充分利用科學數字技術打造屬于本館特色的適應當代觀眾參觀需求的現代化遺址博物館。

（二）技術工藝設計

數字技術與互聯網技術出現后，傳統(tǒng)的空間場景展示喪失了穩(wěn)定感、趣味感。在這種情況下，我國遺址博物館內開始運用三維成像技術提升自身相關工作，力求達到與時俱進的效果，作為西北遺址博物館的代表，北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館可以運用以下一些形式手段使博物館陳列展示更加多元化，使博物館管理工作更加系統(tǒng)化。

1.靜態(tài)、動態(tài)陳列

針對某些極易受損不易于保存或長期展示的文物，或是實物展覽難以讓所有觀眾親身觀看文物或遺址遺跡，如佛寺內三層洞窟中的第三層已全部坍毀，佛龕內的佛像遭受損毀很嚴重，佛像頭部無一例外的不復存在，以及在105號配殿的墻壁上色彩依舊艷麗的壁畫《高昌王子出行圖》。在文物展廳部分，多件比丘塑像僅剩殘件，壁畫以及陶片都不同程度殘缺破損。這些情況可以運用3D全息投影技術，包括全息投影儀、全息投影屏幕、全息投影膜等設備，利用光的干涉和衍射原理來記錄和再現物體的三維圖像，觀眾可360°獲得文物的任何角度信息，讓觀眾得以觀看到文物損毀前的模樣。動態(tài)陳列又可以稱為情景再現，這種展陳方式通過幻影成像技術打造出一個完全虛擬的場景，又或是通過虛實結合的方式，再現遺址當年的風貌。如河南洛陽應天門遺址博物館內二層，觀眾可以俯視由25臺超清投影還原在遺址上的應天門建設場景，在遺跡復原展廳以及文物保護棚內，北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館同樣可以借助3D高清投影技術，將當年佛寺修建等場景還原于觀眾。這些技術的運用，通過場景的還原，帶領觀眾“穿越”到遺址所處的年代，這種直觀再現的方式有利于觀眾對相關知識的吸收。

2.交互性展陳

當觀眾在遺址博物館中參觀時，博物館中上述的展陳方式，無論是靜態(tài)還是動態(tài)，都是向觀眾進行直觀展示，觀眾的參與度較低，是被動地接收信息。隨著技術的發(fā)展與展陳理念的發(fā)展，遺址博物館中開始越來越多地加入交互式技術進行展陳。虛擬現實技術通常情況下，技術人員運用電腦模擬生成一個虛擬的空間，觀眾通過穿戴VR設備進入該空間中，在這個空間中，通過人機交互，觀眾與物體的互動變得更加逼真，這種互動實時自然?，F實設計中可以在文物保護大棚的四周走廊上配備架式VR設備，其虛擬顯示系統(tǒng)采用VR技術、定位跟蹤以及廣角立體顯示等技術再現兩千多年前北庭的地理環(huán)境，還原當時北庭西寺建設的過程。觀眾可以多角度轉動設備，實現180°全景觀看以及虛擬現實場景的方位跟蹤，從而得到一種視覺、聽覺、觸覺等多種感知的全方位立體化的使用感受。在遺址博物館中，VR技術可以為觀眾提供一種置身于遺址所處年代的可能性，也可以與博物館館藏文物有更加進一步的接觸可能。

四、三維成像技術應用的優(yōu)勢和不足

（一）競爭優(yōu)勢

科學技術助推文化傳播，三維成像技術主要解決的是三維圖像在現實的信息采集和空間投射問題，根據不同的設計要求可以呈現不同的展現形式和效果。三維成像技術在遺址博物館中最突出的優(yōu)勢是交互性強，具有超時空性，從而增強了宣傳力度，提高了知名度。

1.交互自主性

傳統(tǒng)的展廳只能實現信息的單向傳輸，而且無法有效回饋觀眾的參觀信息。具備交互設備的展廳可以運用交互性的3D虛擬技術打造人機互動、人物互動的項目，實現文物、遺址和用戶之間的交流互動。這樣不僅提高了展廳的趣味性，提高觀眾自主獲取知識的欲望，而且提高了展示的效率，更具備科技感和靈活性。

2.超時空性

傳統(tǒng)博物館展廳所展示的文物古老、呆板，且只反映歷史特定時期的文物，觀眾只能通過有限的文字和語音講解了解過去。運用裸眼3D投影技術能夠將過去、現在、未來、真實以及幻想世界中存在或想象的事物進行完美呈現，通過投影在具體實物上給觀眾絕對真實的感受，讓觀眾站在現在回望歷史、展望未來。

3.宣傳力度強

通過文物局2018年公布的《2016博物館名錄》梳理，我國目前遺址博物館約有100余間，而在這些遺址博物館中，大部分為無級別的博物館影響力較小，多數觀眾對這些遺址博物館并未建立相關印象，參觀意愿較低。同時，由于大部分是并未免費開放的遺址博物館，受眾的參觀意愿進一步降低。面對現行較大的壓力，遺址博物館應通過創(chuàng)新提高自身知名度，三維成像技術的應用作為宣傳的敲門磚很大程度增強遺址博物館的趣味性，提高觀眾的參與度，讓觀眾更有意愿參觀。

（二）存在的問題與解決措施

三維成像技術作為高新科學技術在博物館中的應用并非一蹴而就，若不考慮遺址博物館自身特色以及地理政策，盲目照搬成功實施三維成像技術博物館例子，只會讓管理變得更加冗雜，呈現的效果也達不到預期。必須客觀看待北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館現階段實施三維成像技術所存在的問題，并提出相應的解決方案。

1.設備檔次較低

雖然現在國家大力支持文化遺產保護，給遺址博物館建設提供良好的條件，但新疆深處祖國大西北，經濟、文化資源發(fā)展不均衡，博物館硬件設施差距大，三維成像技術對計算機技術水平的要求很高，當前的計算機技術還不能滿足三維成像技術的建設要求，更無法保證在足夠硬件水平上實現高流暢度的圖像操作、高清晰度的場景建設和高趣味度的互動體驗。另外，在信息識別、數據采集、畫面真實等方面還有很大的進步空間，北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館結構復雜，尚未完整開發(fā)，若做不好采集工作和防護措施，會造成遺址保護得不償失。

2.認知程度較低

由于包括裸眼3D、VR等技術在內的三維成像技術近幾年才在國內掀起熱潮，無論是硬件還是宣傳都沒有達到成熟階段。目前，大部分人對三維成像技術這一博物館互動新方式較為陌生，或者對于3D成像完全不了解，尤其是中老年群體，他們是文旅市場的重要參與者，但由于受自身知識水平的影響和限制，對3D這種新方式了解甚少。因此，提升大眾對三維互動的認知度，設計應生動、有吸引力、貼近現實，并嘗試結合實際場景設計出不同特點、多背景、高品質和高體驗的產品，以吸引不同類型的消費者，這對數字博物館在未來的推廣和發(fā)展至關重要。

3.人才缺乏

雖然近幾年掀起文博熱的浪潮，越來越多的人員從事到博物館行業(yè)中，但由于基數小，文博人才始終缺乏，尤其是基層工作者。新疆即使擁有豐富的文物資源，但由于地理、經濟等原因，在人才方面尤為匱乏，從而導致文化遺產束之高閣不能很好被保護和開發(fā)。博物館可自身設置培訓機構、國內外政府組織培訓機構以及聯合高校培育綜合型文博人才適應數字科技在博物館的應用。在認真落實“十三五”國家文物局文博人才培養(yǎng)基礎上，深入貫徹實施“新時代文物人才建設工程”，著力破解人才匱乏難題。

五、結語

對三維技術本身的研究是一個復雜的課題，而加之與在遺址博物館中的應用研究難度系數不言而喻。結合自身專業(yè)局限性，本文對三維成像技術的原理和工藝的闡述較為籠統(tǒng)，以還未進行此類3D技術建設的北庭高昌回鶻佛寺遺址博物館為例，希望為遺址博物館甚至各類型博物館在三維創(chuàng)新建設方面提供思路，為遺址博物館提高社會影響力、滿足人們精神文化需求提供一定的幫助。

三維博物館是博物館發(fā)展的趨勢，是博物館服務模式的創(chuàng)新，最顯著的特點是博物館的所有參與元素都是互動的，信息是充分互動的，提高了觀眾獲取信息的自主性。事實上，博物館應用三維成像技術的根本目的是以更友好和現實的方式為公眾服務，減少信息不對稱，減少被動性，并使博物館成為一個可行的社會機構。

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◎編輯 魯翠紅