數(shù)字技術在文物保護與修繕中的應用

摘要：文物作為重要的文化遺產(chǎn)之一，是對某區(qū)域特定時期文化、歷史、藝術等的真實反映，具有考古、科學研究及觀賞、教育等價值。但部分文物受埋藏環(huán)境、自然腐蝕等因素影響，遭到損壞、腐蝕。如何采取科學的保護與修繕手段對其進行復原、保存及利用，使其歷史價值再現(xiàn)，是當前文物保護和利用亟需思考的問題。本文以嘴子前墓出土的青銅器為例，對文物保護與修繕中數(shù)字技術應用的必要性進行分析，并結合青銅器文物自身的特點、傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝等，提出數(shù)字技術在青銅器保護與修繕中的具體應用，希望充分發(fā)揮數(shù)字技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)對文物的保護，為其他文物保護和利用工作的實施提供新思路。

關鍵詞：數(shù)字技術；文物保護；修繕

在科技驅動下，數(shù)字技術的發(fā)展和應用獲得了良好的空間，在越來越多的文物保護和修繕工作中得到廣泛應用，尤其是在殘損文物保護性修復方面，更是發(fā)揮著重要作用。虛擬技術、三維數(shù)據(jù)采集等技術可對文物進行數(shù)字化復原，將其歷史文化價值重新呈現(xiàn)出來，這樣不僅解決了文物永久性保存問題，而且促使文物修復速度、文化遺產(chǎn)的傳播速度提高，為人們身臨其境地感知文物所承載的歷史文化提供了有效路徑。因此，將數(shù)字技術合理應用于文物保護和修繕具有一定的現(xiàn)實意義。

一、數(shù)字技術在文物保護與修繕中應用的必要性

（一）能夠彌補傳統(tǒng)文物修復、展示手段的不足

傳統(tǒng)文物保護與修繕主要是由專門的修復人員以手繪的方式對其圖案進行修復，二者在美術風格方面保持一致。對于損毀面積較大的文物而言，以傳統(tǒng)手工方式修復，會消耗大量時間，且修復人員工藝水平參差不齊，加之文物修復具有不可逆性，容易導致文物本身的內(nèi)容被覆蓋，無法還原其本身的內(nèi)涵，或者對其造成二次損害。同時，文物保存作為文物保護工作的一部分，其對空氣、光線等環(huán)境要求比較高，這就無法使人們近距離欣賞、研究，而文物保護與修繕過程中合理運用數(shù)字技術，只需借助數(shù)碼設備對其掃描采集相關數(shù)據(jù)，利用相關軟件進行虛擬修復，這種文物修繕方式工作效率較高，在不損壞文物的情況下可反復進行多次修復，以達到理想的修復效果，有效指導實體文物修繕工作實施的同時，降低文物修復風險[1]。此外，數(shù)字技術在文物保護與修繕中應用，打破了以往文物展示方面的局限性，借助3D技術、高清掃描等技術將文物以立體化、動態(tài)化形式呈現(xiàn)出來，便于人們近距離了解和認識文物，網(wǎng)絡技術的應用打破了文物傳播時空方面的界限，使更多人得以了解其文化內(nèi)涵，以達到更好的展示和宣傳效果。

（二）為文物保護與修繕提供新路徑

在文物保護與修繕中合理運用數(shù)字技術，可為文化遺產(chǎn)保護與利用提供新路徑。從技術層面來說，基于大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡技術，將數(shù)字技術本引入文物保護與修繕中，能夠解決以往文物修復工作量大、修復流程復雜、修復記錄不規(guī)范等問題。其中，借助數(shù)字技術搭建文物檔案庫、展覽館及網(wǎng)站等，實現(xiàn)文物數(shù)字化存檔、永久保存。從文化遺產(chǎn)繼承的視角來說，文物保護與利用中應用數(shù)字技術，即賦予文物強大生命力，能夠實現(xiàn)文化遺產(chǎn)展示、傳播面的擴大，間接促使文物管理服務水平提升。此外，將多種新型技術相結合融入文物保護與修繕工作線，可以增強文物實際影響力，更好地傳播和繼承中華文化，凸顯文物保護與修繕工作實施的價值和意義。

（三）數(shù)字技術本身優(yōu)勢突出

數(shù)字技術作為一種以計算機為基礎的新型技術，在自動化程度高、精度高、效率高及環(huán)境要求低等方面具有明顯的優(yōu)勢。其中三維激光掃描技術在無人干預的情況下可對被測物體進行連續(xù)掃描，且獲取的數(shù)據(jù)精度高，無需接觸被測物體就可以獲取所需的數(shù)據(jù)信息，即對文物產(chǎn)生的破壞性小，能夠防止破損文物二次損害。另外，數(shù)字技術具有很強的抗干擾性能，即對環(huán)境要求比較低，可在惡劣環(huán)境下進行數(shù)據(jù)采集、分析等工作。以上數(shù)字技術所具備的優(yōu)勢，與青銅器文物保護與修繕的要求相一致，能夠確保該項工作順利、高效實施。

二、青銅器保護和修繕中數(shù)字技術的具體應用

以嘴子前墓出土的破損、缺損青銅器修復為例，分析三維掃描、三維建模及3D打印等數(shù)字技術在文物保護與修復中的具體應用情況。修復流程為：先使用三維掃描設備對青銅器碎片進行無接觸式掃描，然后對獲取的點云數(shù)據(jù)進行三維建模，獲得數(shù)字模型，并使用3D打印技術對文物碎片進行復制，拼合、編號及記錄，按照順序進行原件的拼合，最后，利用逆向工程技術獲取缺損位置的三維數(shù)據(jù)，依次完成打印、打磨及修復工序，實現(xiàn)缺損青銅器的修復[2]。比如出土于山東省海陽市盤石店鎮(zhèn)嘴子前村的銅甗（yǎn），在修復過程中就利用三維掃描技術，逼真地呈現(xiàn)原有的樣貌，使得修復過程更加順利。

（一）采集三維數(shù)據(jù)

三維數(shù)據(jù)采集設備使用原理是：結合被測物體表面特點、提前設置的標靶點，自動地對多次獲取的數(shù)據(jù)進行拼接，去除冗余數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的精確度，該設備測量中需多次掃描被測物體，才能獲取全面的數(shù)據(jù)，所以，采集數(shù)據(jù)時，應從多個角度對被測物體進行多次測量，確保所采集的數(shù)據(jù)的完整性和準確性。本文以嘴子前墓出土的青銅器文物為例，來分析數(shù)字技術的應用，具體操作時，依據(jù)不同青銅器表面特征、體量來設定點云分辨率，若青銅器表面紋飾比較復雜、細膩，應將點云分辨率設置為0.05 mm，反之，對于紋飾較簡單的青銅器，將點云分辨率設置為0.1 mm[3]，既可以減少數(shù)據(jù)采集量，提高后期數(shù)據(jù)處理效率，又可以將三維數(shù)字模型的外部細節(jié)特點凸顯出來。

同時，嘴子前墓出土的青銅器文物表面富有銹蝕物，如圖2所示的青銅蓋頂。為了更好地將其原有的色彩還原，在紋理數(shù)據(jù)采集中需重視色彩管理內(nèi)容，選擇適宜的色彩管理系統(tǒng)，實際紋理數(shù)據(jù)采集時，先合理布設光線，確保光照均勻、明暗柔和，便于后期對拍攝的文物紋理照片進行無縫拼接，為了提高所拍攝的文物紋理照片質(zhì)量，拍攝前需對相機白平衡定義，設置文件生成格式，當調(diào)整光源后，對色溫值進行記錄，以達到色彩管理的效果。

（二）建立三維模型

獲取青銅器文物三維點云數(shù)據(jù)后，借助計算機軟件對其處理，由于獲取的三維數(shù)據(jù)量較大，所以，應合理選用處理大量數(shù)據(jù)的軟件，將點云數(shù)據(jù)導入該軟件中，刪去冗余、不滿足測量效果的數(shù)據(jù)，并進行降噪、平滑處理。同時，為了提高數(shù)據(jù)分析和利用效率，需對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化，既可以實現(xiàn)文件數(shù)據(jù)量的減少，又可以保留青銅器紋飾特征。此外，受數(shù)據(jù)掃描角度、青銅器表面材質(zhì)等因素的影響，所采集的數(shù)據(jù)存在一定漏洞，所以，數(shù)據(jù)建模環(huán)節(jié)，可采取相應的孔洞修補方式對漏洞進行修補，確保修補部位與原有部位連接光順。其中青銅器文物數(shù)字化結果如圖3所示。

（三）VR虛擬修復

受歷史變遷、外部自然因素等影響，大多數(shù)青銅器文物在出土時，就存在不同程度的損毀，尤其是擠壓變形的青銅器文物殘塊，其修復難度較大，傳統(tǒng)人工修復方式程序過于繁瑣，且可能在修復中對其造成二次損害。為了解決這一問題，可將虛擬現(xiàn)實技術應用至青銅器殘塊修復保護中，借助計算機對其虛擬復原，針對輕微的變形問題，可以結合光滑區(qū)域曲率連續(xù)這一原理，運用隱式曲面函數(shù)對其修復；反之，對于復雜變形問題，可運用交互式編輯法，對其碎片進行修復[4]，比如關于銅鏡碎片的修復，先對碎片間的鄰接關系進行計算，簡化修復過程，比如使用圖像處理算法獲取各碎片的輪廓線、輪廓特點，使多個碎片進行自動拼接，達到銅鏡修復的效果，解決以往修復時間過長、修復質(zhì)量低等問題。

（四）AR技術

青銅器文物展示作為文物保護與利用中的一部分，旨在傳播文物所蘊含的歷史文化信息，在青銅文化繼承和創(chuàng)新方面發(fā)揮著重要作用。同時，博物館作為青銅文物文化信息傳播和重要窗口，主要將青銅文物放于玻璃展示柜中進行展示，參觀者主要從各個角度觀察文物外觀及其標簽來獲取其尺寸、年代及出土地等相關信息，在一定程度上反映了青銅器在展示形式、規(guī)劃及展品更新等方面存在不足，無法給參觀者留下深刻印象，弱化了文物展品的實際價值，不利于博物館文化的普及和傳播。針對這種現(xiàn)狀，可以嘗試將數(shù)字技術引入其中，比如博物館在展示文物時，可借助多媒體融入視頻、文字、聲音等元素，即通過改變視覺、聲音等因素，增強參觀者的體驗感，便于其深入了解青銅器文物及其蘊含的文化內(nèi)涵。此外，博物館青銅器文物的展示，還可以應用聲控、光控等技術，增強其趣味性、互動性，讓參觀者直觀地了解青銅器展品所傳遞的歷史、文化，加快青銅文化的普及。

同時，青銅器文物的保存對空氣濕度、污染度等要求較高，而博物館每天會涌入大量的參觀者，不利于對環(huán)境因素進行控制，即不利于青銅器實物的保護和傳承。為了解決這一問題，可充分利用數(shù)字技術設計一款應用，來代替青銅器實物，在打破人們參觀時空限制的同時，利于青銅器實物的保護。比如在青銅器文物展出中利用AR技術，參觀者通過相關軟件就可以全方位地觀察和欣賞青銅器文物，了解其相關歷史信息，并將青銅器實物按照保存要求置于適宜的環(huán)境，既可以解決傳統(tǒng)青銅器文物展示形式單一問題，滿足當前人們對文物參觀的實際需求，又可以實現(xiàn)對青銅文物的保護。

三、結語

數(shù)字技術作為信息時代科技發(fā)展的產(chǎn)物，在青銅器文物保護與修繕中應用該技術，為文物保護與修繕提供了新的路徑，是對傳統(tǒng)文物保護與修繕手段的補充和創(chuàng)新，有助于輔助考古科研工作的有效實施，實現(xiàn)文物真實原貌、文化內(nèi)涵的再現(xiàn)，達到長久、安全保存文物的效果。此外，文化傳播和繼承還是文物保護的目標之一。基于數(shù)字技術，人們可建立數(shù)字化平臺，身臨其境地了解、認識及探索文物及其背后蘊含的文化內(nèi)涵，更好地激發(fā)和培養(yǎng)大眾參與文物保護的意識，實現(xiàn)青銅文化的廣泛傳播和普及。

作者簡介

邢金國，男，山東海陽人，助理館員，研究方向為文物保護。

參考文獻

[1]魏萍.數(shù)字技術在文物保護中的運用及傳播研究[J].中國民族博覽，2022（14）：199-202.

[2]鐘明劍.三維數(shù)字化技術在文物保護與開發(fā)中的應用[J].文物鑒定與鑒賞，2022（3）：63-65.

[3]王文嘉.基于現(xiàn)代數(shù)字技術的書畫文物保護與修復研究[J].黃河.黃土.黃種人，2021（15）：12-13.

[4]梁棟.數(shù)字技術在雕塑類文物保護中的應用研究[D].大連：大連理工大學，2020.