數(shù)字化讓文物與公眾互動(dòng)起來(lái)

王周強(qiáng)

數(shù)字化時(shí)代背景下，為解決文物保護(hù)與修繕領(lǐng)域中傳統(tǒng)方法在精確度和效率方面的局限，文章首先闡述數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)與修繕中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以及在實(shí)踐中應(yīng)遵循的原則，依托實(shí)際文物保護(hù)與修繕工程，說(shuō)明了數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)與修繕技術(shù)中的具體應(yīng)用方法。最后以效果展現(xiàn)，證明了所采取措施的有效性，以此為相關(guān)人員提供實(shí)踐參考。

隨著科技的快速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)已成為當(dāng)今社會(huì)的重要驅(qū)動(dòng)力，其在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用都取得了顯著的成效，尤其在文物保護(hù)與修繕領(lǐng)域，從三維掃描與建模技術(shù)的廣泛應(yīng)用，到數(shù)字化監(jiān)測(cè)與環(huán)境控制的精準(zhǔn)實(shí)施，其不僅提高了文物保護(hù)修繕的精確度和效率，還拓展了公眾對(duì)文化遺產(chǎn)的認(rèn)知和了解方式。在傳統(tǒng)方法遇到的種種限制和挑戰(zhàn)面前，數(shù)字技術(shù)提供了創(chuàng)新的解決方案，使文物保護(hù)和修繕工作更加科學(xué)化、系統(tǒng)化。因此，探討數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)、修繕中的應(yīng)用方法具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)與修繕中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

提升精確度與效率。傳統(tǒng)的文物修復(fù)工作依賴于修復(fù)師的經(jīng)驗(yàn)和技藝，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，而且結(jié)果的精確度往往受限于個(gè)人的技術(shù)水平和條件，而三維掃描與建模技術(shù)的應(yīng)用，使得在不接觸文物的情況下，對(duì)其進(jìn)行高精度的掃描，從而獲取文物的精確三維模型，不僅極大地減少了對(duì)文物的物理接觸，降低了損傷風(fēng)險(xiǎn)，而且提高了修復(fù)前的評(píng)估與規(guī)劃的精確度，所以從該角度分析，數(shù)字技術(shù)的引入提高了文物保護(hù)與修繕工作的精確度和效率。而且，三維建模技術(shù)還支持對(duì)文物破損部分的虛擬修復(fù)，進(jìn)行多種修復(fù)方案的模擬對(duì)比，從而為修復(fù)師提供科學(xué)的決策支持，此模式不僅提高了修復(fù)工作的效率，減少了試錯(cuò)的成本，同時(shí)依托精確模擬，保障了修復(fù)效果。

增強(qiáng)公眾參與度。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的應(yīng)用，公眾可以通過(guò)虛擬的方式親近文物，了解文物背后的歷史和文化，此種互動(dòng)性和沉浸感的提供，讓公眾對(duì)文物保護(hù)工作產(chǎn)生了更深的興趣和認(rèn)同感，所以數(shù)字技術(shù)在提高文物保護(hù)修繕工作精確度和效率的同時(shí)，也極大地增強(qiáng)了公眾的參與度。除了提升體驗(yàn)感，數(shù)字技術(shù)還使得文化遺產(chǎn)的教育推廣變得更加便捷和高效，比如通過(guò)在線展覽和數(shù)字檔案，異地受眾也能利用網(wǎng)絡(luò)輕松接觸和了解不同文物的文化內(nèi)涵，這對(duì)于提升公眾的文化素養(yǎng)，傳播文化遺產(chǎn)具有重要意義，而且這種方式打破了地理和物理的限制，使得文物保護(hù)成果的分享更加廣泛。

長(zhǎng)期保存與加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理。數(shù)字化監(jiān)測(cè)與環(huán)境控制技術(shù)的應(yīng)用，使得文物保存環(huán)境的溫濕度、光照等關(guān)鍵因素可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和精確調(diào)控，這便降低了文物因環(huán)境變化而遭受損害的風(fēng)險(xiǎn)。具體而言，在風(fēng)險(xiǎn)管理方面，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用不僅限于預(yù)防性保護(hù)，一旦文物遭受自然災(zāi)害或人為破壞，修復(fù)師可基于先前的高精度三維掃描數(shù)據(jù)，進(jìn)行文物的損傷評(píng)估和修復(fù)工作，甚至在部分情況下，可以直接采用三維打印等技術(shù)實(shí)現(xiàn)文物的部分精確復(fù)原。

數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)修繕中的應(yīng)用原則

科學(xué)性原則?？茖W(xué)性原則指的是在文物保護(hù)與修繕過(guò)程中應(yīng)用數(shù)字技術(shù)時(shí)，應(yīng)基于科學(xué)的方法和理論，每一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用都應(yīng)基于充分的研究和驗(yàn)證，確保技術(shù)介入不僅有效且對(duì)文物本身無(wú)害。在該原則的指導(dǎo)下，文物保護(hù)專家和技術(shù)人員應(yīng)首先對(duì)文物的材質(zhì)、歷史價(jià)值及其當(dāng)前狀況進(jìn)行詳盡的分析，然后選擇與之相匹配的數(shù)字化技術(shù)，以三維掃描與建模技術(shù)為例，其可以在無(wú)需直接接觸文物的情況下，便能準(zhǔn)確記錄其形態(tài)和細(xì)節(jié)，減少了傳統(tǒng)保護(hù)修繕?lè)椒ㄖ锌赡軐?duì)文物造成的物理傷害。

可持續(xù)性原則?？沙掷m(xù)性原則著重于保證文物保護(hù)修繕工作的長(zhǎng)期有效性和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，所以在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)時(shí)，考慮到其長(zhǎng)期對(duì)文物本身以及周圍環(huán)境的影響，盡可能采用低碳環(huán)保的技術(shù)解決方案，并且在技術(shù)選型和實(shí)施過(guò)程中，優(yōu)先考慮資源的高效利用和能源消耗最小化，比如采用數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以幫助文物管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控文物所在環(huán)境的溫濕度變化，而不需要頻繁地對(duì)環(huán)境進(jìn)行物理干預(yù)，從而降低能源消耗，并減少對(duì)文物的傷害。

數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)修繕中的應(yīng)用策略

工程概況。案例工程位于我國(guó)南部某城市，是典型的文化遺產(chǎn)保護(hù)項(xiàng)目，致力于某遺址的維護(hù)與修復(fù)，該遺址因其豐富的歷史價(jià)值和獨(dú)特的文化意義而備受關(guān)注，被列為世界文化遺產(chǎn)。遺址本身承載著豐富的歷史信息，包括古建筑、雕塑、壁畫以及其他形式的藝術(shù)作品，見(jiàn)證了古代人民的生活方式、宗教信仰和社會(huì)組織。但由于長(zhǎng)期受到自然環(huán)境和人為因素的影響，其中珍貴的文化遺產(chǎn)面臨著各種損害和破壞的風(fēng)險(xiǎn)，且原本以人工為主的文物保護(hù)與修繕效果不理想。面對(duì)此挑戰(zhàn)，案例工程應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)保護(hù)和修復(fù)，其目的為利用現(xiàn)代科技手段，對(duì)遺址進(jìn)行精確地記錄、分析和修復(fù)，以保障文化遺產(chǎn)的長(zhǎng)期保存。

三維掃描與建模技術(shù)。為收集遺址中文物的相關(guān)數(shù)據(jù)，案例工程采用三維掃描與建模技術(shù)，依托高精度激光掃描設(shè)備，對(duì)古代遺址進(jìn)行全面掃描，實(shí)踐中管理人員部署了多個(gè)掃描站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)覆蓋遺址的不同角度和部分，確保全面捕捉遺址的幾何信息，在一個(gè)掃描周期內(nèi)，激光掃描儀可記錄遺址上百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，生成精確到毫米級(jí)別的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，比如對(duì)遺跡中的某古建筑，掃描過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)能夠收集到其外觀結(jié)構(gòu)的精細(xì)幾何數(shù)據(jù)，包括風(fēng)化狀況、裂縫寬度及其分布情況，并基于收集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，應(yīng)用專業(yè)軟件進(jìn)行三維建模，點(diǎn)云模型剖面圖如圖1。建模階段大體可分為數(shù)據(jù)清洗（去除掃描中產(chǎn)生的噪點(diǎn)）、數(shù)據(jù)融合（將不同視角的掃描結(jié)果合并為一個(gè)完整的三維模型），以及細(xì)節(jié)優(yōu)化等階段，經(jīng)過(guò)軟件處理后，得到的三維模型能夠精確建筑的當(dāng)前狀態(tài)，包括所有細(xì)節(jié)特征，如石材的質(zhì)地，色彩層次等。在此基礎(chǔ)上，修復(fù)團(tuán)隊(duì)能夠進(jìn)行虛擬修復(fù)，即在模型上模擬各種修復(fù)方案，評(píng)估每種方案對(duì)遺址原貌恢復(fù)的效果及其可行性。對(duì)于受損的墻壁，通過(guò)三維模型，修復(fù)專家可以詳細(xì)分析顏料脫落的區(qū)域，設(shè)計(jì)針對(duì)性的加固和復(fù)原措施。

數(shù)字化監(jiān)測(cè)與環(huán)境控制?？煽紤]到文物所處環(huán)境和其氧化速度密切相關(guān)，案例工程部署了高精度溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)，覆蓋整個(gè)遺址及其周邊環(huán)境，此類傳感器每分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，提供精確到±0.5℃的溫度讀數(shù)和±3%的濕度讀數(shù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)庫(kù)，用于持續(xù)監(jiān)控環(huán)境條件的變化，管理人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)任何對(duì)遺址可能造成損害的環(huán)境變化，如濕度突然升高可能導(dǎo)致木質(zhì)結(jié)構(gòu)腐蝕受潮等?；谑占降沫h(huán)境數(shù)據(jù)，案例工程采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析軟件來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的環(huán)境趨勢(shì)，依托機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，以識(shí)別對(duì)文物產(chǎn)生不利影響的外在因素，比如數(shù)據(jù)顯示每年雨季期間濕度上升會(huì)導(dǎo)致某些壁畫顏色褪色，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以提前采取措施，如調(diào)整室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)置，或者部署額外的除濕設(shè)備，以避免濕度對(duì)文物造成的損壞。環(huán)境控制方面，案例工程采取了自動(dòng)化環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)自動(dòng)調(diào)節(jié)遺址內(nèi)外的環(huán)境條件，其包括自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度的空調(diào)設(shè)備、能夠根據(jù)外部天氣條件自動(dòng)開(kāi)閉的窗戶以及能夠調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的智能照明設(shè)備。例如，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到室內(nèi)濕度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，除濕設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)高可能對(duì)外露文物造成損害時(shí)，遮陽(yáng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)?？紤]到人機(jī)交互的有效性，案例工程還部署了專門的數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?qū)h(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以直觀的圖表和報(bào)告形式展示給管理人員和保護(hù)專家，以為管理人員的決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)技術(shù)主要應(yīng)用在文物保護(hù)方面，案例工程在文物保護(hù)修繕中依托虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，創(chuàng)新了公眾參與方式。首先，案例工程使用高精度三維掃描技術(shù)對(duì)文物遺址進(jìn)行了全面的數(shù)字化記錄，比如對(duì)古代雕塑使用結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)，精確捕捉到了表面細(xì)節(jié)到0.1毫米的分辨率，根據(jù)此數(shù)據(jù)創(chuàng)建高度詳細(xì)的三維模型。在所創(chuàng)建的三維模型的基礎(chǔ)上，利用VR技術(shù)，開(kāi)發(fā)可交互的虛擬遺址導(dǎo)覽系統(tǒng)，不僅重現(xiàn)了遺址的歷史面貌，還能展示不同修復(fù)方案對(duì)遺址可能產(chǎn)生的影響。具體到操作，系統(tǒng)中集成了真實(shí)的光照模擬和材質(zhì)效果，通過(guò)高性能圖形處理器實(shí)時(shí)渲染，可實(shí)現(xiàn)用戶在虛擬環(huán)境中的沉浸式體驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)方面，案例工程利用AR技術(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)訪客提供了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽服務(wù)，訪客通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦的攝像頭捕捉遺址的實(shí)際景象，設(shè)備屏幕上即時(shí)疊加顯示相關(guān)的歷史信息和解說(shuō)內(nèi)容。例如，對(duì)于其中古墻遺跡，AR系統(tǒng)能在用戶的設(shè)備上顯示該墻在不同歷史時(shí)期的樣貌，包括顏色、裝飾等細(xì)節(jié)的變化，此過(guò)程中系統(tǒng)需要處理大量數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)圖像識(shí)別和處理所需的計(jì)算能力，所以要求現(xiàn)場(chǎng)至少具備5G網(wǎng)絡(luò)支持的數(shù)據(jù)傳輸速率，以保證流暢的用戶體驗(yàn)。

數(shù)字化檔案管理。由于文物修繕與保護(hù)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量檔案，傳統(tǒng)檔案管理方法效率較低，制作耗時(shí)較長(zhǎng)，所以案例工程采取了高分辨率圖像掃描和數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)，對(duì)所有文物和相關(guān)資料進(jìn)行詳細(xì)記錄，使用分辨率高達(dá)4 800dpi的掃描儀和具有高動(dòng)態(tài)范圍成像功能的專業(yè)攝影設(shè)備，確保了圖像數(shù)據(jù)的清晰度和細(xì)節(jié)保留，以遺跡中的某幅壁畫為例，記錄過(guò)程中技術(shù)人員將壁畫劃分為若干區(qū)域，每個(gè)區(qū)域使用特定的光源和角度進(jìn)行多次拍攝，以捕獲所有細(xì)節(jié)并減少光照不均導(dǎo)致的影響。在上述資料獲取的基礎(chǔ)上，案例工程采用了先進(jìn)的數(shù)字化檔案管理系統(tǒng)（DAMS），不僅支持大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，而且提供了強(qiáng)大的檢索和訪問(wèn)功能，基于元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如Dublin Core）對(duì)所有數(shù)字資料進(jìn)行分類和標(biāo)注，每件文物的記錄包含了一系列詳細(xì)信息，比如出土地點(diǎn)、年代、材質(zhì)、尺寸、歷史背景及修復(fù)歷程等，以此保證數(shù)據(jù)的一致性和可檢索性。為提升數(shù)字資料的保存易用性，所有數(shù)字記錄均采用開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)格式（如TIFF和PDF/A）進(jìn)行存儲(chǔ)，并在多地建立數(shù)據(jù)備份中心，采用了地理分布式存儲(chǔ)，確保了數(shù)據(jù)在災(zāi)難情況下的安全和完整性。

效果分析。案例工程采取數(shù)字化技術(shù)后，相關(guān)改善指標(biāo)如表1。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，其采取三維掃描與建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)文物的精確復(fù)制，使得修復(fù)工作能夠在不直接接觸原件的情況下進(jìn)行，減少了對(duì)文物可能造成的物理?yè)p害，而且這種技術(shù)還允許專家在虛擬環(huán)境中對(duì)修復(fù)方案進(jìn)行模擬，確保最佳的修復(fù)結(jié)果。

數(shù)字化監(jiān)測(cè)與環(huán)境控制則確保了文物保存環(huán)境的穩(wěn)定性，管理人員可實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、光照等），及時(shí)調(diào)整保護(hù)措施，預(yù)防可能的損害。而且虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為公眾和研究人員提供了沉浸式的文物體驗(yàn)和交互平臺(tái)，不僅提高了公眾對(duì)文化遺產(chǎn)的興趣和保護(hù)意識(shí)，也促進(jìn)了學(xué)術(shù)研究的深入。數(shù)字化檔案管理技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化的整理和存儲(chǔ)文物資料，提高了文物資料檢索和利用的效率。

文章以某文物保護(hù)修繕工程為例對(duì)數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)與修繕中的應(yīng)用進(jìn)行了全面分析，實(shí)踐中，相關(guān)工作人員可運(yùn)用三維掃描與建模技術(shù)為文物修繕工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)，提高修繕還原的準(zhǔn)確性，并采用數(shù)字化監(jiān)測(cè)與環(huán)境控制工作保護(hù)文物，降低不良環(huán)境對(duì)其造成的損傷，最后結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)新文物展覽形式，避免其與受眾的直接接觸，最大限度保護(hù)文物，上述相關(guān)措施展示了現(xiàn)代科技如何助力傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的保護(hù)工作。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)修繕工作中的作用將越發(fā)重要，應(yīng)用將更加廣泛和深入，不僅能夠有效地保護(hù)文化遺產(chǎn)，也將為受眾提供豐富、多樣的文化體驗(yàn)和學(xué)習(xí)資源。

（作者單位：山西省文化遺產(chǎn)規(guī)劃研究院有限責(zé)任公司）