徐舒

摘 要：在信息技術、科學技術迅猛發(fā)展的當今社會，越來越多新興技術不斷被應用，有效推動了各行各業(yè)的變革。3D技術作為近年來廣泛應用的一種新興技術，其在各個領域都有廣泛的應用基礎。而對文物管理工作來說，各類3D技術能夠為文物保護、文物修復、文物展示提供有效的技術支持，不僅能夠進一步提升文物保護、修復工作的質(zhì)量，還能讓文物真正“走”出庫房，進一步展現(xiàn)文物的價值。鑒于此，文章系統(tǒng)分析了3D技術應用于文物領域的幾個場景，為文物管理工作提供一定的理論參考。

關鍵詞：3D技術;文物保護;文物修復;文物展示

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.07.012

大部分文物較為脆弱，往往無法避免受到破壞，甚至會面臨消亡的威脅。從近年來文物保護工作的進展情況來看，為有效避免文物受損，主要是嘗試通過信息化技術來針對文物進行存檔、保護、展示。眾所周知，文物保護需要堅持“最小干預”原則，應當盡可能選擇非接觸式的無損技術。同時因為很多文物的空間結(jié)構(gòu)、立體形狀較為復雜，一些無法移動的文物所處的自然環(huán)境也相對較為復雜，要想有效針對文物進行保護、修復，信息技術的優(yōu)勢不言而喻。近年來，隨著相關研究的不斷深入，3D技術開始在文物領域大放異彩，包括三維掃描技術、3D打印技術、3D虛擬技術等，已經(jīng)廣泛應用于文物保護、修復、展示等工作。①在5G技術的支持下，新一輪科學技術與信息技術推動了3D技術發(fā)展，進一步加大文物領域3D技術應用研究就成為當前行業(yè)研究的焦點。

1 三維掃描技術

對于一些文物建筑的勘察工作來說，圖紙測繪環(huán)節(jié)、重點保護位置檢測歷來是工作的重難點，由于受限于現(xiàn)場檢測條件，同時會面臨海量的測繪數(shù)據(jù)，再加上一些不規(guī)則的形狀與線條，導致測繪難度非常大。從傳統(tǒng)的圖紙測繪方式來看，當前主要是通過激光測距儀、水準儀、全站儀等，開展單點、單面測量方式。這種方式雖然具有極為理想的精度，但整體覆蓋面相對較小，同時單個數(shù)據(jù)采集時間為5～10s，數(shù)據(jù)的輸出方式較為單一，只能夠提供二維結(jié)果，當需要針對大量點進行測量時，往往會耗費大量的人工、時間。②三維激光掃描儀的應用有效解決了文物掃描難的問題，有效改變了傳統(tǒng)測繪儀器使用的數(shù)據(jù)采集方式，基于非接觸主動測量模式，讓大范圍、快速檢測的可行性全面提高。三維激光掃描技術又稱作“實景復制技術”，能夠全自動、快速獲取物體信息，包括整體信息、局部連續(xù)密集點信息，使掃描結(jié)果更為接近目標的原型狀態(tài)。3D掃描的具體流程包含外業(yè)觀測、搬站掃描、拼接轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理、點云數(shù)據(jù)處理、成果整理等，以此來根據(jù)掃描數(shù)據(jù)進行三維重建（圖1）。③從文物領域的應用來看，三維掃描技術可以應用于文物建筑、構(gòu)建等，通過三維建模進行保存，為后期修繕提供相關的信息數(shù)據(jù)參考。

日本愛知縣陶瓷美術館利用3D技術舉辦了一場線上線下雙聯(lián)動的文物展“日本陶瓷的源頭—矗立在猿投窯前的巨大城墻”，此次展覽主要是以日本三大古窯之一的猿投窯作為核心內(nèi)容，全面展示了日本古代陶器的巨大魅力。此次展覽是針對新興3D技術的綜合應用，觀眾基于二維碼掃描即能夠獲取各種作品的三維動態(tài)模型，能夠全方位、多維度鑒賞文物，進而了解猿投窯的歷史信息、陶瓷作品。從此次展覽創(chuàng)作流程來看，工作人員首先針對各種文物模型進行掃描，然后利用3D技術進行建模，將建立的高質(zhì)量三維模型信息傳輸?shù)紾oogle Poly平臺，分別為不同的文物建立對應的二維碼，通過掃碼就能夠直接獲取三維模型。如此，線下觀眾不僅能夠直接觀看文物，還能無死角觀看文物。對于線上觀眾來說，同樣可以利用二維碼直接觀看3D模型，滿足觀眾足不出戶就能夠觀看文物展的需求。

2 3D打印技術

3D打印技術是近年來的熱門技術，主要是以數(shù)字模型文件作為基礎，綜合利用特殊可黏合材料與3D打印機，通過逐層打印的模式來進行物體模型的構(gòu)造。④相較于傳統(tǒng)文物修復工藝來說，3D打印技術能夠通過三維軟件進行建模，然后逐層進行打印，能夠節(jié)約傳統(tǒng)模具加工中間的諸多流程，不僅能夠?qū)δ茉聪倪M行控制，還能顯著縮短打印時間。從文物應用領域來看，通過三維激光掃描技術獲取文物實際信息以后，利用3D打印機進行建模，為文物修復提供參考依據(jù)，當前主要涉及古書籍字畫、古建筑、石窟等。隨著3D打印技術的不斷發(fā)展，相應的應用領域還在不斷拓展，未來還可以應用于以下幾個領域：一方面，對考古現(xiàn)場各種現(xiàn)場文物進行掃描，獲取文物幾何模型的細節(jié)部分。由于考古現(xiàn)場往往會面臨復雜的環(huán)境，且存在較大的空間跨度，包括細小顆粒物、巨大古建筑等?？脊努F(xiàn)場存在的大量氧氣、二氧化碳等必然會對文物造成負面影響，極為容易引發(fā)風化、褪色等。3D打印技術能夠?qū)@些文物進行等比例的縮小或者放大處理，并制作相應的幾何模型，為后期考古工作提供有效的支持。3D打印技術進行虛擬模型的復制，因為材料主要是以塑料、金屬、非金屬無機材質(zhì)等為主，且整體強度較為理想，受外界干擾相對較小，能夠有效保障復制文物的穩(wěn)定性。另一方面，針對考古現(xiàn)場各種文物進行快速復制。傳統(tǒng)的模具加工只能夠?qū)σ恍w積相對較小的文物進行復制，而對于一些易碎且體積較大的文物等，則難以進行復制。⑤通過3D打印技術，則能夠有效解決傳統(tǒng)模具加工存在的問題，通過復制考古現(xiàn)場文物，為后期修復、展示等提供支持。⑥總的來說，隨著3D打印技術的不斷成熟，未來還可以綜合利用數(shù)字化技術針對考古現(xiàn)場文物虛擬模型進行構(gòu)建與保存，3D打印技術還具有巨大的開發(fā)空間。⑦

正如上文所述的案例，日本愛知縣陶瓷美術館利用3D技術舉辦了一場線上線下雙聯(lián)動的文物展“日本陶瓷的源頭—矗立在猿投窯前的巨大城墻”，活動通過3D打印技術為觀眾提供服務。在活動期間，博物館為觀眾提供了模型復制功能，觀眾可以選擇自身喜歡的文物，通過對應的3D模型數(shù)據(jù)，綜合利用3D打印機進行文物的復制（圖2）。

3 虛擬現(xiàn)實技術與增強現(xiàn)實技術

3.1 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術主要是以實時三維圖形技術作為基礎，同時綜合利用人工智能等新興技術來構(gòu)建一個收集整理感官信息數(shù)據(jù)的整體。通過虛擬現(xiàn)實技術的應用，受眾能夠直接置身于虛擬現(xiàn)實模擬的空間當中，創(chuàng)造一個高度沉浸、多元互動的感官空間。一直以來，虛擬現(xiàn)實技術均高度重視觀眾在系統(tǒng)中的主體性，觀眾不僅能觀看，還能與虛擬系統(tǒng)創(chuàng)造的實時空間進行互動。通過虛擬現(xiàn)實技術的應用，能夠擯棄傳統(tǒng)操作設備，獲取與真實世界極為類似的逼真體驗。傳統(tǒng)文物的展示模式主要是把藏品靜止擺放在完全密閉的展示柜中，觀眾都是隔著玻璃進行觀摩，且觀摩角度有限，難以真正了解文物的整體狀況。通過虛擬現(xiàn)實技術的應用，觀眾具備完全自主操作的觀看權利，能夠根據(jù)自身愛好自由調(diào)整角度，了解詳細的信息。⑧對于互動環(huán)節(jié)來說，只需要利用虛擬眼鏡或者數(shù)字頭盔等，便能夠完全沉浸于虛擬現(xiàn)實技術展示的文物空間中。

3.2 增強現(xiàn)實技術

增強現(xiàn)實亦可以稱作“擴充實境”或者“混合現(xiàn)實”。增強現(xiàn)實技術是通過對虛擬、真實兩類環(huán)境所進行的一種整合，使得真實的空間能夠與虛擬物體組合在相同的畫面中，兩種環(huán)境能夠充分發(fā)揮相互協(xié)調(diào)、相互促進的作用，為觀眾創(chuàng)造一個虛實交互的場景。⑨增強現(xiàn)實技術能夠視作真實與虛擬的樞紐，能夠為觀眾群體創(chuàng)造一個現(xiàn)實生活中無法觸碰到的場景。增強現(xiàn)實技術通過多年的發(fā)展，對虛擬場景與現(xiàn)實場景的融合程度越來越高，使觀眾不能輕易區(qū)別眼前場景到底是虛擬場景還是現(xiàn)實場景。增強現(xiàn)實技術在文物領域的應用，能夠創(chuàng)造與文物相關的虛擬場景，使觀眾能夠從不一樣的角度去針對文物進行審視，在強化觀眾體驗的同時，進一步幫助受眾了解文物、理解文物對應的信息。

4 全息影像技術

全息影像技術是一種基于新媒體的虛擬互動展示模式，主要指的是通過影像在平面玻璃上面折射之后進行展示的一種技術。從技術層面來看，全息影像技術主要是基于光學技術原理，綜合利用玻璃折射與數(shù)字等有關技術的整合，使相關影像可以浮現(xiàn)在特定成像空間中，以此來建立更為形象、逼真的場景。⑩全息影像技術展示出來的影像不同于常規(guī)電視直播、實體演出，全息影像技術展現(xiàn)出來的玻璃影像可以與實體模型之間進行高度匹配，從而有效展現(xiàn)出舞臺與影像之間高度融合的綜合效果。全息影像作為一種較為特殊的顯示技術，其主要是基于全息技術所具有的三維特征來對物體立體影像進行全面展示。因此，倘若相關的介質(zhì)是空氣或者較為特殊的離子材料，就能夠直接在空間中表現(xiàn)出物體的立體影像。從互動方式來看，全息影像技術與其他類型的顯示技術存在差異，觀眾能夠直接沉浸在影像創(chuàng)建的場景當中，在這個過程中可以直接進行互動，且不需要進行設備的穿戴。從文物領域的應用情況來看，全息影像技術主要是應用于場景創(chuàng)建，如講述一個跨時空的多人物故事、歷史故事的濃縮和再現(xiàn)、微觀世界難以表達的科學原理、宏觀世界的科學觀測結(jié)果、人腦海中突發(fā)奇想的構(gòu)思等都可以應用全息影像來演示，但一般要求有一定的故事情節(jié)，有可以創(chuàng)設的環(huán)境，或者有變幻的視覺效果。k從當前全息影像技術的發(fā)展現(xiàn)狀來看，技術整體還不夠成熟，對于現(xiàn)場展示氛圍要求極高，且需要的成本也相對較高，這就導致實際應用過程中非常容易受到展示空間的制約，當前還無法進行大面積的推廣應用。

例如，我國大型文博探索節(jié)目《國家寶藏》，其正是對全息影像技術的高度整合應用，其中紗盒巨大的立方體空間及投影模式呈現(xiàn)了獨立神秘的舞臺空間。在“國寶亮相”的重要環(huán)節(jié)中，位于舞臺視覺中心的紗盒環(huán)抱國家寶藏緩緩推出，色彩、清晰度都極為逼真，且具有極強的立體感，真實再現(xiàn)了國家寶藏的影像全貌（圖3）。

5 360°全景漫游技術

360°全景漫游技術主要是利用專業(yè)攝像機針對場景圖像信息進行全面的捕捉，然后利用軟件對各種圖片實施拼合處理，最終選擇專門的播放器進行場景的播放，把平面照與計算機圖轉(zhuǎn)變?yōu)?60°的全景場景。360°全景漫游技術本身是一種可以在終端平臺中通過平面圖像構(gòu)建的一個能夠進行互動而又虛擬存在的三維虛擬場景。對觀眾來說，能夠針對虛擬空間實施360°全景觀看，同時也可以在這個過程中進行互動操作，選擇自主觀看的目標。對文物領域來說，360°全景漫游技術的主要優(yōu)勢在于，其能夠打破傳統(tǒng)三維漫游只能夠從一個視角進行控制的問題，同時技術本身也不需要耗費大量成本針對場景開展一比一建模，而是通過攝像器獲取相關素材，然后把真實影像資料與計算機腳本語言實施高度融合，就能夠進行360°全景展示。相較于傳統(tǒng)三維建模技術而言，360°全景漫游技術的現(xiàn)實感更強，制作也更為便捷，技術成本低，周期短。與此同時，360°全景漫游技術輸出的文件也相對較小，當前網(wǎng)絡完全能夠滿足要求。尤其是對文物領域的應用來說，其對真實度要求非常高，360°全景漫游技術的優(yōu)勢就變得更為突出，同時還能夠根據(jù)文物領域的展示要求，在全景互動過程中融入文字、音頻、視頻等多元化的信息資料，讓觀眾不但能夠獲取整體層面的參觀感受，還能夠進一步感知場景中的各個細節(jié)部分。此外，文物展示還可以在多重觸摸系統(tǒng)、大屏幕全屏互動投影上呈現(xiàn)，觀眾可以直接手動操縱從二維的平面轉(zhuǎn)變成虛擬的三維空間的影像，可以任意放大縮小，甚至從各個方向移動觀看整個場景。

我國京劇藝術大師梅蘭芳先生的紀念館就引入了360°全景漫游技術，通過在空間構(gòu)造和參觀順序方面做一個完善的全局謀備，分別收集展廳、建筑外的全景信息，利用360°全景漫游技術針對各種影像信息進行評價，再在拼接組合成功的全貌影像上進行一系列的外部資源信息鏈接，觀眾可以用鼠標拖動，模擬攝像機搖鏡頭的角度，觀眾通過自主操控，與梅蘭芳紀念館進行直接的互動。

6 結(jié)語

綜上所述，5G時代的全面到來，科學技術、信息化技術的不斷發(fā)展，越來越多新興技術的不斷研發(fā)應用，無疑能夠為文物管理工作提供更多的技術支持。通過3D技術的綜合應用，能夠進一步提升文物保護、文物修復、文物展示的科技含量，助推博物館文物管理工作的發(fā)展。這就需要博物館重視新興技術的作用，積極加大新興技術的研發(fā)投入力度，嘗試引入更多的信息技術應用于文物管理，從而有效推動文物管理機構(gòu)各項工作的有序開展。

注釋

①康虎.3D打印技術在青銅器文物保護中的運用分析[J].卷宗，2021（9）：359.

②楊蘊.淺談3D打印技術在陶瓷類文物修復和復制中的應用[J].文物保護與考古科學，2015，27（2）：110-113.

③朱長永，馬超，沈九美.三維數(shù)據(jù)處理及3d打印技術在文物修復中的應用[J].數(shù)碼世界，2018（8）：17.

④宋歌.智能制造背景下3D打印技術的現(xiàn)狀及趨勢分析[J].中國設備工程，2021（9）：262-263.

⑤李其良.硅橡膠制模在文物復制中的廣泛應用[J].文物修復研究，2018（00）：124-130.

⑥李寧.基于高分子材料3D打印成型技術的研究[J].當代化工研究，2021（12）：161-162.

⑦曹鋒，毛小龍.3D打印技術在古陶瓷修復配補過程中的應用研究[J].中國陶瓷工業(yè)，2021，28（4）：36-40.

⑧孫帥，趙朋.基于低空無人機技術的文物建筑“三位一體”實景三維信息模型構(gòu)建與應用—以山西省李莊文廟為例[J].華中建筑，2017，35（6）：34-37.

⑨楊超.基于三維展示的博物館空間多要素交互系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2021，44（12）：155-158.

⑩張寶文，陳達銀.全息技術在博物館中的應用—以長安大學地質(zhì)博物館為例[J].信息與電腦：理論版，2021，33（8）：34-36.

k方禾.HOLO投影小史—全息成像技術在博物館應用實踐與變革[J].中國博物館，2018（2）：13-17.