現代科學技術在文物保護中的應用

韓保鑫

（黑龍江省博物館 黑龍江 哈爾濱 150001）

現代科學技術在文物保護中的應用

韓保鑫

（黑龍江省博物館 黑龍江 哈爾濱 150001）

文物數字化已成為文保研究中的重要工作，運用現代科技手段，使出土文物得到及時有效的修復、保護,使藏品保管信息系統(tǒng)化，文章從幾個角度介紹了三維掃描技術、二維圖像技術及信息管理數字化平臺的建立對文物保護信息數字化的應用。

文物保護；信息；數字化

文物是縱觀古文明的載體，是中國五千年文明史的見證，是不可再生、不能替代的歷史文化遺產。隨著年代久遠，遭遇了日曬、風化、土埋、水浸、脫水、腐蝕等各種破壞，如果不及時加以修復保護，這些文物隨時間流逝日益糟化，精美的面貌和實體最終走向消亡。塵封千年的文物出土后，如何善加修復，妥善保存，如何讓地域更為廣泛和年代更為深遠的人們能夠永恒共享到這些精美文物及其中所蘊含的文明，這就要求文物保護工作者對其特定的價值充分認識，恰當的制定保護、修復措施，以便獲得文物保護的成功。

傳統(tǒng)的文物修復主要依靠文物修復人員對殘缺文物的判斷和手工拼合來完成的，修復人員需要有大量的人文、歷史、美術、考古等知識基礎，同時還需要有很高的手工工藝經驗和技巧。近年來,在傳統(tǒng)的修復、保護工藝得到繼承發(fā)揚的同時,先進科學技術，現代信息科技的廣泛應用，使出土文物的保護、加固、修復技術取得長足進展,借助先進的多媒體和虛擬現實技術來對我國古代文化遺產進行數字化、展示和有效保護，通過非接觸式的數據采集及光學測量技術，可以永久地保存文物信息，減少人為因素對文物的損壞，如果借助于互聯網，可以快速地實現資源共享，提高工作效率。文物保護修復正從手工藝行業(yè)逐漸發(fā)展成獨立的技術學科,形成完整的體系。

隨著信息化時代的深入發(fā)展以及計算機技術，特別是網絡技術、數字存儲與傳輸技術的全面普及，人們在工作、生活中對信息的加工、存儲、查詢、利用越來越便利，文物數字化保護也是如此，作為文物研究的重要輔助手段，文物數字化保護技術不僅能信息記錄、存儲，還能根據文物材質特點，利用數字化技術，或三維掃描方式，提供虛擬文物，供人們研究和欣賞。國外最為著名的有斯坦福大學的“米開朗基羅項目”,該項目將包括著名的大衛(wèi)雕像在內的10座雕塑數字化,其中大衛(wèi)雕像模型包括2億個面片和7000幅彩色照片[1]；國內文物數字化項目主要有:故宮博物院與日本凸版印刷株式會社合作的數字故宮項目[2]；浙江大學開發(fā)的敦煌石窟虛擬漫游與壁畫復原系統(tǒng)；秦兵馬俑博物館與西安四維航測遙感中心合作的“秦俑博物館二號坑遺址三維數字建?！表椖康取?/p>

一、文物信息數字化下的文物保護

文物信息數據的數字化，可將文物本身所承載、附加的物理特性、歷史地理信息、人文價值全部包含進去。文物信息以數字化的形式保存，可不受時空的限制，在線提供文物資料查詢功能，更簡單、有效地為相關單位研究課題提供便利。而且，建設數字化系統(tǒng)，一次投資以后，可以無限次使用。文物信息數據的數字化，也使我們在對文物進行研究或觀測時，可脫離文物實體，減少了文物在搬運、移動過程中可能出現的意外。

我國博物館的數字化建設自2001年9月啟動的“文物調查及數據庫管理系統(tǒng)建設”項目起，故宮博物院組建了資料信息中心，開通了院內的計算機光纖網絡系統(tǒng)和各類管理型數據庫，建立了國際網站，使遠在異地的人們就可以通過網絡暢游這座神秘的宮殿，一窺它雄奇瑰麗的建筑和琳瑯滿目的文物。浙江大學也與敦煌研究院合作，利用計算機存儲與圖像處理以及數字攝影測量等技術，對敦煌壁畫和石窟檔案文獻資料進行了信息保存，并有限地實現了敦煌洞窟壁畫的實景漫游，這對減少敦煌洞窟的參觀人數，最大程度保護這一世界瑰寶起到了一定的作用。

二、文物保護數字化技術的幾個方向應用

現代設計與制造技術的引入，將文物修復與現代化的計算和制造技術結合，形成新的技術增長點，減少了修復技術人員大量的手工工作量，改善了工作環(huán)境，給修復工作者提供了更好的發(fā)揮想象力的條件，同時可以減少在修復過程中對文物的損傷，提高文物修復的質量。

1.三維激光掃描技術對文物修復保護的作用。隨著計算機圖形學、計算機視覺等學科的不斷完善，數字技術使文物修復方式更加便利，利用數字化平臺，拍攝，掃描等方式對文物的形狀、大小、顏色數據的錄入，完成重建物體從平面像素點到三維空間點的轉化，三維掃描技術能實現非接觸測量，且具有速度快、精度高的優(yōu)點。同時可運用3DSMAX，AUTOCAD等計算機輔助設計創(chuàng)建模塊，便于對文物本身的數據測量，鑒定，或復原紋飾，創(chuàng)建新的仿制品，這對文物數字化保存、展示等有著重要作用。

精準重建出的文物三維模型在永久保存文物原貌、文物鑒賞和研究、文物修復等方面有著重要的意義，同時利用虛擬實現手段對數字化三維文物模型進行三維可視化展示，改變了傳統(tǒng)文物展示模式，人們可身臨其境的在三維虛擬環(huán)境中多角度游覽。

2010年8月20日，在內蒙古博物院召開的吐爾基山遼墓出土文物3D信息采集系統(tǒng)研發(fā)初步成果展示會上，內蒙古吐爾基山遼墓中出土的珍貴文物之一——鏨花鎏金龍紋銀盒，可以通過觸摸屏360度仔細觀看它的每個細部；如果你是研究者，只需點擊就能得到器物上任何一個點的三維數據，還可以任意選取兩個點得到精確到小數點后三位的毫米單位的測量數據。甚至連銀盒上龍紋的起伏度都能知道；如果這件文物要外出展覽，只要將它的三維數據輸入數字化機床，即可制作出類似翻模般嚴絲合縫的包裝，完全無觸摸。所有這一切，都能在計算機上完成。

通過三維掃描和高清照相等采集手段獲取文物的三維數據和色彩紋理信息，建立實物三維模型數據庫，保存文物原有的各種形式數據和空間關系等三維數據。實現文物數據的科學、精準、翔實和永久保存。數據庫管理系統(tǒng)還實現了文物三維信息的自動管理、檢索、報表及展示等功能。此外，利用取得的數據開發(fā)互動虛擬展陳產品，提升展陳質量。同時，三維數據還被用于加工文物的無觸摸包裝，大幅度提高文物包裝的保護作用。

2.文物影像技術對文物修復的意義。數字化的文物信息不但把存儲介質由紙質上升為磁光介質，而且所保存的文物本體信息及其衍生信息更加全面、精確。文物影像技術能夠全方位、多層面記錄的文物實體的數字化影像，數字攝影測量技術是通過獲取一系列物體對象的照片，解析演算出物體空間外形的技術方法[3]，高倍率的文物影像突破了肉眼的限制，能夠為研究部門及參觀者提供多角度的研究、觀測數據。浙江大學潘云鶴院士基于敦煌工作者經驗知識利用計算機輔助工具對古代敦煌莫高窟壁畫的數字化保護與修復研究，對敦煌壁畫虛擬復原及演變模型研究、綜合變褪色機理及壁畫風格的色彩演示技術發(fā)表的相關文獻有[4-6]。利用數字化圖像沒有破壞性、效率高的特點,對由于保護的不當和環(huán)境因素的影響使作畫的顏料變色、褪色和載體材料老化,失去了原有的面貌的古畫，基于顏色調整，進行恢復,對古畫的彩色對比度進行增強并用紋理合成的方法，對古畫中殘損的地方進行修補。對古畫的保護與修復具有重要的參考意義。

3.數字化信息采集、存儲與數字化博物館的建立。實體博物館的信息是依附于藏品存在的。由于藏品具有不可再生和無可替代的特點，所以各博物館十分重視其安全，非常強調“保護為主”的原則，以求最大限度保持藏品原狀，盡可能減少藏品的自然、人為損壞，實現長久保存，但也難免使藏品保管帶有“重藏輕用”的傾向。此外，在藏品保管過程中會產生各種信息記錄，如館藏文物的入庫憑證、目錄卡、文物總帳、分類帳、影像資料、鑒定材料、相關論著、保護修復記錄等。這些資料包含了大量的學術、管理信息，具有重要的價值。在過去，這些繁瑣的信息保管工作完全依靠人工，不僅消耗了大量的人力、物力，也制約了博物館的效率和對資料的有效研究，在一定程度上影響了博物館藏品的保護和利用。

文物數字化信息的建立以文字、符號、圖像等形式，記錄、描述、復制、加工在數字載體上，借助虛擬現實、三維空間、影像、聲音等途徑，來彌補文物實體因受到條件限制而不能經常更換或展出的缺陷。由于建立了數字檔案，除展出、保養(yǎng)外，一般無須提取文物本身，大大減少了受損壞的風險，有利于文物的保護。更為重要的是，數字化系統(tǒng)可將藏品按質地、形狀、年代等條件科學地歸類存放。管理者借助計算機的統(tǒng)計功能，能方便快捷的有效檢索到藏品及相關資料存放的具體位置。

文物作為人類文明的歷史遺產，經過多年的陳放，環(huán)境或人為等因素對文物的影響，從文物的表面到內部，都可能存在各種各樣的問題，從文物保護的角度，利用現代科技技術平臺提出文物保存環(huán)境質量的綜合評價報告，制定嚴格的文物環(huán)境質量標準，以便正確判斷文物應采取的有效保護措施。從文物研究和技術應用的角度，采用各種數字化信息技術，更加便利、節(jié)約成本的作用。打破傳統(tǒng)文物研究中文物實體易損壞、不易搬動以及所承載的信息資料分散、無序等難點，將那些常年沉睡于庫房的不方便研究的文物喚醒，使其真正為文物研究起到應有的作用。

[1]LevoyM,PulliK.The Digital Michelangelo Project:3D scan-ning of large statues[C]//Siggraph’2000.[s.l.]:ACM Press,2000.

[2]徐虎.虛擬現實技術應用于故宮文物保護[J].中國文化遺產,2004(3):79-81

[3]黃桂平.數字近景工業(yè)攝影測量關鍵技術研究與應用[J].天津大學，2005

[4]吳玉涵.周明全.三維掃描技術在文物保護中的應用.計算機技術與發(fā)展.2009(9):173-175

[5]田野.博物館數字化之路的起點[N].光明日報，2007-01-17

[6]張序貴,朱利容.黑白像錦紋織CAD設計及產品開發(fā)[J].絲綢，2008(1):13-14.