虛擬仿真技術(shù)在古陶瓷修復(fù)中的研究和應(yīng)用

饒鑒 王珊

摘要：古陶瓷是我國不可再生也不可永生的珍貴文化資源，也是我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護的重要項目，但是受時代變遷與外在因素的影響，很多古陶瓷文物不僅沒有得到合理的保護，而且與其相關(guān)的修復(fù)技術(shù)也沒有得到合理的應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)能突破傳統(tǒng)古陶瓷保護方法的局限性，幫助工作人員掌握先進的修復(fù)技術(shù)，增強修復(fù)體驗感，讓古陶瓷展示效果立體化、科學化、數(shù)字化，保證古陶瓷修復(fù)結(jié)果的高保真度等。獨有的古陶瓷修復(fù)步驟，能使工作人員在不損傷古陶瓷的前提下積累修復(fù)經(jīng)驗，提高古陶瓷的還原度，使古陶瓷在繼承中得到有效的保護和利用，因此我們要實現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)與古陶瓷修復(fù)技術(shù)的緊密結(jié)合。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);古陶瓷修復(fù);文物保護

中圖分類號：K876.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）09-0-02

1 我國古陶瓷文物存留及修復(fù)現(xiàn)狀

我國是陶瓷的發(fā)源地，也是世界著名的陶瓷古國，從新石器時代的陶片到隋唐五代的彩陶、花釉瓷器，再到明清時期裝飾豐富、款式精美、色彩絢麗的成熟陶瓷，中國的陶瓷業(yè)經(jīng)歷了漫長的歲月，打造出了一批影響范圍廣、使用價值高、品種豐富、數(shù)量巨大的陶瓷產(chǎn)品。目前最常見的古陶瓷有青花瓷器、雕塑瓷器、三彩陶瓷、青瓷、汝瓷、鈞瓷、建盞、紫砂器等，其不僅能夠反映出各朝各代的政治、經(jīng)濟、貿(mào)易往來等變遷，也將中華民族文化發(fā)展的燦爛歷史呈現(xiàn)得淋漓盡致。因此，對古陶瓷進行專業(yè)合理的修復(fù)顯得尤為重要。

在修復(fù)過程中，古陶瓷類別的多樣性、修復(fù)過程的復(fù)雜性，以及修復(fù)材料和工具的獨特性，讓古陶瓷的修復(fù)與復(fù)制工作變得更具挑戰(zhàn)性。修復(fù)人員不僅要掌握修復(fù)各類古陶瓷的基礎(chǔ)知識和制作工藝，還要結(jié)合科學的技術(shù)保護古陶瓷，靈活運用各種古文物的修復(fù)方法和技術(shù)[1]。目前，傳統(tǒng)的古陶瓷修復(fù)工作主要包括兩個方面： 一是清除古陶瓷上的雜質(zhì)、泥土等附著物;二是通過粘接、補缺、打磨、打底、上色、做舊等修補古陶瓷殘缺部分，其目的是恢復(fù)破損古陶瓷器原有的形、胎、釉、彩，以及消除老化痕跡，從而體現(xiàn)出所修古陶瓷的歷史價值。

雖然，陶瓷是由各種無機物原料經(jīng)過高溫燒制而成，具有一定的硬度和耐腐蝕性，但是在修復(fù)過程中，陶瓷過低的韌性使它經(jīng)不起撞擊甚至磕碰，任何修復(fù)人員也不能保證古陶瓷在修復(fù)過程中不會遭到二次破壞，因此古陶瓷修復(fù)在古代文物修復(fù)工作中處于特殊位置。古陶瓷修復(fù)的行業(yè)現(xiàn)狀如下：第一，由于當代社會發(fā)展較快，很多古建筑、古遺址及其周邊的環(huán)境遭到破壞，大量古陶瓷文物受到影響;第二，古陶瓷文物受損數(shù)量與古陶瓷文物修復(fù)人員的數(shù)量不對等，專業(yè)修復(fù)人員極度緊缺;第三，古陶瓷修復(fù)人員進入傳統(tǒng)文物修復(fù)行業(yè)后，必須經(jīng)過長時間的學習和實踐，才能取得工作成效和經(jīng)濟回報，因此此行業(yè)內(nèi)人才流失的情況嚴重;第四，由于古陶瓷所處的年代具有特殊性，很多現(xiàn)代修復(fù)材料無法與其契合，因此盲目修復(fù)會對古陶瓷造成二次破壞;第五，由于古陶瓷修復(fù)使用的試劑常具有易燃性、腐蝕性和毒性，保管需要花費很大的精力，修復(fù)成本費用較高;第六，大件的古陶瓷因體積和受損面積較大，不易修復(fù)?；诖耍覀儾坏貌唤柚冗M技術(shù)來應(yīng)對古陶瓷修復(fù)過程中的困難與挑戰(zhàn)[2]。

2 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)也被稱為仿真技術(shù)或模擬技術(shù)，是計算機技術(shù)、電子技術(shù)、圖像處理技術(shù)等技術(shù)的綜合產(chǎn)物，也是用一個系統(tǒng)模擬另一個真實存在系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)可以在多維信息空間上創(chuàng)建一個新的虛擬信息場景，具有三大特點。第一，沉浸性。用戶可以通過虛擬仿真技術(shù)突破現(xiàn)實中無法操作的種種限制，使觸覺、聽覺、視覺等得到身臨其境的感受和體驗，讓自身成為整個虛擬世界的直接參與者。第二，交互性。用戶可以操作、控制模擬環(huán)境中的物體，物體接到指令后，也會及時向用戶反饋信息。第三，構(gòu)想性。虛擬仿真技術(shù)具備廣闊的想象空間，能在一定范圍內(nèi)擴寬用戶群體的認知，不僅可以模擬真實存在的環(huán)境，也可以構(gòu)思出客觀世界不存在或者不可能出現(xiàn)的環(huán)境[3]。

虛擬仿真技術(shù)因其特點，具備極大的發(fā)展優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。目前，虛擬仿真技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于計算機相關(guān)行業(yè)，也在其他行業(yè)得到應(yīng)用，如城市規(guī)劃、樓盤配套設(shè)施模擬、室內(nèi)裝修、醫(yī)學工程、電子競技、實驗教學設(shè)備以及文物修復(fù)等等。隨著5G、云儲存、數(shù)字化等技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)勢必會引領(lǐng)各行各業(yè)的發(fā)展，成為新媒體領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

3 虛擬仿真技術(shù)在古陶瓷修復(fù)中的優(yōu)勢

在虛擬仿真技術(shù)得到快速發(fā)展以及古陶瓷修復(fù)行業(yè)面臨困難的兩大前提下，利用虛擬仿真技術(shù)修復(fù)古陶瓷十分必要，可以將古陶瓷修復(fù)與保護工作提高到一個新的高度。虛擬仿真技術(shù)在古陶瓷修復(fù)中的優(yōu)勢可概括為五點。

3.1 突破傳統(tǒng)古陶瓷保存方法的局限性

傳統(tǒng)的古陶瓷修復(fù)，一般通過二維圖像、文字描述、攝影圖片、影像記錄等方式保存，這種方式極易受到外界的影響。運用虛擬仿真技術(shù)，不僅可以將古陶瓷的文字、照片、視頻等快速整合，實現(xiàn)信息的數(shù)字化存儲，方便觀眾觀看，而且能夠突破時間、空間的限制，使任何人都能獲取最新的文物數(shù)據(jù)與資源，幫助館藏人員、修復(fù)人員等快速搜索全球古文物資料，促進古陶瓷文化的繼承與傳播[4]。

3.2 幫助工作人員掌握先進修復(fù)技術(shù)

在古文物修復(fù)過程中，由于文物具有一定的特殊性、復(fù)雜性、保密性、不可再生性，且知識內(nèi)容表述抽象、晦澀難懂，使用的修復(fù)試劑常具有易燃、腐蝕性和毒性，大批修復(fù)人員難以反復(fù)實踐和練習。但虛擬仿真技術(shù)為古陶瓷修復(fù)工作提供了極大的便利，它不僅能在不損傷古陶瓷的前提下，幫助修復(fù)人員積累修復(fù)經(jīng)驗，提高古陶瓷修復(fù)的還原度，而且能幫助修復(fù)人員更好地掌握先進的修復(fù)技術(shù)，縮短修復(fù)工期，節(jié)省修復(fù)成本。

3.3 增強修復(fù)人員的參與感與體驗感

相比傳統(tǒng)古陶瓷修復(fù)的單一體驗感，利用虛擬仿真技術(shù)，可以根據(jù)文物完整的數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬的修復(fù)場景，從而使修復(fù)人員在虛擬修復(fù)的過程中利用720°全景呈現(xiàn)技術(shù)、三維建模技術(shù)、畫面處理技術(shù)以及視頻音效技術(shù)，營造出更高清、更穩(wěn)定、更有立體感的視覺效果，進一步獲得聽覺、視覺等多種感官體驗，以此拉近古陶瓷與修復(fù)人員之間的距離，更好地達到保護文物、修復(fù)文物的目的。

3.4 讓古陶瓷展示效果立體化、科學化、數(shù)字化

古陶瓷文物是歷史的沉淀，是中華傳統(tǒng)文化的瑰寶，傳統(tǒng)的古陶瓷大多采用展柜、櫥窗的形式在博物館展出，如果濕度、溫度、光線不合適，將使古陶瓷文物遭到二次破壞。虛擬仿真技術(shù)可以將古陶瓷的內(nèi)涵、文化和立體的畫面、動聽的音樂、描述性文字相結(jié)合，高效、快速、生動地向觀眾展現(xiàn)古陶瓷文物，而且能讓觀眾沉浸在虛擬的數(shù)字博物館及文物展館中，通過親身感受，發(fā)揮想象力，在寓教于樂的過程中深入了解古陶瓷文物的文化內(nèi)涵和歷史意義。

3.5 保證古陶瓷修復(fù)結(jié)果具有高保真度

在傳統(tǒng)的人工修復(fù)工作中，免不了加入個人主觀想法，導(dǎo)致古陶瓷失去原本的意義與價值。但是虛擬仿真技術(shù)可以將古陶瓷的色彩、圖案、質(zhì)地等細節(jié)處理得更好，使其更接近原作，在保證古陶瓷修復(fù)結(jié)果具有高保真度的同時，給觀者帶來最真實的體驗。

4 利用虛擬仿真技術(shù)修復(fù)古陶瓷的基本步驟

古陶瓷作為中國歷史文化的“手工化石”，見證著人類歷史文明的變遷。在陶瓷發(fā)展歷程中，有幸遺留至今的古陶瓷大多呈碎片狀，因此古陶瓷修復(fù)是研究者最關(guān)注、最艱巨、最重要的工作項目。如今，大部分博物館開始利用虛擬仿真技術(shù)修復(fù)、展示古陶瓷，這主要通過八個步驟來實現(xiàn)。

第一，清理碎片。古陶瓷文物外部常常存在損壞之處，因此在利用虛擬仿真技術(shù)進行修復(fù)的過程中，修復(fù)人員首先要對古陶瓷文物進行徹底的清理。先整理好古陶瓷文物的碎片，按照陶瓷類別進行分類，并為其添加編號。然后，按照編號順序?qū)盘沾晌奈锏乃槠M行清洗，在保證陶瓷表面紋理不受損壞的基礎(chǔ)上，洗凈陶瓷碎片邊緣的泥沙與灰塵[5]。

第二，掃描碎片，保存數(shù)據(jù)。陶瓷碎片清洗晾干之后，修復(fù)人員再使用三維測量儀和激光掃描儀對其進行掃描，并對掃描得出的數(shù)據(jù)結(jié)果進行保存。在此過程中，為了防止古陶瓷發(fā)生二次損壞或者產(chǎn)生其他有害反應(yīng)，工作人員還需避免掃描儀的燈光直接照射古陶瓷碎片的表面。

第三，圖片預(yù)處理。工作人員還需要對古陶瓷掃描圖片的反光位置與噪點位置進行預(yù)處理，并利用數(shù)字化技術(shù)手段對古陶瓷表面進行平整度和銳化效果的處理，以此保證掃描圖片的清晰度和真實度。

第四，數(shù)據(jù)分析。將古陶瓷碎片掃描所收集的紋理、色彩、材質(zhì)、形狀等信息進行分析和比對，提取和歸納整理后的圖像數(shù)據(jù)，并對其進行合理的優(yōu)化處理，最終獲得完整清晰的古陶瓷圖像。

第五，繪制模型。完成對古陶瓷數(shù)據(jù)的收集和分析后，利用CAD、3D等電腦軟件繪制陶瓷表面模型，并基于計算機軟件，進行3D重建，增強模型的立體感，完成古陶瓷的三維模型，將所有古陶瓷碎片在模型基礎(chǔ)上進行粘接與補配。在建模過程中，還需對古陶瓷模型進行打底、隨色和紋飾細節(jié)等處理，以此保證模型的真實度[6]。

第六，搭建模擬場景。為了保證古陶瓷模型的色彩效果，增強模擬場景的真實感和立體感，需要對模型的擺放位置、打燈方向、原有顏色，以及環(huán)境的燈光強度等信息進行多次確認，再通過逆向計算的方法，去除環(huán)境光照對古陶瓷文物模型的明暗、高光、反光和色彩的影響。基于此，利用渲染軟件增強背景效果，讓整個古陶瓷模型得到合理渲染。

第七，導(dǎo)出虛擬圖像信息。工作人員搭建完場景后，就可以將模型圖導(dǎo)入VRP軟件中，創(chuàng)造360°的全景觀賞效果了。將VRP軟件生成的模型圖像導(dǎo)出FLSH控件，把繪制的古陶瓷文物模型添加到文物博物館數(shù)據(jù)庫，然后通過動態(tài)網(wǎng)站、H5、手機APP展示所修復(fù)古陶瓷的具體信息[7]。

第八，數(shù)字化展示。為了增強觀者的體驗感，可以將模擬修復(fù)得出的古陶瓷圖像應(yīng)用到博物館、展覽館等虛擬場景中，并搭配音樂、燈光、文字等效果，營造一個立體化且互動性強的虛擬空間，讓觀眾近距離感受古陶瓷文物的魅力。

至此，我們就成功利用虛擬仿真技術(shù)完成了古陶瓷的修復(fù)和展示工作，因為該技術(shù)能夠有效保護古陶瓷文物，所以已在博物館、展覽館得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)通過清理碎片、保存數(shù)據(jù)、圖片預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、繪制模型、搭建模擬場景、導(dǎo)出虛擬信息等步驟，對古陶瓷進行精準修復(fù)，通過數(shù)字技術(shù)對古陶瓷進行立體化展示，無疑將古陶瓷的修復(fù)和展示提升到了一個新的高度。

虛擬仿真技術(shù)在古陶瓷修復(fù)中的應(yīng)用，是新的科技手段幫助傳統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展的范例，也是跨學科領(lǐng)域合作的典型。這項應(yīng)用具體表現(xiàn)在修復(fù)破損古陶瓷和創(chuàng)新古陶瓷展示方式上，一方面可以保證古陶瓷修復(fù)工作的順利進行，帶動我國陶瓷事業(yè)與文物保護的發(fā)展，另一方面可以促進虛擬仿真技術(shù)及新媒體技術(shù)行業(yè)的發(fā)展。隨著科技的不斷進步，虛擬仿真技術(shù)研究將得到更多的關(guān)注，為中國的文化建設(shè)添磚加瓦。

參考文獻：

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[7] 曾玉成. VR技術(shù)對古陶瓷修復(fù)和展示的研究和運用[J].科技傳播，2016，8（10）：148，157.

作者簡介：饒鑒（1980—），男，湖北武漢人，博士，教授，研究方向：視覺傳達設(shè)計。