【摘要】中國經(jīng)歷五千年的歷史積淀，積累了豐富的燦爛文化，同時(shí)也給后人獻(xiàn)出了一份寶貴的文化遺產(chǎn)?，F(xiàn)今，由于歷史變遷等各種因素，許多的文物建筑已經(jīng)無法保存完整，展現(xiàn)在大眾眼前，對(duì)珍貴文物的保護(hù)工作亟需引起大眾關(guān)注。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“像愛惜自己的生命一樣保護(hù)好城市歷史文化遺產(chǎn)”， 這也是國家賦予每個(gè)公民的歷史責(zé)任。如何及時(shí)采取有效措施、方法和技術(shù)，對(duì)文物風(fēng)貌更好的進(jìn)行保存，已經(jīng)成為當(dāng)代面臨的現(xiàn)實(shí)問題。

【關(guān)鍵詞】三維掃描技術(shù)；文物保護(hù)；優(yōu)勢(shì)；應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TP236 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

引言

隨著三維掃描技術(shù)的發(fā)展，三維掃描設(shè)備的精度、運(yùn)行速度和便捷程度都得到穩(wěn)步提升，擴(kuò)大了三維技術(shù)運(yùn)用范圍，在文物保護(hù)方面也發(fā)揮了重要作用。我國歷史文化悠久，保存下來的文物就是其中一部分，文物與其它物品不一樣，它是不可再生的，出土之后難以保存。為了解決這一問題，采用三維掃描技術(shù)，建立起文物數(shù)字模型，開發(fā)文物模擬展示、文物修復(fù)保護(hù)和文物檢索等功能，實(shí)現(xiàn)利用三維掃描技術(shù)對(duì)文物進(jìn)行保護(hù)[1]。

一、三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的優(yōu)勢(shì)

（一）單點(diǎn)采集轉(zhuǎn)為批量式采集

傳統(tǒng)的單點(diǎn)采集存在一定缺陷，運(yùn)行過程中誤差比較大，使用時(shí)間長，容易受到外界干擾，這些缺陷往往容易造成掃描工作中的障礙，延緩工作進(jìn)度，工作人員在對(duì)文物進(jìn)行測(cè)量和繪畫時(shí)，一般需要先規(guī)劃好整個(gè)流程，這個(gè)過程又會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)的測(cè)繪條件無法達(dá)到現(xiàn)代的測(cè)量繪畫需求，出現(xiàn)發(fā)展不平衡的現(xiàn)象，測(cè)繪中要想得出精確的數(shù)據(jù)，繼續(xù)沿用傳統(tǒng)測(cè)繪方式已經(jīng)難以完成，后期工作中也需要不斷跟進(jìn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)測(cè)繪，如果沒有獲取到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，測(cè)量就會(huì)出現(xiàn)偏差，會(huì)影響到正常的三維掃描，導(dǎo)致多種數(shù)據(jù)無法連貫銜接，相互融合，不能完整建立三維模型，進(jìn)而影響文物工作的順利開展。文物中難以保存的是不可移動(dòng)的建筑類，其測(cè)量依據(jù)傳統(tǒng)方式難以得出精確結(jié)論，引用三維掃描技術(shù)后，測(cè)繪時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)批量式采集，能夠保證測(cè)量最終結(jié)果和所測(cè)對(duì)象高度一致。[2]

（二）實(shí)現(xiàn)了外業(yè)測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)化

文物測(cè)繪工作過程中會(huì)涉及到需要室外研究，比如說大型建筑和雕塑等，這樣的工作需要投入大量人力物力，室內(nèi)根本無法進(jìn)行，因此，需要專業(yè)人員搭腳架、爬屋頂、上房梁，對(duì)專業(yè)人員的體力也是一項(xiàng)考驗(yàn)，而且過程中會(huì)存在危險(xiǎn)。同時(shí)在測(cè)量中極大可能會(huì)損害文物的完整性，給文物帶來傷害。此外，室外研究也要考慮到天氣因素，尤其是在西北地區(qū)，惡劣的風(fēng)沙天氣可能會(huì)影響到測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，利用三維掃描技術(shù)可以用達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量密度對(duì)文物進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)繪得出的數(shù)據(jù)保存到電腦當(dāng)中，利用計(jì)算機(jī)軟件復(fù)原相同比例的物體原型，化繁為簡(jiǎn)，把繁重的室外測(cè)繪工作縮小到室內(nèi)進(jìn)行，改善工作人員的工作環(huán)境，降低工作難度[3]。

二、三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的誤區(qū)及問題

（一）忽視控制測(cè)量的作用

三維掃描儀掃描出被測(cè)物體的距離，獲取到被測(cè)物體坐標(biāo)信息和反射信息，掃描中自身帶有的傳動(dòng)裝置對(duì)物體進(jìn)行自動(dòng)掃描，全方位勘察，總結(jié)出所測(cè)物體的整體數(shù)據(jù)，這就是三維掃描技術(shù)中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。不管是哪一種掃描測(cè)量，都是為了獲取準(zhǔn)確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，都需要對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位分析，多角度比較，保證最精準(zhǔn)的狀態(tài)，依據(jù)整體到局部的測(cè)量原則，限制測(cè)量中出現(xiàn)的誤差，在點(diǎn)云連接過程中，更是要注意拼接數(shù)量保持在一個(gè)水平，自由拼接時(shí)注意拼接數(shù)目，避免由于拼接過量導(dǎo)致點(diǎn)云數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，點(diǎn)云精度下降，實(shí)際操作中這一問題沒有引起人們的關(guān)注。

（二）實(shí)際精度與標(biāo)示精度存在差異

實(shí)際測(cè)量過程中，掃描文物的幾何和紋理，以數(shù)字形式儲(chǔ)存或構(gòu)建三維模型，具有速度快、精度高等特點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于文物保護(hù)項(xiàng)目中。但三維掃描技術(shù)也不是能夠面面俱到的，有時(shí)候也無法準(zhǔn)確測(cè)量物體的外形輪廓，當(dāng)今科技水平越來越發(fā)達(dá)，一個(gè)普通地面三維掃描儀器的精度可以達(dá)到2-3毫米，而且還能根據(jù)距離的增大而相應(yīng)的比例增大，但是如果不能視情況而定，一旦出現(xiàn)其也有無法測(cè)量到的目標(biāo)，比如說一般使用的激光對(duì)圓弧邊緣地方，測(cè)量精度就會(huì)比其他平整地方呈現(xiàn)模糊下降趨勢(shì)，外在呈現(xiàn)出密度逐漸縮小、邊緣缺失化等現(xiàn)象。例如中國古代建筑中常用的琉璃磚瓦，利用三維掃描技術(shù)掃描的成果不佳，甚至有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)無法掃描的情況。[4]

三、三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用

三維掃描技術(shù)源于國外，因此許多發(fā)達(dá)國家對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究更為深入，文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用更為廣泛，國外知名項(xiàng)目有2003年的美國數(shù)字化米開朗基羅項(xiàng)目，是由斯坦福和華盛頓大學(xué)選取10座著名雕像作為研究對(duì)象，對(duì)大衛(wèi)雕像模型掃描后獲取了兩億個(gè)面片和7000多張照片，研究人員在結(jié)合高分辨率照片進(jìn)行三維建模過程中，分析了雕像外部輪廓線條，實(shí)現(xiàn)了文物數(shù)字化目的。近年來國內(nèi)許多文物保護(hù)單位也在研究文物數(shù)字化項(xiàng)目，利用三維掃描技術(shù)先后在北京故宮博物館和秦始皇兵馬俑博物館開始試驗(yàn)，效果顯著。國家在文物保護(hù)力度上逐漸加大，利用掃描技術(shù)應(yīng)用到文物保護(hù)中的范圍也越來越廣泛，為我國古建筑文物實(shí)現(xiàn)數(shù)字化保護(hù)提供了參考依據(jù)。

（一）建立網(wǎng)絡(luò)資料檔案

運(yùn)用三維掃描技術(shù)對(duì)文物進(jìn)行掃描測(cè)量，能夠?yàn)槲奈镅芯空呓?zhǔn)確的檔案資料，供其使用，三維掃描技術(shù)可以將掃描后的結(jié)果整理成數(shù)據(jù)，然后利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)儲(chǔ)存起來，建立網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)，專門對(duì)其進(jìn)行研究，可以定時(shí)定點(diǎn)對(duì)文物數(shù)據(jù)觀察測(cè)量，及時(shí)記錄變化情況，可以對(duì)比其中關(guān)于顏色特征、紋路走向等狀態(tài)變化，保證文物研究工作處于平穩(wěn)狀態(tài)發(fā)展。工作人員在定時(shí)定點(diǎn)觀察中，對(duì)比出異常數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)修復(fù)關(guān)鍵及文物的保存狀態(tài)，及時(shí)采取措施，延長文物壽命。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建立可以幫助廣大工作者能夠有一個(gè)無障礙交流的空間，促進(jìn)文物研究者對(duì)文物直觀形象的了解，避免由于外部客觀時(shí)間空間限制，延誤對(duì)文物的全面研究。此外，還可以有選擇性的將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫其中的內(nèi)容發(fā)布到網(wǎng)上，形成類似于博物館一樣的網(wǎng)上服務(wù)平臺(tái)，借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將中國古代文物文化讓更多的人了解，并積極進(jìn)行傳播，從而提升國家文化軟實(shí)力。[5]

（二）繪制二維線畫圖

二維線繪圖可以看作在文物保護(hù)工作中的基礎(chǔ)性語言，其原理就是利用外部簡(jiǎn)單繪圖軟件，利用掃描軟件，以測(cè)繪數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)來繪制圖形，比如說平面圖，立體圖或者剖面圖等。二維線繪圖的成功運(yùn)用能夠幫助文物保護(hù)工作有序運(yùn)行，促進(jìn)文物測(cè)繪調(diào)查工作能夠順利進(jìn)行，推動(dòng)以后規(guī)章制度的制定、施工的設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)制定等項(xiàng)目，由于二維線畫圖需要掌握對(duì)象準(zhǔn)確的長寬高數(shù)據(jù)，三維掃描工程正好能夠?yàn)槎S線畫圖提供這些數(shù)據(jù)，因此，這種高精度數(shù)據(jù)能夠幫助人們便于繪出完整的二維線圖，加強(qiáng)繪制圖的適切性和準(zhǔn)確性。

（三）精細(xì)相片

實(shí)際中的一些文物在對(duì)其拍攝時(shí)，對(duì)顏色質(zhì)地、整體結(jié)構(gòu)等方面都具有較高水平，比如說油畫、浮雕、出土文物等，三維掃描技術(shù)對(duì)于這些要求都有一定的處理技巧，在顏色上采用還原度高的色彩搭配，材料結(jié)構(gòu)使用高精度的納米技術(shù)合成，準(zhǔn)確把握到物體的整體空間架構(gòu)，制作出更為形象逼真的照片，利用點(diǎn)云生成技術(shù)，在攝影圖像中，避免傳統(tǒng)相機(jī)的模糊效果造成視覺誤差，此外，還具有相機(jī)的高分辨率，不易混淆的特點(diǎn)。利用三維掃描技術(shù)制作的相片，很大程度上幫助了研究者對(duì)文物的研究工作，同時(shí)還符合大眾的審美觀念，可以作為網(wǎng)絡(luò)博物館的展覽品出現(xiàn)在大眾視野當(dāng)中。[6]

四、結(jié)語

文物是我國歷史時(shí)代的產(chǎn)物，包括了人類漫長的歷史時(shí)期中發(fā)生在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面的進(jìn)展?fàn)顩r，獻(xiàn)給后人一份完美而珍貴的文化禮物，在歷史演變發(fā)展中，由于地理環(huán)境、人為改造等因素，這些文物不斷受到侵蝕和破壞，為了保護(hù)這些文物，研究者發(fā)現(xiàn)了三維掃描技術(shù)。三維掃描技術(shù)在我國文物保護(hù)方面占有非常重要的地位，在未來還有很大發(fā)展空間，就現(xiàn)在來說，國內(nèi)對(duì)于二維線繪圖上還尚未成熟，許多應(yīng)用問題也需要解決，希望我國將來能夠在三維掃描技術(shù)上有所創(chuàng)新，更好的利用其保護(hù)文物，保護(hù)我國珍貴的文化遺產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳玉涵.三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2019（9）：174-175.

[2]劉圣敏.三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用[J].工藝與技術(shù)，2019（33）：83-85.

[3]袁國平.三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量，2018（5）：93-95.

[4]袁楠，高偉，侯聰毅.三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用研究與進(jìn)展[J].天津城建大學(xué)學(xué)報(bào)，2019（1）：66-68.

[5]方毛林.三維激光掃描技術(shù)在文物古跡保護(hù)中的應(yīng)用研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2017.

[6]武培軒.適于文物的三維掃描技術(shù)研究[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2019.

作者簡(jiǎn)介：倪書一（1982-），女，漢族，河北樂亭人，碩士，秦皇島市旅游和文化廣電局文物科，館員，研究方向：公共文化服務(wù)、圖書資料。