◎陸朝陽

不可移動(dòng)文物主要是指古代文化遺址、古建筑等，其內(nèi)容廣泛，彌補(bǔ)了歷史和文字記錄的不足。相較于可移動(dòng)文物，不可移動(dòng)文物具有歷史直觀性，凡是被列為一級(jí)文化遺產(chǎn)的建筑物或遺址通常都受到政府的保護(hù)，未經(jīng)批準(zhǔn)不能擅自改動(dòng)。然而，傳統(tǒng)的不可移動(dòng)文物管理機(jī)制有待改善，無法保障不可移動(dòng)文物的實(shí)際保護(hù)效果。這就需要采用有效的文物影像數(shù)字化采集技術(shù)，在分析不可移動(dòng)文物保護(hù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上對(duì)其數(shù)字化信息采集展開研究，并總結(jié)有效策略，為有效采集不可移動(dòng)文物信息提供有力的支持，促使不可移動(dòng)文物的影響力得到持續(xù)提高。

■不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)的理論支撐

不可移動(dòng)文物

不可移動(dòng)文物顧名思義就是在一般情況下不能遷移的文物。不可移動(dòng)文物既指其自身不能被移動(dòng)，也指其與周圍環(huán)境形成了一種相融共生、無法分割的文化特征。不可移動(dòng)文物作為歷史和文化遺產(chǎn)的重要組成部分，包括古墓葬、古建筑、近現(xiàn)代重要史跡等。不可移動(dòng)文物在我國的文化資產(chǎn)中占據(jù)重要地位，加強(qiáng)不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集和保護(hù)工作尤為必要，對(duì)促進(jìn)我國文化事業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

相關(guān)數(shù)字技術(shù)分析

數(shù)字技術(shù)伴隨電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，能將圖片、文本、聲音、圖像轉(zhuǎn)化成電腦可識(shí)別的數(shù)字代碼。縱觀數(shù)字技術(shù)的發(fā)展歷程，雖有多種技術(shù)思路，但時(shí)間和空間上的雙向協(xié)作始終是數(shù)字技術(shù)發(fā)展的主流。從宏觀上講，數(shù)字技術(shù)經(jīng)歷了由點(diǎn)狀到線狀的發(fā)展過程。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，模擬技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值不斷凸顯出來。虛擬技術(shù)的出現(xiàn)增強(qiáng)了模擬技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中的協(xié)同性和系統(tǒng)性，近幾年，虛擬樣機(jī)等領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。

數(shù)字技術(shù)在文物保護(hù)方面的運(yùn)用主要涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像數(shù)字技術(shù)、三維虛擬技術(shù)等，從宏觀、微觀、立體三個(gè)角度對(duì)文物進(jìn)行全方位記錄，并對(duì)其歷史文化進(jìn)行傳承。同時(shí)還會(huì)運(yùn)用到綜合應(yīng)用傳感技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，以數(shù)字應(yīng)用信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)管理方式進(jìn)行創(chuàng)新，加強(qiáng)文物保護(hù)措施，推動(dòng)文物保護(hù)信息化管理。此外，還可將各種信息技術(shù)與先進(jìn)的管理理念相結(jié)合，從管理、保護(hù)、研究等角度構(gòu)建博物館文物數(shù)字保護(hù)管理系統(tǒng)，大力推動(dòng)文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)工作可持續(xù)發(fā)展。

■不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)分析

三維激光掃描技術(shù)

在進(jìn)行不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集時(shí)，運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)對(duì)其進(jìn)行非接觸式測(cè)量，不僅可以節(jié)約人力、物力，保障施工人員的人身安全，還可以減少對(duì)文物的破壞。同時(shí)，對(duì)不可移動(dòng)文物展開全范圍三維激光掃描，可以在最大程度上獲得與不可移動(dòng)文物有關(guān)的各種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，拓展不可移動(dòng)文物的發(fā)展空間。在后期修繕相關(guān)不可移動(dòng)文物時(shí)，能利用現(xiàn)代化技術(shù)采集的詳細(xì)三維數(shù)據(jù)，并將修繕前、修繕后的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存。采用掃描點(diǎn)云建模方法，可以準(zhǔn)確記錄不可移動(dòng)文物的破損、裂紋、凹陷等細(xì)節(jié)信息，將各時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，呈現(xiàn)建筑物的損壞狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行全過程追蹤，以便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行分析，對(duì)應(yīng)急方案進(jìn)行模擬。

除此之外，可以對(duì)數(shù)據(jù)中的控制點(diǎn)進(jìn)行分析，并進(jìn)行配準(zhǔn)、降噪、疊加、關(guān)聯(lián)、比對(duì)和標(biāo)注等，利用BIM技術(shù)對(duì)已建成的建筑物進(jìn)行復(fù)原，建立古建筑修繕數(shù)據(jù)庫。當(dāng)然，也可以將生成的3D圖像模型和BIM模型進(jìn)行擬合，生成基于真實(shí)場(chǎng)景的逼真的數(shù)字BIM模型，更加直觀地理解不可移動(dòng)文物的主體信息。隨時(shí)對(duì)不可移動(dòng)文物的各種信息加以收集，檢索高價(jià)值數(shù)據(jù)，為后期有效維護(hù)和利用不可移動(dòng)文物提供支持，并保障每一次修繕工作都能順利進(jìn)行，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各種數(shù)據(jù)。

BIM 數(shù)字化模型技術(shù)

BIM數(shù)字化模型技術(shù)不只在建筑工程領(lǐng)域起著巨大作用，在不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集方面也有一定的應(yīng)用價(jià)值。通過這種先進(jìn)的技術(shù)能得到更多可視化的工具，整合不可移動(dòng)文物的各種信息和資源，在對(duì)不可移動(dòng)相關(guān)建筑的采集過程中實(shí)現(xiàn)資源共享和多元化信息傳遞，便于相關(guān)技術(shù)人員更好地制訂有效的管理方案。除此之外，相關(guān)團(tuán)隊(duì)在后期整理不可移動(dòng)文物的過程中，還可以有效應(yīng)用所收集到的數(shù)字化資源，提高不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集和應(yīng)用的效率，并進(jìn)一步控制成本，避免在后期應(yīng)用方面產(chǎn)生較大費(fèi)用。

在傳統(tǒng)不可移動(dòng)文物的保護(hù)過程中，不可移動(dòng)文物資料主要以文字、圖片等形式保存。然而，這種歸檔方法的數(shù)據(jù)處理任務(wù)繁重，信息檢測(cè)過程較為復(fù)雜。而BIM技術(shù)信息模型可以通過三維數(shù)字技術(shù)對(duì)相關(guān)古建筑中的不同構(gòu)件數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，形成專業(yè)古建筑構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，并能對(duì)虛擬古建筑三維數(shù)字化信息進(jìn)行采集和模擬，為相關(guān)不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集提供便利，避免影響后期數(shù)字資產(chǎn)的應(yīng)用效果。在不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)的支持下，建立完整的不可移動(dòng)文物模型及數(shù)字檔案，對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。在此基礎(chǔ)上，圍繞具體的不可移動(dòng)文物修繕要求和目標(biāo)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集涉及的圖紙數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理和專業(yè)的BIM模型分析。在相關(guān)模型生成后，通過模擬技術(shù)和模擬設(shè)備，進(jìn)一步分析不可移動(dòng)文物修繕方案的各個(gè)環(huán)節(jié)是否合理，并對(duì)極有可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)加以預(yù)測(cè)，完成修繕方案的有效優(yōu)化，找到更加高效的數(shù)據(jù)采集和整理策略。與此同時(shí)，利用BIM建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物各部位的虛擬漫游，即可切實(shí)實(shí)現(xiàn)不可移動(dòng)文物的網(wǎng)格化管理。

全景影像技術(shù)

在應(yīng)用VR全景技術(shù)的過程中，通過VR技術(shù)以及全景采集設(shè)備，可以全面觀察不可移動(dòng)文物，并對(duì)相關(guān)圖像進(jìn)行記錄和整合，用專業(yè)播放設(shè)備展示所采集到的不可移動(dòng)文物的相關(guān)內(nèi)容和高價(jià)值資料。觀眾可以隨意拖拽鼠標(biāo)，將畫面中的任意角落盡收眼底，身臨其境地觀賞不可移動(dòng)文物。同時(shí)，不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)還可以利用圖像獲取方法，建立一個(gè)基于圖像的3D模型，并與人工智能進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)分析，使用者也可以將錄音材料、圖紙材料、視頻材料和文本材料等信息整合輸入照片中。傳統(tǒng)照相機(jī)受到攝影角度的限制，不能精確地描述攝影對(duì)象的位置，也無法記錄更多的數(shù)據(jù)信息，不利于數(shù)據(jù)信息的流通。然而，如果應(yīng)用VR全景采集器，就可以針對(duì)不可移動(dòng)文物的細(xì)節(jié)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，記錄有關(guān)圖像，通過控制數(shù)字化平臺(tái)的加載時(shí)間以及各種文本資料，有效整合多種數(shù)據(jù)，并及時(shí)關(guān)注拍攝中出現(xiàn)的問題，實(shí)時(shí)作出調(diào)整，這樣就可以形成全景影像，對(duì)不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)的臨場(chǎng)信息進(jìn)行有效的拍攝和展示。

延時(shí)攝影技術(shù)

在不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)中，延時(shí)攝影技術(shù)是一種在低速度下拍攝圖像并以正常速度或高速度回放圖像的技術(shù)。在運(yùn)用延時(shí)攝影技術(shù)時(shí)，物體由慢變快的過程在很短的時(shí)間內(nèi)展現(xiàn)出來，給人以區(qū)別于視覺效果的奇妙體驗(yàn)。同時(shí)，延時(shí)攝影技術(shù)也可以看作高速照相的反面。延時(shí)攝影是拍攝自然風(fēng)光、天文現(xiàn)象、都市生活、建筑施工及生物演化等主題的常用拍攝手段。如今，除了照相機(jī)之外，還有手機(jī)、行車記錄儀等拍攝工具。延時(shí)攝影技術(shù)具有操作簡便、不需要外部電源以及記錄文件在當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)、信息不會(huì)泄露等優(yōu)點(diǎn)，其單機(jī)拍攝角度可達(dá)112度，覆蓋面極大，畫面清晰度較高。延時(shí)攝影技術(shù)是一種通過定時(shí)和不間斷地記錄來緩慢重現(xiàn)場(chǎng)景變化過程的方法，把多張靜態(tài)照片連在一起，從而獲得一段動(dòng)態(tài)視頻。

常規(guī)影像記錄拍攝技術(shù)

照片和視頻可以對(duì)修繕工藝、工序、方法和效果等相關(guān)影像資料進(jìn)行長時(shí)間保存，并把修繕前、中、后的效果直觀地記錄下來。通過對(duì)重點(diǎn)部位修繕的全程視頻記錄，可以有效保留操作痕跡，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的信息追溯。此外，延時(shí)攝影技術(shù)還可以從多個(gè)角度對(duì)修復(fù)過程進(jìn)行記錄，確保信息采集覆蓋面的“全”和“廣”，采用回轉(zhuǎn)式方式獲取修復(fù)過程中所需的影像資料，能夠切實(shí)增強(qiáng)不可移動(dòng)文物影像數(shù)字采集和保護(hù)的效果。

■不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)應(yīng)用思考

不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

由于數(shù)據(jù)生成技術(shù)的限制，當(dāng)前不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)在應(yīng)用過程中仍面臨諸多問題，其中最突出的有建造費(fèi)用過高、制作時(shí)間過長、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)過于繁雜等，急需通過關(guān)鍵技術(shù)的突破來有效解決。

影像數(shù)字化采集技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人導(dǎo)航、影視娛樂、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。其利用多個(gè)視角的影像，采用特征探測(cè)、匹配和攝像機(jī)校準(zhǔn)等手段，實(shí)現(xiàn)了攝像機(jī)和場(chǎng)景相互關(guān)系的3D重建。同時(shí)，與當(dāng)前在文物數(shù)字化制作中占據(jù)主導(dǎo)地位的以結(jié)構(gòu)光和激光掃描為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)生成方式相比，以影像為基礎(chǔ)的三維重構(gòu)技術(shù)因數(shù)據(jù)采集方便靈活、硬件成本低廉、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)早已在文物的三維數(shù)字化領(lǐng)域得到應(yīng)用并形成了一定規(guī)模。然而，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的專業(yè)門檻較高，算法難度較大，所以這項(xiàng)技術(shù)在我國還沒有產(chǎn)生相應(yīng)軟件，市面上的主流軟件多為Autodesk123D、SmartAcute3D和PhotoScan等。

不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐過程中有如下算法：基于特征提取和匹配的攝像機(jī)自標(biāo)定算法、圍繞特征擴(kuò)散和深度融合的密集重構(gòu)算法，以及基于泊松算法的點(diǎn)云網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和紋理一致性算法。

1.不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)相機(jī)標(biāo)定，多視點(diǎn)攝像機(jī)的自校準(zhǔn)是根據(jù)圖像中的景物名稱或目標(biāo)名稱的相同特征點(diǎn)計(jì)算出攝像機(jī)與該景物之間的相對(duì)位置關(guān)系，并建立相應(yīng)的圖像模型。

2.密集點(diǎn)云的重構(gòu)，是基于攝像機(jī)定標(biāo)得到的圖像模型，采用多視圖特征點(diǎn)匹配結(jié)合漫射、濾波等方法，實(shí)現(xiàn)密集點(diǎn)云在場(chǎng)景上的重構(gòu)。

3.網(wǎng)與自動(dòng)紋理映射，是基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立不可移動(dòng)文物場(chǎng)景的網(wǎng)格化曲面，結(jié)合遮擋分析，自動(dòng)進(jìn)行紋理映射。

在實(shí)際情況中，利用基于影像的3D數(shù)字化軟件，將影像數(shù)字化采集技術(shù)應(yīng)用于不可移動(dòng)文物信息的采集過程中，其優(yōu)點(diǎn)如下：一是模型應(yīng)用對(duì)象范圍很廣。利用該方法，可以對(duì)具有豐富紋理和相對(duì)簡單結(jié)構(gòu)的文物進(jìn)行高精度、快速的三維建模。二是成本低。與目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的激光掃描技術(shù)相比，3D數(shù)字技術(shù)的成本可以降低1/5左右。三是不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐的質(zhì)量較高。對(duì)文物進(jìn)行3D建模，其幾何精度可以達(dá)到0.2毫米，堪比一般的激光掃描儀。同時(shí)，紋理的精度與圖片高度一致，在這一點(diǎn)上全自動(dòng)紋理映射優(yōu)于激光掃描，效果可與Autodesk123D、SmartAcute3D、PhotoScan等國外軟件相媲美。

綜上所述，在現(xiàn)代社會(huì)持續(xù)發(fā)展的背景下，不可移動(dòng)文物的數(shù)字化發(fā)展是大勢(shì)所趨。如何打破時(shí)間和空間的限制，充分發(fā)揮現(xiàn)有資源的優(yōu)勢(shì)，使其更加完整和逼真，是不可移動(dòng)文物保護(hù)面臨的重要課題。如今，在不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)的運(yùn)用過程中還存在一些缺陷，在文物保護(hù)數(shù)字化工作中，不能一味求“新”，應(yīng)在保護(hù)文物原貌的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行選擇性利用。對(duì)此還需有針對(duì)性地開展新技術(shù)的研究，并在特定條件下進(jìn)行試驗(yàn)，從而切實(shí)提升不可移動(dòng)文物影像數(shù)字化采集技術(shù)的應(yīng)用效果，全面提高不可移動(dòng)文物保護(hù)的實(shí)際水平。