摘 要：文章對(duì)藏品影像為核心的數(shù)字資源的采集、管理與應(yīng)用進(jìn)行研究。首先論述了館藏文物三維影像資源的采集標(biāo)準(zhǔn)、流程與方法，重點(diǎn)介紹了三維數(shù)據(jù)采集在模型構(gòu)建、色彩管理和后期精細(xì)化處理等過程中的注意事項(xiàng)。然后從數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、分發(fā)和邏輯管理機(jī)制方面，論述了藏品影像資源的特征及資源管理平臺(tái)的功能架構(gòu)和建設(shè)思路。經(jīng)過論證后認(rèn)為，該方法對(duì)數(shù)字資源的采集、管理與應(yīng)用流程的完善具有推動(dòng)作用。

　　關(guān)鍵詞：博物館;文物;三維采集;影像管理

　　0 引 言

　　博物館是保護(hù)與傳承人類歷史物質(zhì)文化遺產(chǎn)的重要場(chǎng)所。在近些年數(shù)字化發(fā)展的過程中，藏品的影像采集工作已進(jìn)入到穩(wěn)步開展的狀態(tài)中，做了大量的相關(guān)工作。三維影像能夠更加直觀、精確地展示文物的原貌特征，便于博物館藏品研究、展示、修復(fù)、鑒定、文創(chuàng)等各項(xiàng)工作的開展。隨著三維采集技術(shù)的不斷普及，除去常規(guī)的二維數(shù)據(jù)采集外，文物的三維數(shù)據(jù)采集也逐漸受到重視。例如，敦煌博物館聯(lián)合國際先進(jìn)研究機(jī)構(gòu)最早開始洞窟的三維數(shù)據(jù)采集工作并實(shí)現(xiàn)了30個(gè)洞窟的在線展示[1]。故宮博物院先后制作了數(shù)字多寶閣、“發(fā)現(xiàn)·養(yǎng)心殿”等三維展示應(yīng)用[2]。在中國國家博物館“智慧國博”(2019—2021)宏觀規(guī)劃項(xiàng)目中，館藏文物的三維數(shù)據(jù)采集是其中重要的組成部分，已組織專門人才隊(duì)伍并作為常規(guī)化的重點(diǎn)工作落實(shí)執(zhí)行。在經(jīng)過前期的技術(shù)培訓(xùn)、設(shè)備采購、場(chǎng)地布置、規(guī)章制度建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)制定等準(zhǔn)備工作后，數(shù)據(jù)采集工作在有條不紊地進(jìn)行。目前已完成館藏三百件精品銅鏡的試點(diǎn)采集工作。館藏一級(jí)文物的三維影像采集工作已于2019年年底展開。鑒于三維數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)類型多元化的特點(diǎn)，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建數(shù)字資源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源的可持續(xù)保存和應(yīng)用具有重要的研究意義。本文首先論述了三維文物影像的采集規(guī)范和流程，然后結(jié)合博物館數(shù)字資源特點(diǎn)提出了數(shù)字資源管理系統(tǒng)的建設(shè)方案及應(yīng)用模式。

　　1 藏品三維影像的采集規(guī)范與流程

　　1.1 藏品三維影像采集的重要意義

　　三維數(shù)字采集在不接觸文物的前提下，實(shí)現(xiàn)文物高精度的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，對(duì)文物的保護(hù)和應(yīng)用具有重要意義，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[3]：(1)文物修復(fù)和研究。三維數(shù)字模型可按照比例縮小和放大，便于研究人員研究文物的局部精細(xì)結(jié)構(gòu)、瑕疵和病害等特征，輔助文物鑒定。同時(shí)還可在數(shù)字模型或打印模具上進(jìn)行修復(fù)方案的試操作和殘片復(fù)原，避免對(duì)文物造成二次傷害;(2)文物的數(shù)字化展示。三維影像展示在近幾年的展覽中成為一種常見的展覽形式，例如“近藏集萃——中國國家博物館新入藏文物特展”中宋代彩繪木雕觀音菩薩坐像的4K高清展示、“三山五園文化巡展——圓明園四十景圖文化展”中十二生肖獸首噴水的全息投影等，能有效提高觀眾與文物的互動(dòng)性;(3)文創(chuàng)產(chǎn)品研發(fā)。三維影像與3D打印技術(shù)的廣泛普及，降低了模具塑形的難度，提高了文創(chuàng)產(chǎn)品的研發(fā)速度并使其更接近于原型;(4)文物的數(shù)字化災(zāi)備。文物是人類的文化遺產(chǎn)，但由于老化、自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭、經(jīng)濟(jì)衰退、保存技術(shù)不當(dāng)?shù)纫蛩兀瑯O易造成不可恢復(fù)的損毀，具有較強(qiáng)的脆弱性和不可再生性。三維數(shù)據(jù)能夠在文物損毀后準(zhǔn)確地再現(xiàn)文物原貌，為后代提供研究素材。

　　1.2 藏品三維影像的采集流程

　　藏品的三維影像采集流程與步驟如圖1所示，總體可以劃分為三維數(shù)據(jù)測(cè)量與模型構(gòu)建、二維數(shù)據(jù)采集與色彩管理、紋理貼圖與精細(xì)化處理三個(gè)主要的數(shù)據(jù)處理工序，其中，標(biāo)準(zhǔn)模型為數(shù)據(jù)加工處理后得到的三維建模模型，不包含藏品的紋理數(shù)據(jù)。經(jīng)過UV貼圖后，可得到含有藏品紋理數(shù)據(jù)的完整的三維精細(xì)模型。這一部分將對(duì)藏品的采集流程依次進(jìn)行介紹。

　　1.2.1 三維數(shù)據(jù)測(cè)量與模型構(gòu)建

　　鑒于對(duì)文物影像采集“非接觸”的嚴(yán)格要求，經(jīng)過多次嘗試，優(yōu)先選用三維激光掃描儀作為主要采集設(shè)備，利用線結(jié)構(gòu)光源光傳感技術(shù)主動(dòng)獲取物體表面的三維數(shù)據(jù)。在掃描過程中，須由藏品管理員將待采集文物固定在專門制作的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上勻速旋轉(zhuǎn)360°，依次從多個(gè)視角完成每個(gè)截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。在掃描前，需要對(duì)文物進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)選取和點(diǎn)云配準(zhǔn)以保證三維坐標(biāo)成像的準(zhǔn)確性。在掃描的過程中，操作人員可通過監(jiān)視器查看數(shù)據(jù)模型的成像情況并依據(jù)成像情況調(diào)整掃描角度。在審核合格后，可換上另一件文物，并將數(shù)據(jù)模型傳遞到下一道工序的操作平臺(tái)。原始數(shù)據(jù)點(diǎn)云數(shù)量多密度大，采集點(diǎn)之間的距離小，且含有大量的噪音數(shù)據(jù)，在貼圖前需通過人工方式實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的截面拼合、空洞修補(bǔ)、點(diǎn)云壓縮等精細(xì)化處理以還原數(shù)據(jù)模型的真實(shí)形態(tài)。

　　1.2.2 二維數(shù)據(jù)采集與色彩管理

　　二維紋理數(shù)據(jù)采集包括頂部、底部、環(huán)繞角度和局部等方位。環(huán)繞角度同樣采用基于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的360°勻速旋轉(zhuǎn)的方式采集，拍攝視角包括中部、中上方和中下方。每旋轉(zhuǎn)15°拍攝1張截面圖，同一視角拍攝24張。二維紋理數(shù)據(jù)采集與傳統(tǒng)的二維影像拍攝存在不同，后者講求拍攝角度、打光特效等攝影技術(shù)，涵蓋攝影者的審美風(fēng)格，達(dá)到藝術(shù)渲染的目的，而二維影像拍攝要求使用無影的打光效果，以求最精準(zhǔn)地反映藏品原貌[4]。色彩管理通過使用顏色卡等工具，保證在數(shù)據(jù)采集場(chǎng)地內(nèi)色彩與感官的一致性。

　　1.2.3 紋理貼圖與精細(xì)化處理

　　紋理貼圖通常使用專業(yè)的三維制圖軟件，借助軟件的透視投影進(jìn)行計(jì)算和人工矯正，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的三維坐標(biāo)和顏色坐標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配。為充分還原文物的質(zhì)感，需迭代性地重復(fù)進(jìn)行精細(xì)化修整，是人力和時(shí)間成本最高的一項(xiàng)工序，生成的數(shù)據(jù)模型在通過終驗(yàn)后轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式存儲(chǔ)至數(shù)字資源管理平臺(tái)。

　　1.3 藏品三維影像采集的管理規(guī)范

　　三維數(shù)據(jù)采集作為一種新興的應(yīng)用技術(shù)，在地理和建筑、石窟測(cè)繪方面應(yīng)用廣泛，已形成了較為完整的數(shù)據(jù)管理規(guī)范，如自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局頒布的《三維地質(zhì)模型元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[5]、山西省和河南省分別針對(duì)石窟文物頒布的《石窟寺三維激光掃描數(shù)字化采集技術(shù)規(guī)程》等[6]，為數(shù)據(jù)的建模和應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。對(duì)于可移動(dòng)文物，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)研究也在進(jìn)行中，例如河北省標(biāo)準(zhǔn)化研究院等單位合作制定的《金屬類可移動(dòng)文物三維數(shù)據(jù)采集規(guī)范》[7]。中國國家博物館將在2019年國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“重大自然災(zāi)害預(yù)警與防范”承擔(dān)的課題項(xiàng)目[8]中，基于工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)三維數(shù)據(jù)的采集和管理規(guī)范提出參考性指南。這一部分從數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、軟硬件環(huán)境、技術(shù)難點(diǎn)和管理?xiàng)l例方面，概述文物數(shù)據(jù)的管理規(guī)范。

　　1.3.1 三維數(shù)據(jù)采集的精度要求

　　為避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集損傷文物，對(duì)原始數(shù)據(jù)首次采集的精度要求較高。對(duì)于三維模型，從點(diǎn)云的覆蓋率、點(diǎn)云和三角網(wǎng)模型的正確性等角度進(jìn)行考量，成像誤差應(yīng)控制在1毫米的范圍內(nèi)。對(duì)于復(fù)雜文物需拆分構(gòu)造單獨(dú)采集。對(duì)于紋理數(shù)據(jù)，清晰度應(yīng)大于2 200萬像素，保證構(gòu)圖正確、有效率大于90%且符合色彩管理要求。對(duì)不同材質(zhì)、器型和體積的文物，由于采集條件所限，采集精度標(biāo)準(zhǔn)略有不同。

　　1.3.2 三維數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求

　　制作完成的三維原始數(shù)據(jù)將以“三維模型(OBJ/MTL)+二維紋理(RAW)”的無損格式存儲(chǔ)。然后根據(jù)應(yīng)用情景，分三級(jí)進(jìn)行有損壓縮。復(fù)制級(jí)用于文物的器型研究、仿真復(fù)制、鑒定和修復(fù)等;展示級(jí)用于數(shù)字展示的制作素材;瀏覽級(jí)用于手機(jī)終端和線上數(shù)字展示的制作素材。為保證數(shù)據(jù)安全，需分別對(duì)4種級(jí)別設(shè)置訪問權(quán)限，高精度的復(fù)制級(jí)、展示級(jí)和原始數(shù)據(jù)需經(jīng)過授權(quán)許可流程后才可訪問和使用。

　　1.3.3 設(shè)備、人員與場(chǎng)地要求

　　三維數(shù)據(jù)采集使用的器材主要應(yīng)用光學(xué)原理，應(yīng)合理避免其他光線對(duì)成像效果的影響。同時(shí)考慮到文物安全，將離庫房較近的地下操作間選作拍攝場(chǎng)地。文物的出庫、拍攝和入庫全程由專門保管人員操作和監(jiān)督。除三維掃描和二維影像拍攝的負(fù)責(zé)人需在場(chǎng)地內(nèi)檢查成像效果外，數(shù)據(jù)審核員、紋理貼膜及后期處理員在另外的房間工作。通常，拍攝一件文物需要40至60分鐘，后期處理需要2倍的時(shí)間。不同材質(zhì)、器型、體積的文物需要不同的拍攝設(shè)備。為此，我館選擇了租賃設(shè)備的方式進(jìn)行拍攝，并在制定方案時(shí)將近似的文物劃分至一組立項(xiàng)。

　　1.3.4 三維數(shù)據(jù)采集的技術(shù)難點(diǎn)

　　半透明材質(zhì)和具有反光屬性的文物會(huì)造成光信號(hào)反射和散射的特殊反應(yīng)，一般的三維掃描方法很難獲得其三維坐標(biāo)信息并重現(xiàn)其表面的真實(shí)感光特征。這為玉器、牙骨角器和瓷器的三維數(shù)據(jù)采集帶來困難。對(duì)于器型復(fù)雜的文物，需要單獨(dú)制定數(shù)據(jù)采集方案。典型案例如我館收藏的青銅冰鑒，由鑒與缶兩部分組成，形體壯偉、紋飾復(fù)雜、內(nèi)刻銘文、機(jī)關(guān)精妙，數(shù)字化重現(xiàn)其所有空間結(jié)構(gòu)存在一定難度。

　　1.3.5 三維數(shù)據(jù)的管理?xiàng)l例

　　在三維數(shù)據(jù)的采集、管理和應(yīng)用中，需要針對(duì)文物的搬運(yùn)、人員的工作職責(zé)、數(shù)據(jù)的生命周期(采集、加工、存儲(chǔ)、授權(quán)、應(yīng)用)建立嚴(yán)格的管理機(jī)制和管理?xiàng)l例，保證數(shù)據(jù)采集工作快速、協(xié)調(diào)、有序、安全地發(fā)展。避免數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)不一致、人員混亂、文物損毀、重復(fù)投資建設(shè)等嚴(yán)重問題的出現(xiàn)。

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