摘 要：文章對藏品影像為核心的數(shù)字資源的采集、管理與應用進行研究。首先論述了館藏文物三維影像資源的采集標準、流程與方法，重點介紹了三維數(shù)據(jù)采集在模型構建、色彩管理和后期精細化處理等過程中的注意事項。然后從數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分發(fā)和邏輯管理機制方面，論述了藏品影像資源的特征及資源管理平臺的功能架構和建設思路。經(jīng)過論證后認為，該方法對數(shù)字資源的采集、管理與應用流程的完善具有推動作用。

　　關鍵詞：博物館;文物;三維采集;影像管理

　　0 引 言

　　博物館是保護與傳承人類歷史物質(zhì)文化遺產(chǎn)的重要場所。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入到穩(wěn)步開展的狀態(tài)中，做了大量的相關工作。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、鑒定、文創(chuàng)等各項工作的開展。隨著三維采集技術的不斷普及，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)合國際先進研究機構最早開始洞窟的三維數(shù)據(jù)采集工作并實現(xiàn)了30個洞窟的在線展示[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”等三維展示應用[2]。在中國國家博物館“智慧國博”(2019—2021)宏觀規(guī)劃項目中，館藏文物的三維數(shù)據(jù)采集是其中重要的組成部分，已組織專門人才隊伍并作為常規(guī)化的重點工作落實執(zhí)行。在經(jīng)過前期的技術培訓、設備采購、場地布置、規(guī)章制度建設和標準制定等準備工作后，數(shù)據(jù)采集工作在有條不紊地進行。目前已完成館藏三百件精品銅鏡的試點采集工作。館藏一級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，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理標準創(chuàng)建數(shù)字資源管理平臺，實現(xiàn)數(shù)字資源的可持續(xù)保存和應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，然后結合博物館數(shù)字資源特點提出了數(shù)字資源管理系統(tǒng)的建設方案及應用模式。

　　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，實現(xiàn)文物高精度的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，對文物的保護和應用具有重要意義，主要表現(xiàn)在以下幾個方面[3]：(1)文物修復和研究。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結構、瑕疵和病害等特征，輔助文物鑒定。同時還可在數(shù)字模型或打印模具上進行修復方案的試操作和殘片復原，避免對文物造成二次傷害;(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性;(3)文創(chuàng)產(chǎn)品研發(fā)。三維影像與3D打印技術的廣泛普及，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)字化災備。文物是人類的文化遺產(chǎn)，但由于老化、自然災害、戰(zhàn)爭、經(jīng)濟衰退、保存技術不當?shù)纫蛩兀瑯O易造成不可恢復的損毀，具有較強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)測量與模型構建、二維數(shù)據(jù)采集與色彩管理、紋理貼圖與精細化處理三個主要的數(shù)據(jù)處理工序，其中，標準模型為數(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)的完整的三維精細模型。這一部分將對藏品的采集流程依次進行介紹。

　　1.2.1 三維數(shù)據(jù)測量與模型構建

　　鑒于對文物影像采集“非接觸”的嚴格要求，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備，利用線結構光源光傳感技術主動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)平臺上勻速旋轉(zhuǎn)360°，依次從多個視角完成每個截面的點云數(shù)據(jù)采集。在掃描前，需要對文物進行標志點選取和點云配準以保證三維坐標成像的準確性。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。原始數(shù)據(jù)點云數(shù)量多密度大，采集點之間的距離小，且含有大量的噪音數(shù)據(jù)，在貼圖前需通過人工方式實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的截面拼合、空洞修補、點云壓縮等精細化處理以還原數(shù)據(jù)模型的真實形態(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，涵蓋攝影者的審美風格，達到藝術渲染的目的，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)采集場地內(nèi)色彩與感官的一致性。

　　1.2.3 紋理貼圖與精細化處理

　　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行計算和人工矯正，實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的三維坐標和顏色坐標進行點對點匹配。為充分還原文物的質(zhì)感，需迭代性地重復進行精細化修整，是人力和時間成本最高的一項工序，生成的數(shù)據(jù)模型在通過終驗后轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式存儲至數(shù)字資源管理平臺。

　　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用技術，在地理和建筑、石窟測繪方面應用廣泛，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)標準》[5]、山西省和河南省分別針對石窟文物頒布的《石窟寺三維激光掃描數(shù)字化采集技術規(guī)程》等[6]，為數(shù)據(jù)的建模和應用提供了重要的參考依據(jù)。對于可移動文物，相關的標準研究也在進行中，例如河北省標準化研究院等單位合作制定的《金屬類可移動文物三維數(shù)據(jù)采集規(guī)范》[7]。中國國家博物館將在2019年國家重點研發(fā)項目“重大自然災害預警與防范”承擔的課題項目[8]中，基于工作經(jīng)驗對三維數(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、軟硬件環(huán)境、技術難點和管理條例方面，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)的重復采集損傷文物，對原始數(shù)據(jù)首次采集的精度要求較高。對于三維模型，從點云的覆蓋率、點云和三角網(wǎng)模型的正確性等角度進行考量，成像誤差應控制在1毫米的范圍內(nèi)。對于復雜文物需拆分構造單獨采集。對于紋理數(shù)據(jù)，清晰度應大于2 200萬像素，保證構圖正確、有效率大于90%且符合色彩管理要求。對不同材質(zhì)、器型和體積的文物，由于采集條件所限，采集精度標準略有不同。

　　1.3.2 三維數(shù)據(jù)的存儲要求

　　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。然后根據(jù)應用情景，分三級進行有損壓縮。復制級用于文物的器型研究、仿真復制、鑒定和修復等;展示級用于數(shù)字展示的制作素材;瀏覽級用于手機終端和線上數(shù)字展示的制作素材。為保證數(shù)據(jù)安全，需分別對4種級別設置訪問權限，高精度的復制級、展示級和原始數(shù)據(jù)需經(jīng)過授權許可流程后才可訪問和使用。

　　1.3.3 設備、人員與場地要求

　　三維數(shù)據(jù)采集使用的器材主要應用光學原理，應合理避免其他光線對成像效果的影響。同時考慮到文物安全，將離庫房較近的地下操作間選作拍攝場地。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責人需在場地內(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倍的時間。不同材質(zhì)、器型、體積的文物需要不同的拍攝設備。為此，我館選擇了租賃設備的方式進行拍攝，并在制定方案時將近似的文物劃分至一組立項。

　　1.3.4 三維數(shù)據(jù)采集的技術難點

　　半透明材質(zhì)和具有反光屬性的文物會造成光信號反射和散射的特殊反應，一般的三維掃描方法很難獲得其三維坐標信息并重現(xiàn)其表面的真實感光特征。這為玉器、牙骨角器和瓷器的三維數(shù)據(jù)采集帶來困難。對于器型復雜的文物，需要單獨制定數(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、紋飾復雜、內(nèi)刻銘文、機關精妙，數(shù)字化重現(xiàn)其所有空間結構存在一定難度。

　　1.3.5 三維數(shù)據(jù)的管理條例

　　在三維數(shù)據(jù)的采集、管理和應用中，需要針對文物的搬運、人員的工作職責、數(shù)據(jù)的生命周期(采集、加工、存儲、授權、應用)建立嚴格的管理機制和管理條例，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)采集和存儲標準不一致、人員混亂、文物損毀、重復投資建設等嚴重問題的出現(xiàn)。

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