新时代信息化技术在文物保护中的应用研究

王莹

在故宫博物院提供的70 件展品中，有一件清乾隆时期(1736-1795)由造办处造的六世班禅像极为珍贵。此尊为六世班禅圆寂后，乾隆帝为表纪念，命人照其生前画像制作。乾隆时期共打造四尊此种样式的六世班禅造像，先后被送到紫禁城中正殿西配楼、北京西黄寺、承德须弥福寿庙和避暑山庄无量寿殿供奉。此像原供奉在紫禁城中正殿西配楼中，此次为第一次出宫外展，极为难得。关于本次展览文物的相关保护工作运用的信息化技术如下：

一、数字图像修复技术

（一）数字图像修复技术保护文物的方法

数字图像修复技术具有十分悠久的历史，早在文艺复兴时期就已经得到了普遍应用。早期阶段的图像修复技术主要是手工操作的方式，且是不可逆的。所以，实际针对文物进行修复的过程中，对于技术工作人员而言，不但要具有较高的专业技术，同时需要具备一定的职业精神，如此才能够有效保证原本作品还原的真实程度[3]。这样的手工操作方式一直沿用多年，直到计算机技术的诞生，经过多年发展，数字图像修复技术才被广泛应用于文物修复工作中，大量相关工作人员深入研究与开发该项技术，使得该项技术得到长足发展。最近几年，伴随着数字图像修复技术的日益演化与发展，该项技术的实际应用也变得更加成熟，针对不够完整的文物，利用数字图像修复技术可以使其原有的特征得以复原。实际的操作方式是：首先利用数字图像相关采集技术对文物加以分类，生成初步的文物原始数字图像模型，然后对于文物中不够完整的部分运用各种算法和技术实施虚拟修复，力争可以使文物原本的面貌得以还原，之后评估并分析采用虚拟修复方式后文物的实际修复效果，尽可能发挥数字图像修复技术在文物保护中的重要作用。

（二）数字图像修复在文物保护中的运用

古代文明经过数千年的风风雨雨，是一个较为庞大且复杂的体系，人们在平日的生活中会运用木材、泥塑、金属等多种不同材料制作而成的工具，其丰富程度不是我们可以想象的。正因如此，形成了现今多样化、复杂化的文化物质形态，各种物质材料历经不同朝代的风雨，以多种不同形态留存至今，令广大群众对其原有面貌特征充满了无限遐想。值得庆幸的是，伴随着计算机相关技术的快速发展，数字图像由数字的层面出发，根据文物实际损坏的程度对其实施分类处理，使这一问题得到了有效解决。针对损伤程度相对较小的文物而言，能够将PDE 模型算法当作基础，具有良好的修复效果，且修复效率相对较高，而针对损伤程度相对偏大的文物而言，可以利用样本图像修复算法，其在完成实际修复之后所展现的效果会更加自然。值得注意的是，针对文物已经无从考证的信息，不可以依据自身的主观判断进行修复。譬如，对于一个花瓶而言，右侧部位存在一个把手，但是左侧部位受到破坏，则在对文物进行实际修复的过程中不能凭借自身的想法认为左侧部位也同样存在一个相同的把手，利用计算机虚拟技术进行修复时亦是如此，具体修复过程中，需要以人为的方式输入相应指令，并做好标记工作，这样一来，便能够合理预防计算机修复技术的错误运行。尽管文物虚拟修复中，这一项技术起步相对较晚，然而其依赖于成本投入少、修复效果明显以及风险相对偏低等众多方面的特点，受到了广大文化保护工作人员的青睐。该项技术运用了一些先进的算法，有效解决了传统修复技术中存在的问题。总之，具体开展文物修复工作时，对于受到损坏的部分，相关工作人员不可以根据自身的想象任意进行文物的修复，需要结合修复软件中的相关算法和指令对需要修复或是提取的相应区域进行标记，从而确保良好的文物修复效果。

二、三维激光扫描技术

（一）三维激光扫描技术保护文物的方法

该项技术是一个动态化的测量系统，其主要是通过对激光测距原理的运用实现文物的修复。其中涉及靶标、激光扫描仪、支架等多种不同工具。实际的操作方式如下：将文物置于固定位置，利用扫描仪器对准文物实际所处方向发射相应激光脉冲，在到达相应位置之后会形成漫反射，之后扫描仪器会接受从原始路径返回的反射激光，通过这期间的时间差计算出两者之间的实际距离。接下来利用扫描仪器的坐标系和测角系统，对文物的空间坐标加以计算，然后结合激光发射而生成的点云创建初始的三维几何模型，并利用纹理贴图和色彩等相关要素，生成相对较为完整的数字空间模型[4]。根据距离的测量原理，三维激光扫描可以被分成相位差、光学三角和脉冲几种不同形式。对于相位差形式来讲，采用相位的测量方式，可以对相距几十米的文物进行实际测量，精度达到了毫米级别；对于光学三角形式来讲，其是一项比较先进的技术，主要应用于对几米范围内的文物进行扫描，精度达到了亚毫米级别，在逆向工程以及工业测量中经常使用；对于脉冲形式来讲，适用于对距离相对较远的文物进行测量，也正是因为间距相对偏远，因此精度达到了厘米级别。

（二）三维激光扫描技术在文物保护中的运用

20 世纪中叶激光技术问世，从某种意义上来讲，其是三维激光扫描技术的雏形。伴随着该项技术的日益发展与改进，被渐渐广泛运用于医学、影视和建筑等众多行业中，几乎在各个专业领域中都有所涉及。因为该项技术最初诞生于国外，所以一些发达国家之于该项技术的研究更加深入，在文物保护工作开展中的实际运用也更加普遍。但伴随着国家综合实力的不断增强，最近几年我国很多文物保护单位都逐渐开启了文物数字化项目，而且也渐渐地把该项技术应用于文物保护工作的开展中。例如故宫博物院和日本相关企业合作研发的数字建模项目就充分运用了三维图像技术，并与VR 技术之间有机结合，生成了气势恢宏的故宫建筑群相关数据信息库。再如，21 世纪初秦始皇兵马俑博物馆针对二号兵马俑坑利用该项技术，同时构建了相应的三维模型，为大型文物遗迹的数字化保存提供了有力保障，给文物的数字化保护提供了重要的参考价值。

三、BIM 技术

（一）BIM 技术保护文物的方法

一些文物在相关信息的采集过程中会受到诸多方面因素的限制，此种状况下，利用三维激光扫描技术和数字图像修复技术便无法完成文物的良好修复。所以，为了使这一类问题得到有效处理，BIM 技术被逐渐应用到文物修复工作中。BIM 技术可以有效采集文物建筑相关信息内容，这一优势是其他文物修复技术所无法比拟的[5]。详细的操作方式如下：获取文物相关建筑信息内容之后，利用有关计算机软件对其实际的空间形状进行模拟，并对其相应尺寸加以记录。从当前该项技术的发展状况来讲，西方发达国家之于BIM 技术的实际运用比较成熟，国内正处在初步探索时期，不过因为我国人民自古就有的勇于拼搏的顽强精神，针对国外BIM 技术较为先进的运用理论及思想，我国始终遵循着“去其糟粕，取其精华”的基本原则，很大程度上促进了我国众多古代建筑文物的传承与保护。另外，因为文物建筑长期暴露于自然环境条件下，加之受到各种不同人为因素的影响，很多文物建筑都呈现出了极其不规则的空间结构，导致不管是利用二维模型，抑或是三维模型都无法完美地展现文物建筑的真正特征，但利用BIM 技术，可以根据文物建筑的相关尺寸信息，以原始尺寸重现相应的仿真模型，同时可以给大众展现其所具有的丰富文化内涵。利用BIM 技术和各种信息技术之间的有机结合，确保了各种不同文物建筑数字化保护的良好实现，扩充了技术人员的研究数据库，给文物保护工作的有效开展提供了有力保障。

（二）BIM 技术在文物保护中的运用

通常来讲，在文物保护工作的开展中应用BIM 技术，可以分成采集信息、创建模型和录入相关属性信息几个方面。例如，我馆成立的钟表修复室便对BIM 技术进行了充分运用，实际修复钟表文物的过程中，首先利用BIM 技术采集尺寸、外形等相关信息，然后对这些信息加以分析，创建相应的模型，实现对文物的还原，为钟表文物的修复提供有力保障。关于信息的采集，可以分成历史文化和实体空间两个不同类别。其中历史文化指的是古代文物建筑的建设技术、建设背景、时代特点等。所以，历史文化相关数据信息的获取具有一定复杂性，一般需要采用查找相关文献资料和实地考察等多种不同方式，并对相关信息内容加以整理，如此便可获取文物建筑相关属性信息。空间信息指的是古代文物建筑方位、具体大小和实际形状等相关信息内容，即上文所讲的利用三维扫描技术创建的古代文物建筑表面点云数据信息，然后实施信息的集成处理，获取更加精准的空间模型；关于创建模型，主要是利用GIS 和BIM 等相关技术获取文物建筑内部构造和尺寸等相关信息内容，然后将重要参数信息录入其中，创建空间模型之后针对文物建筑需要的重要参数加以整理，生成相应数据信息库，以为技术人员针对文物建筑的保护提供方便。因为古代文物建筑模型中所含有的信息具有一定复杂性，所以实际录入的相关属性信息需要涉及众多方面。具体录入文物建筑属性信息的过程中，系统会结合用户实际输入的相关信息内容针对古代文物建筑做出相应备注，同时因为录入系统的信息内容和此前保存的信息是同一个数据信息库，所以各相关信息之间会建立关联。换言之，针对文物建筑进行一处位置的修复，其他位置亦会自动进行对应的修复，之于文物保护具有十分重要的意义。

四、结束语

社会经济生活中，历史文物起到十分重要的教育作用，可以有效传播与传承传统文化。保护文物旨在保护其人文价值及社会价值，促进文物内涵的有效传播。对于文物管理人员而言，需要紧跟时代发展的脚步，充分利用现代信息化技术，确保文物保护工作的良好开展。