数字技术在文物保护与修缮中的应用

摘要：文物作为重要的文化遗产之一，是对某区域特定时期文化、历史、艺术等的真实反映，具有考古、科学研究及观赏、教育等价值。但部分文物受埋藏环境、自然腐蚀等因素影响，遭到损坏、腐蚀。如何采取科学的保护与修缮手段对其进行复原、保存及利用，使其历史价值再现，是当前文物保护和利用亟需思考的问题。本文以嘴子前墓出土的青铜器为例，对文物保护与修缮中数字技术应用的必要性进行分析，并结合青铜器文物自身的特点、传统生产工艺等，提出数字技术在青铜器保护与修缮中的具体应用，希望充分发挥数字技术的优势，实现对文物的保护，为其他文物保护和利用工作的实施提供新思路。

关键词：数字技术；文物保护；修缮

在科技驱动下，数字技术的发展和应用获得了良好的空间，在越来越多的文物保护和修缮工作中得到广泛应用，尤其是在残损文物保护性修复方面，更是发挥着重要作用。虚拟技术、三维数据采集等技术可对文物进行数字化复原，将其历史文化价值重新呈现出来，这样不仅解决了文物永久性保存问题，而且促使文物修复速度、文化遗产的传播速度提高，为人们身临其境地感知文物所承载的历史文化提供了有效路径。因此，将数字技术合理应用于文物保护和修缮具有一定的现实意义。

一、数字技术在文物保护与修缮中应用的必要性

（一）能够弥补传统文物修复、展示手段的不足

传统文物保护与修缮主要是由专门的修复人员以手绘的方式对其图案进行修复，二者在美术风格方面保持一致。对于损毁面积较大的文物而言，以传统手工方式修复，会消耗大量时间，且修复人员工艺水平参差不齐，加之文物修复具有不可逆性，容易导致文物本身的内容被覆盖，无法还原其本身的内涵，或者对其造成二次损害。同时，文物保存作为文物保护工作的一部分，其对空气、光线等环境要求比较高，这就无法使人们近距离欣赏、研究，而文物保护与修缮过程中合理运用数字技术，只需借助数码设备对其扫描采集相关数据，利用相关软件进行虚拟修复，这种文物修缮方式工作效率较高，在不损坏文物的情况下可反复进行多次修复，以达到理想的修复效果，有效指导实体文物修缮工作实施的同时，降低文物修复风险[1]。此外，数字技术在文物保护与修缮中应用，打破了以往文物展示方面的局限性，借助3D技术、高清扫描等技术将文物以立体化、动态化形式呈现出来，便于人们近距离了解和认识文物，网络技术的应用打破了文物传播时空方面的界限，使更多人得以了解其文化内涵，以达到更好的展示和宣传效果。

（二）为文物保护与修缮提供新路径

在文物保護与修缮中合理运用数字技术，可为文化遗产保护与利用提供新路径。从技术层面来说，基于大数据和网络技术，将数字技术本引入文物保护与修缮中，能够解决以往文物修复工作量大、修复流程复杂、修复记录不规范等问题。其中，借助数字技术搭建文物档案库、展览馆及网站等，实现文物数字化存档、永久保存。从文化遗产继承的视角来说，文物保护与利用中应用数字技术，即赋予文物强大生命力，能够实现文化遗产展示、传播面的扩大，间接促使文物管理服务水平提升。此外，将多种新型技术相结合融入文物保护与修缮工作线，可以增强文物实际影响力，更好地传播和继承中华文化，凸显文物保护与修缮工作实施的价值和意义。

（三）数字技术本身优势突出

数字技术作为一种以计算机为基础的新型技术，在自动化程度高、精度高、效率高及环境要求低等方面具有明显的优势。其中三维激光扫描技术在无人干预的情况下可对被测物体进行连续扫描，且获取的数据精度高，无需接触被测物体就可以获取所需的数据信息，即对文物产生的破坏性小，能够防止破损文物二次损害。另外，数字技术具有很强的抗干扰性能，即对环境要求比较低，可在恶劣环境下进行数据采集、分析等工作。以上数字技术所具备的优势，与青铜器文物保护与修缮的要求相一致，能够确保该项工作顺利、高效实施。

二、青铜器保护和修缮中数字技术的具体应用

以嘴子前墓出土的破损、缺损青铜器修复为例，分析三维扫描、三维建模及3D打印等数字技术在文物保护与修复中的具体应用情况。修复流程为：先使用三维扫描设备对青铜器碎片进行无接触式扫描，然后对获取的点云数据进行三维建模，获得数字模型，并使用3D打印技术对文物碎片进行复制，拼合、编号及记录，按照顺序进行原件的拼合，最后，利用逆向工程技术获取缺损位置的三维数据，依次完成打印、打磨及修复工序，实现缺损青铜器的修复[2]。比如出土于山东省海阳市盘石店镇嘴子前村的铜甗（yǎn），在修复过程中就利用三维扫描技术，逼真地呈现原有的样貌，使得修复过程更加顺利。

（一）采集三维数据

三维数据采集设备使用原理是：结合被测物体表面特点、提前设置的标靶点，自动地对多次获取的数据进行拼接，去除冗余数据，确保数据的精确度，该设备测量中需多次扫描被测物体，才能获取全面的数据，所以，采集数据时，应从多个角度对被测物体进行多次测量，确保所采集的数据的完整性和准确性。本文以嘴子前墓出土的青铜器文物为例，来分析数字技术的应用，具体操作时，依据不同青铜器表面特征、体量来设定点云分辨率，若青铜器表面纹饰比较复杂、细腻，应将点云分辨率设置为0.05 mm，反之，对于纹饰较简单的青铜器，将点云分辨率设置为0.1 mm[3]，既可以减少数据采集量，提高后期数据处理效率，又可以将三维数字模型的外部细节特点凸显出来。

同时，嘴子前墓出土的青铜器文物表面富有锈蚀物，如图2所示的青铜盖顶。为了更好地将其原有的色彩还原，在纹理数据采集中需重视色彩管理内容，选择适宜的色彩管理系统，实际纹理数据采集时，先合理布设光线，确保光照均匀、明暗柔和，便于后期对拍摄的文物纹理照片进行无缝拼接，为了提高所拍摄的文物纹理照片质量，拍摄前需对相机白平衡定义，设置文件生成格式，当调整光源后，对色温值进行记录，以达到色彩管理的效果。

（二）建立三维模型

获取青铜器文物三维点云数据后，借助计算机软件对其处理，由于获取的三维数据量较大，所以，应合理选用处理大量数据的软件，将点云数据导入该软件中，删去冗余、不满足测量效果的数据，并进行降噪、平滑处理。同时，为了提高数据分析和利用效率，需对数据模型进行优化，既可以实现文件数据量的减少，又可以保留青铜器纹饰特征。此外，受数据扫描角度、青铜器表面材质等因素的影响，所采集的数据存在一定漏洞，所以，数据建模环节，可采取相应的孔洞修补方式对漏洞进行修补，确保修补部位与原有部位连接光顺。其中青铜器文物数字化结果如图3所示。

（三）VR虚拟修复

受历史变迁、外部自然因素等影响，大多数青铜器文物在出土时，就存在不同程度的损毁，尤其是挤压变形的青铜器文物残块，其修复难度较大，传统人工修复方式程序过于繁琐，且可能在修复中对其造成二次损害。为了解决这一问题，可将虚拟现实技术应用至青铜器残块修复保护中，借助计算机对其虚拟复原，针对轻微的变形问题，可以结合光滑区域曲率连续这一原理，运用隐式曲面函数对其修复；反之，对于复杂变形问题，可运用交互式编辑法，对其碎片进行修复[4]，比如关于铜镜碎片的修复，先对碎片间的邻接关系进行计算，简化修复过程，比如使用图像处理算法获取各碎片的轮廓线、轮廓特点，使多个碎片进行自动拼接，达到铜镜修复的效果，解决以往修复时间过长、修复质量低等问题。

（四）AR技术

青铜器文物展示作为文物保护与利用中的一部分，旨在传播文物所蕴含的历史文化信息，在青铜文化继承和创新方面发挥着重要作用。同时，博物馆作为青铜文物文化信息传播和重要窗口，主要将青铜文物放于玻璃展示柜中进行展示，参观者主要從各个角度观察文物外观及其标签来获取其尺寸、年代及出土地等相关信息，在一定程度上反映了青铜器在展示形式、规划及展品更新等方面存在不足，无法给参观者留下深刻印象，弱化了文物展品的实际价值，不利于博物馆文化的普及和传播。针对这种现状，可以尝试将数字技术引入其中，比如博物馆在展示文物时，可借助多媒体融入视频、文字、声音等元素，即通过改变视觉、声音等因素，增强参观者的体验感，便于其深入了解青铜器文物及其蕴含的文化内涵。此外，博物馆青铜器文物的展示，还可以应用声控、光控等技术，增强其趣味性、互动性，让参观者直观地了解青铜器展品所传递的历史、文化，加快青铜文化的普及。

同时，青铜器文物的保存对空气湿度、污染度等要求较高，而博物馆每天会涌入大量的参观者，不利于对环境因素进行控制，即不利于青铜器实物的保护和传承。为了解决这一问题，可充分利用数字技术设计一款应用，来代替青铜器实物，在打破人们参观时空限制的同时，利于青铜器实物的保护。比如在青铜器文物展出中利用AR技术，参观者通过相关软件就可以全方位地观察和欣赏青铜器文物，了解其相关历史信息，并将青铜器实物按照保存要求置于适宜的环境，既可以解决传统青铜器文物展示形式单一问题，满足当前人们对文物参观的实际需求，又可以实现对青铜文物的保护。

三、结语

数字技术作为信息时代科技发展的产物，在青铜器文物保护与修缮中应用该技术，为文物保护与修缮提供了新的路径，是对传统文物保护与修缮手段的补充和创新，有助于辅助考古科研工作的有效实施，实现文物真实原貌、文化内涵的再现，达到长久、安全保存文物的效果。此外，文化传播和继承还是文物保护的目标之一。基于数字技术，人们可建立数字化平台，身临其境地了解、认识及探索文物及其背后蕴含的文化内涵，更好地激发和培养大众参与文物保护的意识，实现青铜文化的广泛传播和普及。

作者简介

邢金国，男，山东海阳人，助理馆员，研究方向为文物保护。

参考文献

[1]魏萍.数字技术在文物保护中的运用及传播研究[J].中国民族博览，2022（14）：199-202.

[2]钟明剑.三维数字化技术在文物保护与开发中的应用[J].文物鉴定与鉴赏，2022（3）：63-65.

[3]王文嘉.基于现代数字技术的书画文物保护与修复研究[J].黄河.黄土.黄种人，2021（15）：12-13.

[4]梁栋.数字技术在雕塑类文物保护中的应用研究[D].大连：大连理工大学，2020.