［摘要］本文通过现代博物馆职能的局限性，引入文物三维数字技术在数字博物馆中的作用。并通过三维数字技术在博物馆职能中各个方面应用的介绍，充分展示三维数字技术对数字博物馆建设的重要性,从国内外博物馆应用三维数字技术的例子，引证博物馆事业对数字化进程的重视。最后，对三维数字技术的前景作出了展望。
［关键词］文物三维数字技术数字博物馆重要作用
引言
中国地大物博，文化历史灿烂而悠久。历史文物不仅代表着我们祖先的创造力与智慧，也是新时代先进文化建设的重要内容。当今社会对科技文化领域的发展日益重视，文物的保护已受到更广泛对关注。联合国教育、科学及文化组织大会于1972年10月17日至11月21日在巴黎举行了第十七届会议，通过了《保护世界文化和自然遗产公约》。全国人大常委会在新颁布的《中华人民共和国文物保护法》中首次确立了“保护为主、抢救第一、合理利用、加强管理”的十六字方针。党的十八大明确要求全面促进公民文明素质和社会文明程度提高，要求完善公共文化服务体系。这些新的发展机遇，使博物馆保护文物、收藏文物和考古研究工作承担着新时代的使命。近几年，三维数字技术在博物馆中的应用日益广泛，从文物信息的采集到文物本体的复制复原，从文物三维数据库的建立到数字博物馆的建设，都离不开三维数字技术，而文物三维数字技术正是数字博物馆建设的重要标志。
一、现代博物馆职能的局限性催生文物数字化
实体博物馆，以数字化的形式更高效地呈现其职能，现代博物馆的职能是文物的保护与修复，归纳与研究，收藏与管理，陈列与展示。在执行其职能时，存在比较多的局限性。
1、存在一些人为的或环境的因素对文物造成了损伤。例如博物馆在对文物进行收藏、陈列展览、保护修复等过程中，不可避免地过多接触文物；如没有把握好文物收藏环境适合的光线强度、空气湿润程度，甚至某些气体也可能侵蚀脆弱的文物表面。文物信息都是不可再生的，而这些局限性，难免对考古学研究有重大意义的信息受到破坏甚至丢失。
2、传统的修复方法存在着滞后性，根本无法满足大量待修复文物的修复要求。传统修复方法主要是靠手工修复，耗费了大量的时间，工作量也庞大。修复的精细技术要求很高，人工操作这项复杂的过程难免对文物造成二次破坏。
3、传统文物信息管理的手段阻碍了信息的流通与更新。现代博物馆主要采用保存照片、创建文档等手段管理文物信息，传统的保存与修复文物信息的方法造成了资料的积压且难以流通。文物的收藏和研究相分离，博物馆之间管理相隔离，造成整个社会文物信息不流通，研究信息提取繁杂，造成我国考古学研究进度滞后。
为了适应新形势，文物的数字化是大势所趋。文物三维数字技术在很大程度上克服了当前的困难，并服务于长远的数字博物馆的建设。其主要原理是利用三维扫描设备，通过高速激光扫描测量的方法，得到稠密均匀的点云，对完整或破损的文物进行极快速扫描并采集三维坐标数据，不接触文物，就可精准、均匀地获取文物表面的三维数据信息，为文物的信息采集、数据保存、复制修复、研究收藏开辟一条新的道路。
二、三维数字技术对博物馆各职能的重要作用
（一）开辟了文物保护与修复新前景
在博物馆的系列工作中陈列与展览往往备受关注，却容易忽略保护与修复这一重要工作。事实上，文物保護更重要的是记录文物原始的三维信息和纹理信息，获取真尺寸真纹理的三维数字模型[1]。利用三维数字技术为传统保护手段带来突破，永久的记录下文物的当前状态，并基于文物的数字模型对保护、修复提供辅助支持和新的手段。
文物信息的提取必须遵循一个原则——最小干预原则。文物三维数字建模技术为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段，在文物保护与修复具有空前优势。三维数字扫描仪器在扫描文物后，得出三维数据，利用电脑处理这些采集到的数据，创建虚拟碎片、文物破损或缺失部分的模型，然后轻松通过电脑进行文物的虚拟修复。三维数字建模技术突出表现为以下这些优势：
1.速度快，不破坏
对于一些极易碎或极易改变表面信息的文物，采用三维扫描技术设备高速激光扫描，可不用直接接触文物而快速进行数据采集，这是最突出的优势。三维扫描技术就实现了“预防性保护”，这是“文物保存环境的监视与控制,是今后文物保护与修复的发展方向” [2]。以秦始皇兵马俑博物馆为例，如果应用传统的记录测量方法，既耗费时间与精力，获取的信息还不尽准确，而且可能还会对兵马俑本身造成破坏。该馆于2007年对二号坑遗址进行了测量数字化，利用激光三维建模技术获取了二号坑的三维数字模型[3]，极大程度提高了工作效率，而且解决了二维拍摄方法不能够识别到兵马俑轮廓、纹理的问题，整个采集过程绝对不会接触到兵马俑表面，实现了在保护中进行研究。
2.复制易，修复精
像瓷器等脆弱易碎的文物在复制过程中，一般博物馆会使用传统方法，在原瓷器上进行翻模，这无疑是接触式的技术，在复制过程中可能会造成无法弥补的损失。而应用三维扫描技术，不用接触到文物表面就可以进行数据采集，而且精确度极高，再通过现代复制技术造出高精度复制品，不仅在最大限度避免对文物造成破坏，而且很大程度上简化了文物复制的繁琐程序。在博物馆文物当中存在大量的易碎文物，这些文物都容易出现脆化、脱色、剥落等现象，有些文物有大量碎片需要修复，而且理论上，两个相邻的两个断面是没有重合数据的[4]，利用三维扫描技术，我们可以预先对文物数据进行模拟修复，预览文物修复后的影像，从而提出多种修复可行方法，并将各种虚拟结果进行对比，找出最小误差的修复方式，指导修复手段与修复技术。
3.复容貌，更逼真
复原古人的容貌，是促进仿古文物制作的一个重要基础。采用三维扫描技术恢复远古人物的容貌，可以制造出比较逼真的容貌，较准确的性别、年龄等，除了可以让考古人员更客观地研究掌握当时的政治、经济、文化背景。据周明全、耿国华共同撰写的《计算机辅助文物复原技术》一文介绍.从1999年底开始，西北大学可视化技术研究所，开发了三维输入设备，辅助秦始皇兵马俑复原。其将兵马俑碎片信息输入电脑，通过自动拼接与手工调整相结合的方式逼真地复原了兵马俑的容貌。这项复原工作比人工文物复原更精确，提供了更科学的依据，同时也提高了兵马俑的修复效率。
（二）对提升博物馆管理研究能力具有划时代意义
在我国，每年都有大量的文物出土。由于受制于时间、空间及保存条件、保护技术等诸多因素，博物馆的收藏管理停留在把各类器物、遗址、遗迹及文献记录等储存在静态资料库的状态，信息彼此不互通，资源不共享，对考古研究的发展造成一定程度的阻碍。然而，采用文物数字化管理，则不占用博物馆的空间，因为信息本身不存在物理意义上的搬迁移动，博物馆收藏管理这一职能就不受时间和空间的限制。另外，博物馆文物展览费用、搬运费用也大幅降低。
文物数字化管理，能使博物馆与博物馆之间形成信息互通，利用互联网，专家及参观者都可以随时轻松提取文物任何数据信息进行研究，无须担心路途遥远。其优势具体表现为以下特点：
1、提取文物信息简单而全面
文物采用了三维扫描技术采集数据，储存于互联网数据库，参观者只需轻轻按动鼠标，就可以直接在文物欣赏过程中获得真实文物的三维数据，了解文物的基本信息，拖动一下鼠标，可以看到文物的的任何角度，以及文物所带出的历史文化底蕴。珍贵文物的三维数据信息建立的数据库，我们只需对文物进行关键词、年代或类别的输入，就可以得到全面而直观的文物信息，这无疑对后续的研究带来极大的便利。
2、采集文物数据高效而准确
不同文物之间对比研究是考古研究和博物馆收藏管理的一个重要内容，是进行历史考证和历史确定的一种重要手段，对比研究是研究文物的一种重要的方法。然而三维数字技术可以对文物的三维数据进行细致而准确的录入，以及上述讨论到的提取数据的简单化和全面化，获取数据信息就极大的提高了效率，而且获得的数据的精确性也得到保证。
（三）给博物馆的陈列展览带来了崭新的模式
传统博物馆的陈列展览定义是在有限的空间内，利用文物、标本，加以辅助的展品的科学组合，展示社会、自然、历史与科学技术发展过程与规律[5]。这些陈列展览的形式，展示界面和元素显得单一，难以引起参观者鉴赏的兴趣；文物展示也较为片面，难以表达文物全貌。博物馆要充分发挥其陈列展览的职能，就必然要突破上述这些局限性问题。
三维数字技术给博物馆的陈列展览功能带来了崭新的手段，不但最大限度发挥了博物馆的展示能力，还可以使更多人通过互联网了解博物馆展出的文物，这无疑促进了博物馆宣传力度。运用三维数字技术的“虚拟现实”技术，设计形成的文物虚拟展示，成为当今博物馆比较流行的陈列展览的方式。通过建立虚拟信息，大型文物或遗址甚至可以在现场为参观者提供虚拟漫游，或者只需带上一副3D眼镜，参观者便可穿越时空，无限制体验历史的辉煌。
1、丰富了博物馆展览的手段
参观者到传统的博物馆参观，常常要与文物展品保持一定距离，视线范围被限制了，就无法仔细领略文物细致的纹理，更无从对文物进行多角度无限制全方位观赏，参观者往往有意犹未尽之感。三维数字技术则弥补了这些不足。例如对于一些大型文物，利用三维技术的“虚拟场景”技术，参观者在进行虚拟漫游的同时，能够同步获得场景中景物介绍，融合人文知识背景与实际景物为一体，是最佳体验形式。又如一些小型单件文物，参观者可以进行任意角度观看、任意旋转、任意比例放大，就仿佛亲手拿着文物把玩，这是在实际展览中也无法达到的，可以给用户最大的自由空间。以徐悲鸿博物馆为例，该博物馆利用三维扫描技术对徐悲鸿博物馆的主要建筑、生前作品及其雕塑进行了三维重建，实现了整个博物馆的虚拟漫游，参观者不但可以观赏诸如油画、国画及扫描作品，还可以观赏到博物馆内部细节部位。
2、培养了参观者的参观新习惯
观众在传统博物馆进行参观，对文物信息的获得只能通过讲解员的讲解，这种被动的鉴赏方式，一定程度上会受到讲解员讲解水平及讲解员主观感受的影响，难以对文物所具有的历史信息及时代意义产生情感上的共鸣。利用三维数字技术展示的文物，给予参观者更自由的操作空间，更好地实现了文物展示的目的。利用虚拟技术，参观者整个鉴赏文物的过程就从被动接受信息的过程变为主动求得信息的過程，更能刺激参观者的好奇心和求知欲。久而久之，这会形成一种更主动鉴赏的好习惯。
另外，随着我国公民文明素质迅速提高，越来越多人选择到博物馆参观，过多的观众对博物馆造成很大的管理压力，过度拥挤的环境使观众的鉴赏质量下降，也有可能对文物造成损害。但是通过三维数字技术对博物馆及文物的虚拟，他们足不出户就可以看到自己想要看到的展览，而且再也不用担心因展览的时间短而错失参观的机会。
3、推动了数字博物馆的宣传与推广
三维数字技术应用到博物馆中，就如博物馆向公众打开一扇窗口，通过网络平台，丰富的文物资讯从这个窗口传递出去，而公众的需求和意见也从这扇窗口传递进来，使数字博物馆的职能更好地展示给社会。其次，博物馆利用信息化技术的优势，为人们提供广阔的视野，从而赢得社会对博物馆更广泛的支持和热爱。三维数字技术的应用使得博物馆的宣传教育功能向着更深层次发展，使博大精深的历史文化对社会教育带来更深远的影响。
综上所述，三维数字技术在博物馆中广泛应用是博物馆发展的必然趋势。
三、三维数字技术应用于博物馆的实例概况
在国外，对文物的保护修复和信息开发领域，都十分重视三维数字技术的应用。如美国的斯坦福大学，早有利用激光测距仪对米开朗基罗塑像进行了数字化管理的先例。又如加拿大很早便开发了NRC ’ s 3D Imaging系统，用以收集文物、艺术画廊原始数据。近年来，我国更加重视了数字博物馆的建设进程，有不少大学开通了数字博物馆，例如北京数字博物馆、北京奥运数字博物馆、秦始皇兵马俑博物馆，上海博物馆等都是新建成的数字博物馆，这让文物信息资源得到共享，促进高等院校、博物馆之间的研究成果的互相学习交流。可见在科技飞速发展的今天，博物馆事业对三维数字技术的有了更深的重视。
四、对三维数字技术发展前景的展望
博物馆行业利用三维数字技术开展业务是顺应时代发展的潮流，在科技飞速发展的今天，各种新技术、新手段将会不断加入到数字博物馆的建设中。博物馆信息数字化是一种大趋势，但也要和实体博物馆相结合，因为有些功能还是需要实体博物馆来实现，实体博物馆需要数字化，数字博物馆也需要实体化。目前博物馆行业内能够熟练掌握三维数字技术的人不多，从这点上数字化博物馆需要培养自己的专门人才，在软件技术开发上也需要提高。要想这样尖端的高科技像空调、电冰箱一样深入千家万户，就需要开发更廉价的、实用性更高的数字化体验设备。
参考文献：
[1]胡少兴，查红彬，张爱武.大型古文物真三维数字化[J].系统仿真学报，2006（4）：P951-954；
[2]申茂兰，兰德省.对现代文物保护与修复理念的认识.中国文物保护技术协会第四次学术年会论文集，2005-11-01；
[3]王婷.文物真三维数字建模技术在秦始皇兵马俑博物馆中的应用——以一号坑陶俑为例.文物考古与考古科学，2012年11月24卷（4）；
[4]周明全，耿国华.计算机辅助文物复原技术.国家科技成果数据库，TP391.41；
[5]刘卫华.关于博物馆陈列的多方位思考.博物馆研究.，2003，(1)：P9 -11。
作者简介：何凯峰（1983-），男，大学本科，助理文博馆员，现任职佛山市祖庙博物馆。
