北京市大葆台西汉墓博物馆文物数字化建设的探索与思考

宋伯涵

摘 要：北京市大葆台西汉墓博物馆在文物数字化实践探索过程中立足自身特点，充分考虑文物本体安全等诸多因素，开展了三维扫描、虚拟现实展示等一系列文物数字化工作。文章即以这些工作实践为基础，探讨技术应用过程中反映出的优势与问题。

关键词：博物馆;文物数字化;三维扫描;虚拟现实

当今时代背景下，借助数字化技术的创新成果，努力让博物馆丰富的文物资源充分发挥作用，提升公众对历史文化的了解，成了博物馆工作的重要内容。①文物数字化可以使遗产保护与展示得以兼顾，满足博物馆在保护、研究、展示、传播等多领域的需求。

北京市大葆台西汉墓博物馆是北京地区唯一一座原址展示汉代王陵的遗址性博物馆，其汉代“黄肠题凑”墓在业界具有独特地位。该馆自1983年建成开馆以来已30余年，建筑主体结构早已超过设计寿命，因建筑存在安全隐患现已处于闭馆改扩建状态。馆藏可移动文物也已搬迁至馆外库房保存。根据博物馆当前情况，无论是文物保护、科学研究还是教育展示，文物数字化工作都显得尤为紧迫和重要。

1 文物的三维扫描与数字化档案的建立

文物信息的采集是数字化工作的前提和基础。②近年来，北京市大葆台西汉墓博物馆持续致力于推进遗址和馆藏可移动文物的三维扫描工作，现已采集完成了整个大葆台一号墓遗址的三维数字化信息。在馆藏可移动文物方面，已完成了全部珍贵文物及部分一般文物的三维扫描工作，建立了較为完善的数字档案。通过对馆藏文物进行三维数字化保护与信息采集，我们进一步完善了馆藏文物的数据信息，加强了文物的保护和利用，初步实现了文物资源数字化保存。

1.1 遗址的三维扫描

遗址扫描工作主要采用了FRAO X330地面式三维扫描仪和FRAO Freestyle3D手持扫描仪两种设备。由于既要确保文物安全这一首要前提，又要兼顾尽量保证数据的完整性，再加上遗址内部工作空间的狭窄性，使扫描工作充满了困难。此种困难尤其表现在扫描站点的布设上：扫描点架设时需要对遗址进行充分避让，这又对后期的拼接融合造成一定的影响。一些过于狭窄的区域只能使用手持扫描仪，最后再进行数据的融合。

遗址扫描过程中使用的纹理采集方法并不是对遗址扫描时同步获取，这是因为采用直接扫描同时获取三维点云和表面纹理的方法对现场光线要求高，相关仪器的可靠性问题在现有技术条件下也较难解决。因此，我们另辟蹊径，先通过扫描三维模型，然后使用数码相机对文物不同角度的纹理进行拍照，在后期处理中进行纹理贴图，以形成真实度较高的三维场景。实践证明这一方法采集效率高、经济性好，成品效果也有保证。

1.2 可移动文物的三维扫描

馆藏可移动文物的扫描工作主要采用的是Artec spider和Artec EVA两款扫描仪，这两款仪器都是手持式扫描仪，扫描操作角度比较灵活，在扫描过程中可以尽量减少翻转或挪动文物。使用Artec配套的软件工具即可对文物三维数据进行采集和合成。扫描仪能穿透透明材质，所以在扫描部分文物时配合使用了玻璃材质的工装，但也是由于这一特性，此技术对于玉器、玛瑙器这类有一定透明度的文物扫描还存在一定的局限性。

主要的纹理采集工作还是依靠数码单反相机完成的，虽然Artec EVA本身带有纹理采集功能，但是在采集三维数据的同时控制现场光线比较困难，且其扫描精度不及Artec spider，难以更好地完成细节捕捉。

2 通过虚拟现实技术将文物数字化成果应用于教育展示

虚拟现实技术是由虚拟仿真技术、显示技术、传感技术和人工智能等多种计算机技术生成的高技术模拟系统。随着科学技术的高速发展，虚拟现实技术在社会诸多行业愈发受到重视，其价值亦在博物馆领域得到切实体现。①近几年，虚拟现实技术的不断成熟与运用正好解决博物馆闭馆状态下无法参观遗址的问题，即通过虚拟现实技术，把遗址“装进口袋”进行巡展，生动地展示遗址原貌，拓展参观体验。北京市大葆台西汉墓博物馆在遗址三维扫描等文物数字化工作的基础上开发了以墓室探索、虚拟展厅等基于沉浸式虚拟现实技术的科普互动展示项目，适合全年龄段观众体验。

实现虚拟现实展示的基本技术路线：利用三维扫描技术获得点云数据，拍照采集纹理，经过拓扑、贴图生成三维场景，并将三维场景导入Unity3D，通过搭载VR设备的计算机实现虚拟现实体验。

如果采用直接扫描封装的模型点云数据量是巨大的，展示平台也无法支撑，且扫描数据在某些遮挡地方是完全扫描不到的，所以就需要利用拓扑的方法来重新建模。拓扑是在扫描模型的基础上重新绘制网格。这一方法大大降低了数据量，将高模变成了低模，从而能在展示平台上流畅运行。

Unity3D原本是一种游戏开发工具软件，其具备功能强大的渲染引擎，可搭建视觉拟真度极高的展示环境，并且支持多平台发布，可应用于多种终端设备。在Unity3D下凭借相关脚本即可实现场景漫游功能，其展示效果真实，可支持较高画质，适用于具有沉浸式用户体验的虚拟现实展示。将建立好的遗址场景导入Unity3D制成交互式体验程序，结合沉浸式虚拟现实设备，就可以让体验者置身于虚拟场景。

在大葆台西汉墓博物馆近两年的社教活动中（进社区、进学校、临时展览等），虚拟现实技术发挥着举足轻重的作用。通过上述虚拟现实技术方案的具体实施，大葆台西汉墓博物馆将庞大的一号墓遗址浓缩为大小仅有百兆级的应用文件，然后依托电脑和VR设备将遗址“带”出博物馆，“带”进公众的视野里。这种在博物馆处于闭馆改扩建状态下利用新技术发展旧设施的办法，从一定程度上解决了无法参观遗址的问题，同时又开拓了新的参观领域。这是因为即使在博物馆正常开放状态下，出于文物安全的考虑，观众是无法进入墓室里面随意参观的。有赖于虚拟现实技术的合理利用，观众可以在虚拟环境下的墓室中行走，沉浸感受“黄肠题凑”，近距离观察车马坑遗址，这些都是在传统参观方式中无法实现的。

3 积极推动文物数字化成果在互联网领域的传播

虚拟现实展示系统，虽然有比较好的交互体验和沉浸感受，但受制于技术和成本因素，只能是在博物馆内设置体验区域或是携带设备前往条件允许的临时场地开展社教活动。而通过智能手机等移动端的三维展示则可以不受场地的束缚，随时随地观看三维展览。利用便捷的网页浏览模式进行藏品三维展示，是博物馆广泛发动大众参与、激发文化活力的一种积极尝试，值得进一步地深入探索。博物馆教育工作在新媒体平台上具有深厚的发展潜力，北京市大葆台西汉墓博物馆依托文物数字化和互联网技术，积极探索让文物资源在网络空间充分发挥作用的新途径，对接“互联网+”战略，成功扩大了博物馆服务的覆盖面。

为了积极推动文物数字化成果在互联网领域的传播，让观众更加便捷地享受社会文化资源，在文物数字化工作中开始尝试采用基于WebGL的三维展示系统。此系统无须借助插件即可直接通过浏览器获得较高质量的文物三维视觉体验。当前的主流浏览器和移动系统对WebGL标准都具有良好的支持。用户可通过PC或智能手机等设备直接在网页端进行便捷的三维浏览。基于WebGL的三维展示系统相比较于手机应用程序浏览的方式，因为把全部的三维数据和渲染工作都放在了服务器上，所以不受限于设备的操作系统，具有更好的多平台兼容性，无须安装，不会大量占用移动设备的存储空间，对手机的硬件性能要求也较低，主要需求只是浏览器和网络连接。

文物在互联网中的三维展示，依旧是基于文物三维扫描数据，通过3DS MAX进行数据处理，以点云模型为基础再次建模，降低数据量便于应用。而后使用Mudbox制作贴图。通过以上两步完成了基础数据的整合，就进入了展示系统的开发流程。此前在虚拟现实体验和PC端浏览的程序都是基于Unity3D制作的。Unity3D是一款功能强大的渲染引擎，应用于虚拟现实展示系统可以提供较高的画质和更完善的体验，但是网页端的兼容性较差，往往需要安装一些特定插件②，很难满足在手机或浏览器上便捷观看的需求。利用WebGL构建藏品三维展示系统的工作流程中，需要提供基础数据，使用Three.js引擎作为开发平台，辅助生成模型、各种矩阵和材质，并最终封装为人类能看懂的三维图像。在这一展示系统中，所有基础数据都需要上传服务器进行调试，用户查看时也是通过浏览链接从服务器调取数据。浏览链接可以在博物馆网站和微信公众平台等多种渠道发布或通过二维码方式进行推广。

4 文物数字化工作中遇到的问题与思考

在上文中已经充分介绍了文物数字化的优势，但是在实践过程中产生的问题与不足更值得我们注意。

4.1 文物数字化展示与传播中对于观众群体的限制

博物馆是面向社会公众的，其所开展的社教活动应当是针对各个层面、年龄阶段的公众人群的。高新技术的出现，面临着人群接受度差异的挑战。对于虚拟现实技术来说，最大的问题就是要让不同年龄段的人能够适应并且接受的展示手法。在我们的社教活动中，可以发现青少年容易接受这种体验，而老年人相对抵制。另外，由于个人身体状况的不同，在使用这种沉浸式虚拟现实技术时，有的人会出现晕眩不适甚至呕吐的情况。而这一问题目前还没有较好的解决方案。

4.2 技术和成本问题

在传播推广领域这一问题尤其需要注意，目前实现移动端浏览的常见方法是将三维展示系统开发成一款手机应用程序①，这样三维数据和渲染都需要依靠手机本身的存儲和运算能力。虽然显示效果好，但是对设备本身的硬件要求高，而且需要根据不同移动系统开发相对应的手机应用程序，并且要求使用者下载安装。这样无形中就抬高了使用门槛，可能会将许多观众拒之门外，这是作为公众文化教育机构的博物馆所不愿看到的。最初在微信公众平台的运营过程中我们也曾经尝试对藏品进行三维展示，但是受制于当时的技术条件，只能将三维图像转换为动画文件上传，只能观看以固定方式变换观赏角度的文物三维图像，而无法进行交互，这样观众的体验感就大打折扣。基于WebGL的三维展示系统的出现很好地解决了这一技术问题。

4.3 文化遗产本身的信息无法得到充分体现

文化遗产本身包括非常庞大的信息量，如文物背后的故事。这些信息目前受限于现有技术和成本的问题，无法在观众体验过程中得到交互式反馈。未来希望能通过与互联网技术的深度融合，使这些信息不再局限于学术研究资料中，而是让大众都可以去理解和体验，变成人人都可以主动获取的文化产品。

5 结语

在执行过程中首先明确目的与需求，不盲目地过度追逐最新技术，而是力图使用已经相对成熟和可靠的技术达到预期效果。遗址类博物馆由于自身特点，其在文物数字化技术应用上需要区别对待、具体分析。遗址类博物馆针对遗址本身进行的技术应用需要充分考虑到遗址本身的安全性以及遗址内光线、复杂格局等问题，应扬长避短，充分发挥文物数字化技术的优势。新技术的应用，最终还要从博物馆自身实践角度出发，分析利弊，选择最适合的解决方案。