基于三维摄影技术的雕塑类文化遗产数字化复原技术研究.pdf

65第 37 卷第 3 期 2024 年 2 月Vol.37 No.3February 2024艺术科技0 引言本研究探讨三维摄影技术在雕塑类文化遗产保护和复原中的应用，通过分析秦始皇兵马俑的三维复原项目等案例，展示三维摄影技术如何为古艺术品保护提供精确、非侵入性的解决方案。研究还关注该技术的局限性和未来发展可能，探索技术创新和优化路径，以促进文化遗产的长期保存和传承。1 三维摄影技术的理论与发展三维摄影技术作为一种融合了光学成像、计算机视觉和图像处理的先进技术，致力于通过捕捉和分析物体的光学反射来重建其三维结构1。该技术的理论基础深植于传统的摄影测量学和立体视觉原理，利用多角度的摄像头捕捉物体，然后通过精确的图像配准和处理技术获取三维数据。20 世纪初期，三维摄影技术在立体摄影的基础上逐渐形成，随着时间的推移，特别是在计算机科学和光学技术迅猛发展的推动下，取得了显著的进步2。早期，三维摄影主要依赖双镜头相机系统来模拟人类的双眼视觉，捕捉物体的立体图像。然而，这些方法在精度和灵活性方面受到限制，无法满足日益增长的工业和科研需求。随着计算机图像处理技术的发展，三维重建技术在精度和效率上取得了巨大的突破。这些进步使三维摄影不仅能捕捉物体的外形，还能精确测量其几何尺寸，极大地扩展了其应用范围3。20 世纪末至 21 世纪初，随着结构光扫描和激光测距技术的集成，三维摄影技术发展到一个新阶段。结构光系统通过投射特定模式的光线到物体表面，并分析反射光的变化来获取物体的精确三维信息4。而激光扫描则通过发送激光脉冲并测量其反射时间来确定物体表面的点位。这些技术的结合，不仅提高了三维重建的精度，还加快了数据处理的速度，使三维摄影技术在工业检测、文化遗产数字化、医疗成像、电影制作等多个领域发挥了重要作用5。近年来，随着人工智能和机器学习技术的发展，三维摄影技术正迈向更高级别的自动化和智能化。通过集成深度学习算法，三维摄影系统能够更智能地处理和解析复杂的图像数据，提高三维重建的准确性和基于三维摄影技术的雕塑类文化遗产数字化复原技术研究崔龄誉，汤力（辽宁师范大学 美术学院，辽宁 大连 116029）摘要：目的：文章旨在深入探讨三维摄影技术在雕塑类文化遗产数字化复原领域的应用，评估其在文物保护、修复以及教育传播方面的潜力，为文化遗产保护提供新的视角和解决方案，同时探索技术创新和优化的可能性。方法：文章采用案例分析法，特别关注秦始皇兵马俑的三维数字化复原项目。通过详细考察三维扫描技术的精度、数据处理流程及其与增强现实、虚拟现实技术的集成应用，评估该技术的实际应用效果。此外，通过文献回顾和技术分析，探讨当前技术的局限性和未来的优化方向。结果：研究发现，三维摄影技术在雕塑类文化遗产数字化复原中的应用表现出高精度和高效性，特别是在损坏评估、修复规划、公共展示方面。案例分析显示，该技术能够为修复专家提供详细的雕塑数据，同时通过数字化展示增强公众的文化体验和参与。然而，技术应用仍面临成本较高、操作复杂等挑战。结论：三维摄影技术在雕塑类文化遗产数字化复原中展现了显著的潜力，不仅提高了复原工作的精度和效率，而且为文化遗产的保护、研究提供了新的途径。尽管存在一些实际应用挑战，但通过技术创新和跨学科合作，这些问题有望得到解决。未来的研究将进一步探索降低成本、简化操作流程，并增强系统自动化的可能性，以推动三维摄影技术在文化遗产保护中的广泛应用。关键词：三维摄影技术；雕塑类文化遗产；数字化复原中图分类号：TU-87文献标识码：A文章编号：1004-9436（2024）03-0065-03基金项目：本论文为2023年度辽宁师范大学大学生创新训练计划项目“三维摄影技术在文物保护和数字文化遗产中的应用研究”成果，项目编号：S20231016504466基金课题效率。此外，这些技术的应用还推动了创新，如在虚拟现实和增强现实中创建更加逼真的三维环境，以及在远程医疗和先进制造业中的应用6。2 雕塑类文化遗产的挑战与需求雕塑类文化遗产保护在当代面临的挑战日益凸显，这不仅包括因环境腐蚀、物理磨损、意外事件引起的损害，还涉及技术、记录、管理上的多重难题。环境因素如温度波动、水侵蚀、空气污染对古代雕塑造成了不可逆的损害，而技术上，传统的修复手段往往难以应对严重或复杂的损伤，加之许多雕塑缺乏详细的历史记录，使得其研究、保护与修复工作面临重重阻碍。此外，不完善的保护政策、资金和资源的限制也给文化遗产保护带来了额外的困难。管理和法规方面的问题不容忽视7。在某些国家和地区，缺乏有效的文化遗产保护政策，即便出台了相关政策，其执行力度也大打折扣。资金和资源的限制进一步加剧了这些问题，使文化遗产的保护和修复工作难以开展。因此，雕塑类文化遗产的保护迫切需要新的技术手段和方法。三维摄影技术以高精度的数字化记录能力、非侵入性分析，为解决这些问题提供了新的视角和可能。应用三维摄影技术，不仅可以更有效地保护和修复雕塑，还能通过数字化手段提升文化遗产的教育价值8。3 三维摄影技术在雕塑类文化遗产复原中的应用3.1 技术应用在雕塑类文化遗产的复原领域，三维摄影技术已成为一种重要的革新工具。这一技术允许对雕塑进行高精度的数字化记录，详细捕捉其形状、尺寸、质地、颜色等细节，且过程完全非侵入式，保护原作不受损害。高度精确的三维模型对雕塑的状况评估、损伤诊断、结构稳定性分析至关重要，为修复专家提供了评估损坏程度和制定修复方案的基础。此外，这些数字化模型还能用于模拟修复过程，允许修复者在实际动手之前预见修复结果，确保选择最佳方案。同时，数字化雕塑可通过虚拟现实和增强现实技术公开展示，提升公众的互动体验和文化教育价值9。长期而言，三维摄影技术的定期应用有助于持续监测雕塑，及时发现并应对潜在风险，有效延长其保存期。因此，三维摄影技术在雕塑类文化遗产的复原和保护中扮演着至关重要的角色，不仅提高了复原的精度和效率，还为文化遗产的研究、教育和传承提供了新的视角。随着技术的不断进步，其在文化遗产保护领域的应用前景将更加广阔。3.2 案例分析：兵马俑的三维数字化复原秦始皇兵马俑由成千上万个陶俑和马俑组成，每一个都有其独特的面孔和姿态。由于年代久远，以及受到各种自然和人为因素的影响，许多兵马俑遭受了不同程度的损坏。因此，对这些珍贵文物进行数字化复原，不仅有助于其保护和保存，还能为研究提供宝贵的资料。图 1 三维复原兵马俑西北大学对秦始皇兵马俑的三维复原项目是在文化遗产保护领域的一项重大突破，充分展现了三维摄影技术在该领域的深远影响。该项目通过采用高精度的三维扫描技术，对这些无价的古代雕塑进行了细致的数字化记录。每个兵马俑的三维数据都被精确捕捉，包括其独特的面部表情、服饰纹理、姿态细节，这些数据在生成三维模型的过程中发挥了关键作用。精确的三维模型也为雕塑的损坏评估和修复规划提供了极为重要的参考，使修复工作可以更科学和精确地进行。例如，通过对模型的详细分析，修复团队能够识别出哪些部分最为脆弱或已遭受破坏，从而制定更具针对性的修复策略。此外，三维模型还为学术研究提供了丰富的资源，研究人员可以利用这些模型深入分析兵马俑的制作工艺、历史背景和文化意义，从而在艺术史和考古学方面提供新的见解。而在公众教育方面，这些数字化模型通过虚拟现实和增强现实技术的应用（见图 1），使兵马俑可以跨越时空限制，在全67第 37 卷第 3 期 2024 年 2 月Vol.37 No.3February 2024艺术科技球范围内展示。观众无须亲自前往博物馆，就能近距离感受历史文物的魅力，从而加深对中国古代文化和艺术的认识。这种新型的展示方式不仅使文化遗产保护和传播工作更加有效，还为全球观众提供了一种全新的互动体验，使他们可以更直观地理解这些文化遗产的价值和意义10。4 技术创新与优化技术创新与优化是推动学术研究和应用实践的关键因素。提高三维扫描技术的精度，能够更细致地捕捉雕塑的细节，如微小裂纹、细微的表面纹理变化、颜色的微妙差异等。此外，集成深度学习和人工智能算法至三维图像处理流程中，不仅能够提升数据处理的效率和准确性，还能为复杂的图像分析提供新的视角，如自动化损伤检测和结构稳定性分析11。在三维数据的应用方面，增强现实和虚拟现实技术的融合能够为公众展示和互动教育提供新的维度。通过技术的应用，可以将数字化雕塑以更生动、互动的方式呈现给观众，无论是在教育环境中还是在博物馆的虚拟展览中，都能极大地增强观众的参与感和学习效果12。针对技术优化，提升扫描设备的速度和效率，同时保持高质量输出，是一个重要的研究方向。这不仅关乎扫描设备本身的硬件改进，还包括优化后端数据处理流程，如使用并行处理技术和云计算资源。此外，开发更为直观和易于操作的用户界面，使非技术专业人员，如艺术史学家、修复专家等，也能轻松使用这些先进工具。持续的创新与研究，特别是跨学科的合作，对三维摄影技术的发展至关重要。结合计算机科学、艺术历史、材料科学等多个领域的专业知识13，可以更全面地理解和解决文化遗产保护中遇到的挑战。同时，持续探索新的三维扫描技术和图像处理算法，可以为复杂的文化遗产保护提供更有效的解决方案14。5 结语本研究深入探索了三维摄影技术在雕塑类文化遗产数字化复原领域的应用，并展示了其在保护、修复以及提升公共认知和教育方面的巨大潜力。通过综合分析技术发展、实际案例应用以及技术创新与优化，强调了三维摄影技术的精确性、非侵入性和灵活性，使其成为文化遗产保护的革命性工具。未来的研究将致力于降低成本、简化操作流程，并提升系统的自动化程度。展望未来，随着技术的持续发展和应用范围的扩大，基于三维摄影技术的文化遗产数字化复原有望在全球范围内为保护和传播人类文化遗产作出更加显著的贡献。参考文献：1 顾珈静，刘春，周骁腾，等.基于视觉的明清古家具数字文化档案高精度三维重建J.文物保护与考古科学，2022，34（2）：22-30.2 汪新叶.黄河文化遗产廊道河南中小型石窟数字化复原与展示研究 J.大众文艺，2021（16）：59-60.3 王英，卢瑞祥，赵亢，等.资产档案数字化对古建筑保护的作用和意义 J.建筑技术，2021，52（6）：742-745.4 陈月莹，魏文斌.利用 BIM 技术对麦积山第 44 窟虚拟复原初探 J.华夏考古，2021（2）：111-120，128.5 刘淑强，张瑶，张洁，等.潞绸非物质文化遗产的数字化保护策略探究 J.毛纺科技，2020，48（9）：99-103.6 宋艺文.巩义石窟寺文化遗产数字化建档保护传承研究 J.档案管理，2020（4）：71-72.7 北京帝测科技股份有限公司.现代测绘科学技术在文物精细化测绘与数字化保护中的应用J.中国测绘，2019（8）：28-31.8 李明，孙运豪，孙彬淳.无人机倾斜航空摄影在文化遗产保护中的应用 J.测绘与空间地理信息，2019，42（1）：34-36，40.9 余培永，刘昭华.三维激光扫描支持下的文化遗产建模应用分析 J.测绘通报，2018（8）：145-149.10 梁爽，李海泉，南竣祥，等.秦蜀古道遗产调查中的关键测绘技术研究J.测绘与空间地理信息，2016，39（11）：94-96，101.11 瓦西利基艾莱夫特里乌，迪奥尼西娅马夫罗马蒂，陈曦.雅典卫城修复工程：兼论几何信息实录的先进技术 J.建筑遗产，2016（2）：71-91，2-3.12 蓝萍.近景摄影测量技术在铜鼓数字化中的应用 J.企业科技与发展，2015（9）：30-32.13 李德仁.虚拟现实技术在文化遗产保护中的应用 J.云南师范大学学报（哲学社会科学版），2008（4）：1-7.14 郭云仲.虚拟现实技术在古建筑复原中的应用研究D.武汉：武汉理工大学，2008.作者简介：崔龄誉（2000），女，辽宁大连人，硕士在读，研究方向：雕塑。汤力（1982），辽宁大连人，本科，讲师，系本文通讯作者，研究方向：视觉传达设计。