摘要：在数字技术发展中，物质文化遗产数字化建设是物质文化遗产的主要发展趋势，数字孪生技术有利于加快物质文化遗产数字化建设，对其起到保护与开发利用的作用。在本文中通过分析物质文化遗产数字化建设中的各种数字孪生技术与发展趋势，探索数字孪生技术在遗产数字化建设中进一步应用的策略，为物质文化遗产保护、传承与开发利用提供技术支持。

关键词：物质文化遗产;数字化建设;数字孪生技术;建模仿真

2022年2月中共中央宣传部、文化和旅游部、国家文物局印发《关于学习贯彻习近平总书记重要讲话精神 全面加强历史文化遗产保护的通知》，强调做好历史文化遗产保护工作。为了积极响应国家政策号召，推动物质文化遗产数字化建设，需要将三维虚拟重建、数字孪生等技术融入到遗产数字化建设中，为物质文化遗产的保护与开发利用提供保障。

1.物质文化遗产数字化建设中的数字孪生技术

1.1人机物交互技术

在物质文化遗产数字化建设中，人机物交互技术主要指的是用户、信息空间、物质文化遗产与网络环境之间的融合与交互。物质文化遗产的数字化建设，可以将物质文化遗产与网络数据相结合，通过物质文化遗产数据采集、信息传输、协议制定等方式加强用户、物质文化遗产、网络环境与信息空间之间的交互联系。用户可以借助人机物交互技术在遗产高精度三维数字化几何数据中实现测量、建模与分析处理。同时，遗产数据的展示与存储、遗产所处的人机物环境智能监控与管理等均需要借助人机物交互技术来完成。

1.2建模仿真技术

物质遗产数字化建设中的建模仿真技术主要指的是虚拟的文化遗产建模与模拟仿真。通过获取物质文化遗产多尺度、多维度的各类数据，并对这些数据进行高精度模型数据集成融合处理，根据数字孪生技术的内涵特征、运行机制与模型融合技术进行建模处理，并对物质文化遗产进行模拟仿真处理，推动物质文化遗产的数字化建设[1]。

1.3数据管理与处理技术

在物质文化遗产数字化建设中，数据管理与处理技术指的是对物质文化遗产数字化中的多维度、多类型、多结构等数据进行筛选、过滤与处理分析，并对物质文化遗产数据进行追溯处理，及时更新与优化遗产数据，促进物质文化遗产与数字孪生体虚实双向交互与协作。

2.数字孪生技术在物质文化遗产数字化建设中的发展趋势

2.1人机物智能协作

在物质文化遗产数字化建设中，数字孪生技术的应用关键在于遗产数字孪生体建模与运行的真实情况，即人机物交互技术拟实化程度。物质文化遗产是人类历史遗留下来的瑰宝，包括文物、遗址、古迹、建筑群等，具有历史、艺术、科学、人文等价值，在物质文化遗产数字化建设中数字孪生技术的应用，不仅需要确保数字孪生体具备形状、大小、材料、属地等方面的物理属性，还需要具备历史、艺术、科学与人文等社会属性。在数字孪生技术的建模过程中，不仅需要从结构力学、材料演化模型与应力分析等方面进行建模处理，还需要考虑到人机物之间的智能协作，需要对物质文化遗产的社会属性进行模拟仿真处理，确保物质文化遗产的数字化建设进程不断加快，有效减少物质文化遗产的实体使用与损坏，有利于物质文化遗产的保护与传承。在物质文化遗产数字化建设中数字孪生技术朝着人机物智能协作是必然发展趋势。

2.2多元信息技术集成化

物质文化的数字化建设必然需要数字技术，如人工智能、区块链等技术的支持，同时数字孪生技术的应用中三维数字重建与复原等技术是物质文化数字化建设中的常用技术。在物质文化遗产的数字化建设中，必然需要推动多元信息技术集成化发展，通过各种信息技术的融合交叉应用才能够推动物质文化数字化建设进程的不断加快[2]。

2.3理论与技术深度融合

数字孪生技术在物质文化遗产数字化建设中的应用，主要是通过数字孪生理论与技术共同作用于物质文化遗产数字化建设，借助理论与技术在虚拟信息空间中构建一个与现实世界物质文化遗产一致的数字孪生体，通过数字孪生体对物质文化遗产的保护、开发、传承与利用等进行研究，不断探索与分析其可能遇到的问题，并探索出解决路径与方法，从而提高现实物质文化遗产保护与传承。基于此，在物质文化遗产数字化建设中，数字孪生技术的应用必将朝着理论与技术深度融合的方向发展，有利于推动物质文化遗产数字化建设，为物质文化遗产的保护与传承提供保障。

3.物质文化遗产数字化建设中数字孪生技术的应用策略

3.1建立完善的运行机制

数字孪生技术是促进现实世界物质文化遗产与虚拟信息空间之间的信息交流与融合的有效路径，数字孪生技术在物质文化遗产数字化建设中的应用，还需要借助多元信息技术融合应用，如虚拟现实技术、人工智能技术、区块链技术等，在这个信息技术的融合应用下，促进现实世界中的物质文化遗产与虚拟信息空间之间形成数据双向交互、数据实时映射等，确保物质文化遗产、虚拟信息空间的数字孪生体与数字孪生平台之间形成数据、过程、业务等方面的融合与集成。基于此，在物质文化遗产数字化建设过程中，需要建立完善的数字孪生技术运行机制，加快数字化建设进程，为物质文化遗产保护、开发利用与传承等提供基础保障。

一方面，加强物质文化遗产数字孪生复现。利用数字孪生技术对物质文化遗产的各项数据进行记录，分析物质文化遗产保护中的薄弱环节与风险，借助数字技术对物质文化遗产未来保护与传承的走向进行推演，进而制定物质文化遗产保护措施。例如，在布达拉宫物质文化遗产建筑中，通过温度传感器、倾斜仪、应变计、位移计等穿各种传感器获取布达拉宫的各项数据，如温度数据、墙体与柱子倾斜数据、感知人群荷载对木结构影响的数据等，通过这些传感器获取的数据与图像传达到数字孪生技术应用中心，促使文物保护单位与科研机构根据这些数据了解布达拉宫的各项风险情况，并制定科学合理的保护措施。

另一方面，加强各要素之间的融合与驱动，确保数字孪生技术运行机制顺利运行。在数字孪生技术的应用过程中，对各种模拟仿真模型进行评估与分析处理，并通过数字孪生平台对物质文化遗产数字化建设中的各种数据、信息、业务、服务等进行集合处理，智能化协调与管理整个遗产数字化建设过程与规划设计[3]。例如，故宫博物院园长王跃工介绍，在故宫博物院数字化发展中，全院的信息网络容纳了所有文物信息，形成了三维建模、文物图片、古建筑数据、VR程序等大量的数字资源，并通过微博、网站等网络平台与观众共享。在故宫博物院数字化建设中，通过三维建模的数字孪生技术对故宫博物院所有文物与古建筑信息进行搜集，并与腾讯合作研发的“数字故宫”小程序上线，对故宫博物院进行数字化建设，可以在小程序上搜索故宫所有咨询内容，有利于故宫的保护与开发利用。

3.3制定数字孪生技术体系目标

数字孪生技术在物质文化遗产数字化建设中的应用，还需要制定数字孪生技术体系目标，以便确保数字孪生技术能够更好更快地应用其中。在制定数字孪生技术体系目标中还需要根据遗产数字化建设需求与数字孪生技术特点进行综合考虑。

首先，建立虚实交互融合目标。在物质文化遗产数字化建设中，需要现实世界的物质文化遗产与虚拟信息空间的数字孪生体之间实现信息与数据的交互融合，基于此，需要制定虚实交互融合目标，以实际物质文化遗产映射虚拟的数字孪生体，反之以虚拟的数字孪生技术对现实物质文化遗产进行虚拟重建，通过数字孪生体分析物质分化遗产的健康状态与文保风险，进而制定出保护措施。二者融合的理念是虚拟信息空间可以为物质文化遗产建立虚拟仿真的数字孪生体，并借助数字孪生体对可能发生的突发情况进行预测与分析，从而确定遗产未来的状态与活动。同时，由于物质文化遗产所处的环境与状态是动态变化的，为了确保物质文化遗产与数字孪生体保持高度一致，需要通过虚实交互融合来确保二者之间的数据与信息实时共享互通。

其次，制定数字孪生体全生命周期的智能化管理目标。智能化管理是物质文化遗产数字化建设的主要目标，数字孪生体是从数字化建设中延伸出来的，其目的是加强物质文化遗产数据建模管理，能够对遗产数字化建设整个过程进行监控与智能处理，确保遗产数字化建设进程不断加快，能够形成自动完善与优化的全生命周期智能管理服务体系。例如，在鼓浪屿历史风貌建筑保护中，通过数字孪生技术对建筑面积、建筑建成时间、平面布局、建筑结构等历史信息进行集成共享，对这些数据进行永久保存，并将这些数据应用在全生命周期的三维集合模型中，实现了历史建筑项目的全生命周围信息共享与保存。

最后，推动人机物协作。数字孪生体系是物质文化遗产与虚拟空间之间的数据集成，也是人机物之间的深度融合，遗产数字孪生体是人机物管理中的核心部分，可以推动人机物之间的协作管理，确保物质文化遗产的实体数据与虚拟数字孪生体的数据与信息能够实时共享与互通，促使数字孪生体之间的协作管理与开发利用。

3.3明确数字孪生技术功能

为了确保数字孪生技术在物质文化遗产数字化建设中得到较好的应用，还需要明确数字孪生技术在遗产数字化建设中的功能。一方面，借助传感器数据、历史运行数据等多种数据源建立三维仿真模型，在虚拟空间对对现实世界的物质文化遗产进行映射，借助模拟仿真技术构建数字孪生体，了解其可能面临的各种问题，进而探索出解决对策，以便加强对物质文化遗产的保护，降低物质文化遗产的损害。例如，在“靖江王陵三维数字化系统”项目中，通过三维激光扫描、计算机虚拟仿真等数字孪生技术对靖江王陵的现状精确与完整的记录，该项目利用数字孪生技术记录文物现状，让物质文化遗产在数字空间中得到永久保存。另一方面，明确虚拟信息空间对物质文化遗产的镜像映射功能。在遗产数字孪生体中的全生命周期各个阶段，需要将物质文化遗产的各种数据映射到数字化建设中，确保数字孪生体与现实物质文化遗产保持一致。同时，需要对数字孪生体的数据进行全程监控，并对数据对应的行为与状态变化进行协同管理，确保虚拟信息空间与物质文化遗产达成高效协作，促进二者之间的信息与数据实时交互。

结语

总之，在数字化时代发展下，物质文化遗产数字化建设是当前热门话题，在遗产数字化建设过程中，数字孪生技术的应用有利于推动数字化进程，并对当前物质文化遗产具有较好的保护、传承与开发利用作用。当前数字孪生技术在物质文化遗产数字化建设中的应用还处于初步阶段，需要建立完善的运行机制、制定数字孪生技术体系目标与明确其应用功能，进一步扩大数字孪生技术在遗产数字化建设中的应用，发挥出其保护与传承物质文化遗产作用。

参考文献

[1]刘桂江，许佳.探讨VR技术与敦煌非物质文化遗产保护的结合[J].品牌研究，2021（6）：99-101.

[2]苗田，张旭，熊辉，等.数字孪生技术在产品生命周期中的应用与展望[J].计算机集成制造系统，2019，25（6）：1546-1558.

[3]桑懿，赵琳，孙可，等.长城文化遗产数字孪生技术框架与应用研究[J].科技创新与应用，2021，11（35）：6.