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数字化技术在不可移动文物保护中的应用分析
摘 要:不可移动文物属于比较重要的历史文化遗产,可以从不同的角度对不同历史时期人类活动的发展情况加以反映,属于人们对历史文化加以了解的载体。对不可移动文物进行保护,不但能够正视人类历史文明,也能够对优秀传统文化进行传承与弘扬。不过,早期对不可移动文物的保护主要以传统物理修复和人工巡查为主,在面对大规模与复杂性比较高的文物时,通常存在效率低、保护措施主观性强、无法对文物细节进行全面记录的问题。而随着数字化技术的发展,为不可移动文物保护工作提供新思路与新方法,可以为文物的长久保存与合理利用提供技术支撑。基于此,本文主要对不可移动文物的内容进行简要叙述,分析数字化技术在不可移动文物保护中的作用,并深层次探究数字化技术在不可移动文物保护中的应用,旨在发挥数字化技术的最大化优势,推动文物保护工作的有序开展。
关键词:不可移动文物;数字化技术;文物保护;应用
数字化技术主要是以先进技术为核心,通过对信息进行采集、处理、存储、传输与应用,并对现实世界进行数字化呈现与智能化管理的技术体系,能够对传统的信息处理局限性加以打破,使得物理实体转化为可以计算、分析与共享的数字资源,为各个领域的数字化转型与升级提供基础保障。而不可移动文物具有不可再生、不可替代、时空固定的特点,对文物的保护不但需要对文物原始状态进行记录,还需要整合并分析文物的历史信息、环境数据等。此时,数字化技术便可以通过相应的技术手段,对文物的细节特征进行全方位捕捉,实现对高精度数字模型的构建。依托数据库技术与网络平台,可以实现对文物信息的高效管理与共享,从而使得不可移动文物保护工作由单一的实体保护朝着“实体+数字”的双重保护模式转变。运用数字化技术对不可移动文物进行保护,不但可以提高保护工作的效果,也可以推动文物资源的活化利用,实现文化的传承与传播。
一、不可移动文物的内容
不可移动文物属于依据可移动性、规模、大小等标准所划分的文物类别,最主要的特点就是地理位置较为固定,文物本体不但具有无法移动的属性,还具有与周边环境形成整体关联且不可分割的特性。通常情况下,不可移动文物分为两种类型,分别是文物保护单位和并没有核定公布的不可移动文物[1]。其中,文物保护单位具有明确的保护等级与管理要求,尚未核定公布的不可移动文物主要是指其处于待确认和登记的状态。不可移动文物主要涵盖古文化遗址、古墓葬、古建筑、石窟寺及石刻等历史遗存,还包括近现代重要史迹及代表性建筑,更涉及其他有历史、艺术、科学价值的文化遗存形式。我国通过积极开展第四次文物普查工作,对境内地上、地下、水下的不可移动文物进行调查与记录,使得各种不可移动文物的信息得到完整收录,为后续的保护、研究与利用奠定坚实的基础,还为文物保护工作的规范性开展提供系统的框架[2]。
二、数字化技术在不可移动文物保护中的作用
(一)有利于丰富文物保护利用途径
数字化技术能够实现对数据的高精度采集与处理,可以对不可移动文物进行三维扫描与多元数据整合,从而对更加完整且准确的数字模型进行构建。由此,便可以对文物的原始形态特征进行还原,为后续的保护与修复工作提供可靠数据支撑。对于因受到自然侵蚀、人为破坏而导致受损的文物本体,可以依托数字化技术对现存的残损信息进行数字化采集与分析,并结合历史文献、同类文物特征、考古研究成果进行对比,从而在虚拟的环境中对文物缺失部分进行推演与重构,尽量接近文物的真实面貌。与此同时,数字化技术在不可移动文物保护中的应用,还可以通过对虚拟展厅的构建、开发数字文创产品,使得公众沉浸式感受文物的历史与文化价值。不同地区的文物保护单位还可以通过数据共享平台,对文物修复的经验与研究成果进行交流,从而拓宽文物保护利用的广度与深度[3]。
(二)有利于突破时间与空间的限制
在不可移动文物保护中,数字化技术可以依托多元化技术手段,对连接大众与不可移动文物的信息交互桥梁加以搭建,从而使得文物的信息以多维度、立体化的方式呈现。在此过程当中,公众不需要亲自前往文物的所在地,仅需要通过手机、电脑等终端设备就可以更加便捷地对文物信息加以获取,并体验文物中所蕴含的历史文化内容,从而突破时间与空间方面的限制,降低公众对文物进行接触与了解的门槛。近些年,随着社会的发展,人们的精神文化需求日益增长。而数字化技术能够为公众提供更加便捷的文物展示途径,可以切实满足不同群体对文物知识进行获取的需求,在不知不觉中提高文物在社会上的影响力。此外,数字化的展示也可以进一步减少公众与文物本体的直接接触,从根本上降低由于频繁实地参观可能对文物带来的物理损害风险,为不可移动文物的长效保护提供有力支撑。通过数字化技术的运用,文物保护工作模式也会得到进一步优化,注重与公众的文化体验需求进行有机融合,在突破时空限制的基础上,实现文物安全保护与文化价值传播的双赢。
(三)有利于提高文物保护工作效率
数字化技术在不可移动文物保护中的应用,可以依托信息化处理方式,为文物建立更加完善的数字档案,并搭建统一的数字化平台。数字化技术能够对不可移动文物的整体空间布局、现存保存状况、历史变迁信息等信息进行记录,形成动态化文物信息数据库。在此过程当中,文物保护工作者借助数据库系统,便可以对所需要的信息进行快速且精准地检索,从而对文物基础资料、展览显示情况、历次保护修复记录等信息加以掌握,防止存在传统纸质档案在查询中的信息分散与检索耗时等问题[4]。在数字化技术的引领下,不但可以提高文物管理人员的文物保护工作效率,还可以通过对数据进行标准化与集中化管理,使得信息的传递更加完整与准确。此外,数字化技术的运用也可以实现对不可移动文物从基础信息采集、日常监测维护到保护项目实施的全过程管理,从而使得文物保护工作的各个环节都可以紧密衔接,从而使得不可移动文物保护工作朝着更加规范与精细化的方向发展。
(四)有利于推进文物本体保护研究
在不可移动文物的保护中,数字化技术可以通过对高精度的文物数字模型进行构建,为文物本体保护研究提供可视化分析依据。此种依据与传统研究方法相比,会更加真实、具体。在对文物材质进行分析方面,可以依托数字化技术,对文物表层与内部的材质成分、结构特征进行检测与分析,从而对文物的制作工艺、材料特性以及病害成因进行探究,为后续保护修复方案的制定提供科学依据。并且,数字化技术支持下的文物动态监测系统,也可以实现对文物所处环境中,各种参数的实时采集,包括温湿度、光照、有害气体浓度等。并通过数据可视化与趋势分析,对可能影响文物本体安全的潜在风险因素进行发现,以此使得文物保护研究从被动应对转向为主动预防[5]。此外,数字化技术在不可移动文物保护中还可以实现对文物保护研究资源的整合与共享,不同领域的研究者均可以依托数字平台对文物数据信息进行获取,实现协同合作,进一步提升文物本体保护研究的系统性与前瞻性。
三、数字化技术在不可移动文物保护中的应用
(一)三维扫描技术
在不可移动文物保护中,三维扫描技术作为数字化采集的主要手段,主要是通过激光、结构光或摄影测量等实现对文物的高精度数据获取。激光扫描技术主要是指相关人员运用激光扫描仪向文物表面发射密集的激光束,实时记录每束激光从发射到反射回传感器的时间差,结合设备内置的高精度惯导系统与编码器,计算出文物表面数百万乃至数千万个采样点的三维坐标,形成具有毫米级甚至亚毫米级精度的点云数据。结构光扫描技术主要是通过投影仪向文物表面投射预设的光栅条纹、棋盘格或随机散斑等特定图案光线,利用两台或多台高分辨率工业相机从不同角度同步捕捉图案因文物表面起伏而产生的变形情况,基于三角测量原理,通过计算相机基线距离与图案变形量的几何关系,将二维图像信息转化为三维空间坐标,比较适用于表面纹理丰富或具有复杂曲面的文物扫描[6]。对于大型不可移动文物如石窟、古建筑等,通常采用地面三维激光扫描与无人机航空摄影测量相结合的方式。在此过程当中,相关人员会通过无人机搭载倾斜摄影相机在空中获取文物的整体形貌数据,再使用地面扫描仪对雕刻纹饰、壁画色彩层等局部细节进行扫描,数据通过同名点匹配技术实现无缝拼接。在此基础上,将高清单反相机拍摄的文物表面纹理照片精准贴附到网格模型表面,最终生成既包含精确几何形态又还原真实色彩纹理的三维模型。三维模型在文物保护中可以发挥重要作用,具体而言,在文物建档方面,可以通过将扫描获得的三维模型与高清影像、材质分析报告等信息关联,构建完整的数字化档案库,避免传统档案依赖物理接触可能造成的文物损伤。在病害监测领域,可以通过定期对文物进行重复扫描,将不同时期的三维模型导入专业对比分析软件,运用点云差值算法计算表面点的位移变化量,可直观呈现文物的结构变形趋势、表面剥蚀区域及裂隙扩展情况,为制定预防性保护方案提供数据支撑。而在修复与展示方面,针对残缺文物,可基于三维模型运用逆向工程技术,参照同类文物的形制特征或历史文献记载,通过曲面拟合、特征对称等方法进行虚拟复原,生成缺失构件的数字模型,再利用3D 打印技术制作物理复制品用于替代展示或修复试验,从而使得公众以沉浸式方式从任意角度观赏文物细节,实现文物价值的多元传播[7]。
(二)高清摄影技术
高清摄影技术在不可移动文物保护中主要是通过多光谱成像与高分辨率拍摄的融合,构建文物表面微观世界的记录体系。相关人员会注重对专业摄影平台进行搭建,并根据文物类型选择合适的拍摄设备组合。对于壁画、彩绘类文物,通常会采用搭载多光谱相机的轨道式拍摄系统,通过可编程控制器精确控制相机移动速度与拍摄间隔,确保图像采集更加均匀。对于石窟造像、碑刻等立体文物,则需配置多自由度云台,从多个预设角度进行环绕拍摄。多光谱成像环节中,技术人员需切换不同中心波长的窄带滤光片,在保持相机位置、焦距、光圈参数固定的前提下,对同一区域进行连续拍摄,利用不同波段光线的穿透能力差异,揭示底层的原始创作痕迹。图像后期处理则注重通过专业软件,实现全流程自动化。对于高分辨率细节图,主要是运用基于特征点匹配的无缝拼接技术,将数百幅局部图像合成为数亿像素级的全景图,并通过色彩均衡算法校正不同区域的光照差异,还原文物的真实色彩。高清影像数据不仅能够为文物病害分析提供直观依据,还可以与三维扫描模型结合,实现文物的多维度数字化存档,为后续的学术研究及远程展示提供基础保障。
(三)信息集成技术
信息集成技术在不可移动文物保护中的应用,主要是通过融合物联网感知、云计算存储与大数据分析技术,构建覆盖文物全生命周期的数字化管理与保护体系。相关人员在运用信息集成技术时,会注重在文物本体及周边环境部署多层次传感器网络。传感器可以将采集到的环境参数、结构振动等原始数据加密后传输至边缘计算网关,网关对数据进行初步清洗与格式转换,过滤掉因传感器漂移产生的异常值,再通过5G 专网或光纤专线同步至云端数据平台。在此基础上,利用数字孪生技术构建文物虚拟映射体,将物理世界的文物状态、环境参数与虚拟模型实时联动,技术人员可在虚拟环境中直观观察文物表面温度场分布、应力集中区域等动态变化[8]。与此同时,信息集成技术还支持构建跨区域、跨机构的文物信息共享联盟,通过标准化的数据接口与权限管理机制,实现不同保护单位间文物数据的安全互通。对于跨省分布的石窟寺群,可通过统一的数据中台整合各地的测绘数据、修复记录与环境监测信息,为联合保护研究提供一体化数据支撑。在文物展示层面,信息集成技术能够将数字模型、高清影像、历史文献等多元信息进行关联标注,开发沉浸式交互系统,观众通过AR/VR 设备不仅能观赏文物细节,还可触发相关历史背景、工艺解析等深度内容,实现从“观看”到“体验”的升级。
(四)无损检测技术
在不可移动文物保护工作中,无损检测技术主要是通过综合运用射线、超声、红外及电磁等物理探测手段,在不损伤文物本体的前提下,实现对其内部结构、材料特性及病害情况的精细化分析。在实际运用无损检测技术的过程当中,相关人员会注重结合不同类型文物与检测需求,对差异化技术方案加以采用。对于壁画类文物的空鼓病害检测,通常会采用脉冲反射式超声检测技术。在实际进行检测之前,会对壁画表面进行预处理,清除浮尘并涂抹耦合剂以确保声波实现更加良好的传导,通过将高频超声探头以网格状布点方式置于壁画表面,并与壁画表面保持垂直施加恒定压力,通过超声波在颜料层、墙体基层等不同介质层面传播时产生的反射回波信号差异,判断内部空鼓区域。对于古建筑木结构的内部腐朽情况,则可以采用应力波断层成像技术,在木材表面布设传感器,通过分析不同方向应力波参数的变化规律,便可以构建木材内部腐朽区域的三维成像模型,从而实现对腐朽程度的准确评估。无损检测的成果通过与三维扫描模型、高清影像等数据进行多模态融合分析,可以生成可视化模型,为修复方案制定提供精准数据支撑[9]。此外,无损检测技术还可应用于文物保护材料的性能评估。在修复材料选择阶段,通过X 射线荧光光谱对备选修复材料的成分进行无损分析,确保其与文物本体材料的兼容性,避免因材料不当引发二次病害。对于已修复的文物,可利用红外热成像技术监测修复区域与原文物本体的结合状态,通过分析热量传导差异,判断是否存在脱层、气泡等潜在问题,及时发现修复过程中的隐患。
结束语:
综上所述,数字化技术为不可移动文物保护开辟全新路径,通过相关技术的综合应用,不仅可以对文物信息进行高精度采集与数字化呈现,更可以实现对文物的长效保存与活化利用。为此,在实际开展不可移动文物保护工作的过程当中,相关人员应注重加强数字化技术与文物保护理念的融合,不断优化技术应用方案,提升数据处理与分析能力,以应对文物保护过程中可能出现的新问题与新挑战。如此,便可以使更多珍贵的不可移动文物在数字时代焕发出新的生机与活力,为子孙后代留下更为丰富、完整的历史文化遗产。
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