打开文本图片集

摘要：随着数字孪生技术的发展，其在物质文化遗产保护和文化遗产再现与传播中的应用成为研究的热点。本文综合分析了数字孪生技术在文化遗产领域的三大关键应用：高精度三维扫描与数据采集、物质文化遗产信息模型构建、实时监测与健康评估系统以及在虚拟现实（VR）、增强现实（AR）体验与线上数字博物馆在文化遗产的再现与教育推广的具体实施。探讨了这些技术如何改善文化遗产的保存状态，增强公共接触和参与度，并促进教育推广工作。

关键词：数字孪生技术；物质文化遗产；三维扫描；信息模型

一、引言：

伴随着技术革新的步伐，数字孪生技术作为一股新兴动力，为保护和继承人类瑰宝—文化遗产带来前所未有的机遇。这项技术通过创造物质文化遗产的高精度数字对等物，不仅在遗产保存方面提供了革命性的手段，同时也极大地丰富了文化遗产的呈现方式，通过无界的数字空间促进教育和文化的全球共享。探究数字孪生技术对于物质文化遗产数字化建设和传播的深远影响，势必为相关政策制定、科技研发和文化传播提供重要指引。

二、数字孪生技术与物质文化遗产保护

（一）高精度三维扫描与数据采集

数字孪生技术的核心在于创建一个精确的虚拟模型，而高精度三维扫描与数据采集是实现物质文化遗产数字化的基础和关键。随着技术的进步，三维扫描装备已能捕获微米级别的细节，这对于记录遗产的形态、尺寸和色彩等属性至关重要[1]。专业人员运用激光扫描、光学扫描等设备周密地扫描文物表面，从而获取大量准确数据点，这些点云数据后经过处理转化为立体的三维模型。这一过程既要保证数据的高精度性，又要确保覆盖面的全面性，尤其是对那些雕琢复杂、形态独特的文化资产，精确扫描其几何结构是一项技术挑战。高精度三维扫描的功能分析见表1.

（二）物质文化遗产信息模型构建

构建物质文化遗产的信息模型是数字孪生技术应用中的一项精细工程，其目的在于创建一个全面且高度逼真的数字代表，使得非物质性的信息可以与实体遗产连结。这一过程始于将收集到的三维扫描数据与历史文档、修复记录以及专家知识相融合，构成了一个多维度的信息框架[2]。实施时，需要考虑到遗产资料的不同属性，如材质、结构、年代等，同时把握好信息的粒度，这往往需要跨学科领域之间的紧密合作，如考古学、材料科学与计算机科学。所构建的信息模型不仅包含静态描述，还可能蕴含动态行为和环境互动，比如对温湿度变化的响应，以及外力对结构安全的影响。

借助这一模型的深度与广度，文化遗产得以在虚拟空间中被精确复原、研究与展示。关键在于这一模型确保资料的完整性与可访问性，打破了时间与空间的限制，为不同领域的研究者提供长期、稳定的研究平台。更进一步，信息模型亦促进了传统文化教育与文化旅游等新兴领域的发展，增强了社会公众对物质文化遗产价值的认识与保护意识。展望未来，信息模型的持续优化与更新将为文化遗产保护工作提供革新的思路和手段，同时增强我们对宝贵历史遗产的理解与传承。

（三）实时监测与健康评估系统

实时监测与健康评估系统在物质文化遗产的保护中扮演着至关重要的角色。该系统利用数字孪生技术，不间断地收集文化遗产的状态信息，包括结构变化、环境影响因素及其它可能导致损害的前兆。通过安装在文化遗产上的传感器网络，可以监测到微小的位移、震动、温湿度或化学成分的变化，而这些数据被实时传输到数字孪生平台进行分析比对。动态数据流是量化评价遗产当前状况的关键，其精度与时效性直接决定了监测质量和故障预警的准确性。这种以数据驱动的方法为遗产健康评估提供了新的尺度，进一步为风险管控和维护决策提供了依据。

借助这一系统，对物质文化遗产进行长期跟踪与综合评估变得可行，降低了人为检查的不连续性带来的误差。实时监测系统确保任何异常情况都能被及时发现并记录，同时，数字孪生平台内置的先进算法可以辅助进行未来状态的预测，这涉及对大量历史数据的深度学习与模式识别。当预测出潜在的损伤风险时，保护者可以提前规划修复工作，或者采取必要的预防措施，而不是仅仅在损害发生后才应对。因此，实时监测与健康评估系统不仅提高了文化遗产保护的科技水平，更推进了从被动保护向主动保护的在理念上的重大转变。

三、数字孪生技术在文化遗产再现与传播中的应用

（一）虚拟现实（VR）环境中的文化遗产复原

在数字孪生技术的支持下，虚拟现实（VR）成为文化遗产复原与展示的强大工具，使受众能够身临其境地体验过去的辉煌。通过高精度的三维扫描和建模，文化遗产项目被一砖一瓦地再现于虚拟环境之中，每个细节都经过了精心的数字雕琢，以确保历史的真实性得到尊重。此外，光影、纹理、材料的效果渲染则进一步增强了沉浸感[3]。用户借助VR眼镜穿行于历史场景，不仅可以观察遗址的全貌，体验建筑的宏伟，还能互动式参与至过往时空，体验制陶、丝织等传统工艺活动，赋予传统文化以新的生命力。虚拟现实的职能分析见表2.

（二）增强现实（AR）体验与互动式展示

增强现实（AR）技术的引入，对于文化遗产的互动式展示来说，是一次技术革命性的飞跃。这种技术在不改变用户所在真实环境的前提下，通过叠加数字内容，将历史的痕迹和信息无缝融入现实世界中。利用数字孪生技术创作的高保真三维模型，在AR应用的支持下，可以与实体文化遗产现场相结合或在任意地理位置上进行展示，提供一种全新的解释和感知方式。观众通过智能设备的屏幕，就能够看到古物背后的故事、前世今生，甚至是它们曾经存在过的环境和历史背景。这种体验的实时性与互动性大大增加了展示的吸引力，并激发了观众对文化遗产更深层次的探索与兴趣。

通过AR技术，博物馆和展览馆中僵硬的展品描述得以赋予生命力，访客在参与互动的同時接收来自多感官的信息，从而得到更加丰富的教育体验。比如，展览者可以通过AR看到古代陶瓷的制作流程，或是在遗址地图上动态地查看历史建筑的演变。不局限于此，外部场景如历史遗址旅游，也可以通过AR技术实现信息的即场呈现，让游客在原有视觉基础上，额外获取解说内容和视觉层面的补充。

（三）线上数字博物馆与教育推广

线上数字博物馆的崛起，作为数字孪生技术在文化遗产领域应用的显著成果，标志着传统博物馆概念的彻底转型。这种新形式的博物馆利用高精度的数字副本和互联网的普及，将时空的界限化为乌有，使得人们可以在虚拟环境中自如地探索和学习各种文化遗产。数字展品的详细信息和背后的历史故事透过屏幕传达，观众不受访问时间和地理位置的限制，任何时候都可深入了解文物的起源、特性以及其在人类历史中的重要地位[4]。这种模式不仅扩展了博物馆文化的辐射范围，还增强了公众对遗产的认知与认同感。

线上数字博物馆成为教育推广的重要平台，它通过多媒体和互动技术激励学习者参与并积极探求知识。教师能够通过这些资源，设计更为生动的教学计划，让学生在模拟的考古挖掘中学习历史，在重建的古代城市中漫游，体验文化传承的魅力。这种沉浸式学习环境显著提高了教育的趣味性和有效性，让学生在互动中培养出对文化遗产保护的深切意识，助力未来社会成员内化文化遗产的价值，持续推动遗产保护的重要性在社会中的传播与实践。

四、结语：

通过从高精度三维扫描到实时健康评估，再到虚拟现实、增强现实的交互体验与线上博物馆的教育推广，我们见证了数字孪生技术在文化遗产保护与传播领域的广泛应用。该技术不只是保护了宝贵的文物，更为全人类的共同记忆打开了全新的交流平台。综上所述，数字孪生技术在促进物质文化遗产永续利用和活态传承的路上，功不可没。

参考文献：

[1]张洁，谢鑫.基于数字孪生技术的文化遗产数字人文建设：应用场景、体系架构及运行模型[J].高校图书馆工作，2023，43（04）：37-43.

[2]党安荣，张智，信泰琦等.长城文化遗产保护与传承数字化发展进程与趋势[J].长城学研究，2022，（00）：203-216.

[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）：19-23+27.

[4]唐箐檐.数字孪生技术在古村落保护中的应用研究[J].中国建设信息化，2021，（15）：65-67.