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数字化博物馆的展示和建设实践

更新时间:2009-03-28

文化遗产承载灿烂文明,传承历史文化,维系民族精神,是国家的“金色名片”。数字化博物馆是继承和弘扬中华优秀传统文化,把互联网的创新成果与中华传统文化的传承、创新与发展深度融合,深入挖掘和拓展文物蕴含的历史、艺术、科学价值,全面提升文物工作信息化管理水平和公共文化服务水平的切实措施。建设数字化博物馆,即运用互联网、多媒体、虚拟现实等技术手段,整合文物资源,使观众可以在网上不受时间和空间限制,身临其境的欣赏、虚拟地把玩珍贵馆藏文物。

一、数字化博物馆——“没有围墙的博物馆”

数字化博物馆是近年来伴随着信息技术的发展及其在博物馆领域的拓展应用而产生的新生事物。它以博物馆为主题,具有自由浏览与简易交互的优点,可收藏任何可被数字化的展品,并通过网络不断更新。将馆藏文物以高分辨率扫描、数字化拍摄、3D虚拟制作等技术加以数字化处理与存储,并通过网络完整呈现实体博物馆所应具有的展示、收藏、教育和研究等功能。

叶圣陶先生曾指出:“把整本书作主体,把单篇短章作辅佐。”阅读完整本书只是一个开端,教师和学生之间还要继续围绕这个“原点”进行发散式、辐射式阅读。这样就可以以整本书这个“原点”带动一个阅读群,实现更好的语文阅读群构建,从而有效提升学生的语文阅读素养。当然,在推进学生阅读整本书的过程中,重要的不是让学生读几本书,而是要教给学生阅读整本书的方法与技能,从而使他们阅读更多更好的作品,提升语文素养,陶冶精神情操,培养人文情怀。这样的整本书阅读及教学才会更有意义。

通常情况下,博物馆的陈列展示是在一定空间内,以文物标本为基础,按照一定的主题、序列和艺术形式组合成的,进行直观教育、传播文化科学信息和提供审美欣赏的展品群体。1 黄海:《博物馆3D虚拟文物展示系统设计研究》,《美术大关》2012(1):141。 而数字化博物馆是“无形”的陈列展示,即在“虚拟现实”的基础上,运用3D 技术进行虚拟文物的展示。由于数字化博物馆建立在互联网上,具有海量的存储空间,不受时间、展品条件、展览场地等限制。它通过多媒体展示,使参观者可以更深刻地感受到文物的特性与精湛的工艺技术。这种对虚拟文物的把玩和触摸,更能拉近博物馆与参观者的距离,是博物馆宣传的便捷窗口,更是文物收藏和管理多样化的体现。

欧美各国及日本等资讯大国与重视文化传统的国家和地区都非常重视数字化博物馆的建设和推广工作,并且取得了令人瞩目的成就。我国的数字化博物馆起步略晚,但自从20 世纪90 年代兴起以来,已经日益显现出了喜人的发展势头。台北故宫博物院于几年前便开始着手于数字化研究,并在这一领域取得了一定的成果。2015年底北京故宫博物院端午们数字馆运行,将古代建筑、馆藏文物与数字技术相结合,把丰富的文物和深厚的历史文化积淀再现于数字世界中。南京博物院的数字馆成果显著,为观众提供临场性、交互性、参与性的参观、服务体验。更多的博物馆都增加了3D 虚拟文物展示系统研究的力度,尤其是虚拟文物与参观者互动的领域,为博物馆展示艺术的发展开辟了新天地。

二、数字化博物馆的展示平台

数字化博物馆展示可以根据文物类别建设多个分馆入口,包括:玉石器、瓷器、佛造像、古文字、青铜器、杂项、钱币、石刻、书法、绘画、自然等。也可以根据功能集成多个专题化展厅,包括博物馆网络课堂、镇馆之宝、文物故事、专题活动、各个博物馆入口等,将现有网络资源进行有效的整合。

  

图1 数字化博物馆的展示平台

(一)文物三维还原展示

观众进入数字化专题展览,就像进入一个真实的展厅,可以自主制订参观路线,通过鼠标选择前后左右来实现每一个展区空间的360度参观,通过点击滑动展品浏览展品详细信息,通过视频嵌入了解相应历史文化,再现不同历史阶段的数字影像。这种虚拟展厅是计算机模拟的三维环境,和真实的三维环境一样,使用者可以身临其境,并操控系统中的每一个对象,它带给观众的是视觉、听觉、生理和心理等全方位综合效应的新体验。数字化展厅的制作采用近年来新兴并快速发展的虚拟现实技术、三维影像技术、照片缝合系统和超精扫描系统,还原真实场景,达到集趣味性、展示性、互动性为一体的综合性数字展示效果。在虚拟空间中,观众获得信息的行为完全是主动的,使用者只需简单地操作终端设备,便可根据自己的想法做事,从中激发出极大的热情与兴趣。这是虚拟空间与传统三维环境最大的区别,也是作为交互性展示手段的最大优势所在。数字化展厅的展示设计丰富了人们的情感体验,为观众带来了多种新经验。

进入数字化博物馆,观众可以通过滑动屏幕来寻找和欣赏感兴趣的文物,比如进入陶器分馆的文物展页,会显示出陶器分馆内所有的藏品,可以通过页面上方的检索方式包括藏品的类型、质地、年代、收藏单位等进行分类查找。鼠标放在藏品图片上会自动显示藏品详细信息,浏览起来很方便。藏品的三维还原图可以通过鼠标滑动放大缩小,360度旋转,可任意放大参观展品细节。还可以在线收听语音讲解和收看动画故事。尤其是将博物馆的一些构造复杂、功能玄妙的文物进行三维建模,并通过环物影像和环场影像等技术方面的处理,使观赏者可由点选进入文物各部分的导览系统,在不触碰到文物的情况下,虚拟地把玩到这些珍贵的艺术品,甚至可以欣赏文物的内部。

课前,教师上传继电器外貌、组成框图、动作视频、ppt课件等资料至学习平台,学生通过课前任务应清楚继电器的长相、专业术语及大体课程内容

同时要科学处理政府和社会的关系,充分发挥社会力量的主体作用,形成建设现代养老服务体系的强大合力。从2000年开始,养老服务社会化方向日渐明晰,在以政府为主要责任主体的前提下,鼓励社会力量通过各种方式和手段参与为老服务,政府“独当一面”的格局逐渐改变,包括投资主体、运行机制都体现了市场化、产业化发展格局,企业、社会团体、个人等社会力量纷纷投入养老服务业,在投资运营、运行机制、服务方式和内容等方面,逐渐引入竞争机制,在有效提供高质量的养老服务的同时,实现参与者的价值追求和经营目标[18]。

钉钉软件由阿里巴巴公司开发,是被广大企业应用于人事管理、流程管理的智能移动办公平台。大学生管理,其本质即人力资源管理,因此通过创新性融合,该软件能够满足大学生管理工作的要求。结合大学生管理工作实践,笔者认为通过钉钉软件提升学生管理信息化质量的路径主要包括以下几方面。

  

图2 专家级三维还原展示

公众级展示面向大众群体,以网络,手机,平板为展示载体,以观赏性和实现让文物走出去为目的,基于现实网络水平实现快速加载。模型精度可达0.1cm,数据量以万面计,有效地还原了文物基础纹理细节,将文物的整体面貌充分展现。同时通过相应的技术手段,比如低模和法线贴图的方式同样可以呈现高精模型的细节。在文物的色彩还原方面,采用分辨率尺寸为网络版2048×2048,手机版1024×1024 像素的贴图,即相当于通常所说的400 万像素和100 万像素级别的照片,同样达到了真实还原文物表面丰富的色彩信息的目的。

由于学生的每天的课余时间、每天的课程不同,笔者估计每天能进行体育活动的时间大约总共有2h左右。笔者设置每天的时间为1到3h,且为了更精确地分析体验的差别,将问卷以四个时间段进行分组,分别是:1h以下、1~2h、2~3h、3h以上。再以五个流畅特征为变量,以这四个时间组别为标准,进行方差分析。

  

图3 公众级三维还原展示

(二)数字化专题展览

  

图4 数字化专题展览《非洲野生动物大迁徙展》

数字化博物馆以三维图形图像和虚拟现实为载体,将实物展品转化为虚拟影像,规避传统展陈方式信息传递量少、成本高的缺点,架起展品与观众信息传播的桥梁,观众可以身临其境的欣赏、虚拟地把玩珍贵馆藏文物,把枯燥冰冷的传统展品陈列变成鲜活有科技感的影像,成为实体博物馆的完美延伸。

三、数字化博物馆的建设

数字化博物馆的建设平台是基于数字仿真技术的文物信息开发应用系统,主要包括不可移动文物复原及仿真应用系统、可移动文物高精度数据仿真应用系统、高价值历史遗物遗迹复原仿真应用系统、文物宣传普及应用开发系统、数字博物馆集成平台仿真应用系统。通过不断地摸索和经验总结,数字化博物馆的建设工作已形成一套完善的文物数字化制作流程,从文物出库房至网络数字化展示,各个细节面面俱到,使文物数字化实现了安全快捷的流程化制作。

数字化博物馆的文物三维还原展示级别有专家级和公众级。

从以上数据来看,武隆区通过保险保障(各类保险保障)、医疗救助(临时救助、卫计委救助、保险补助)、低保兜底(特困群众)、残疾人补助(残疾人扶持)等社会保障机制对脱贫后扶的现状有明显改善,但同时也表明了武隆区范围内仍存在较多深度贫困人口。因此,打牢后扶稳固平台,重点做好返贫扶贫帮扶机制,提高边缘户、返贫户的监测力度,完善社会保障机制,精准施策、精准扶持,例如将收入低、患大病、丧劳力、受灾害、受高等教育等5类困难农户纳入动态监测的重点;对符合建卡条件的,按程序识别为贫困户,次年不再监测;对暂不符合建卡条件的,纳入监测范畴,并落实民政救助、临时救助等措施,最终实现武隆区脱贫后扶的成功开展。

数字化博物馆建设涉及各级各类博物馆,文物资源数量庞大,资源数字化工作艰巨,包括数字化资源的采集、处理、存储、展示维护等等。数字化博物馆的建设需要多个团队的协同配合,包括博物馆文物保管团队负责挑选文物、全程协助数字采集、撰写文物说明等;数据采集团队负责3D 扫描、文物摄影、视频拍摄、初级建模;后期数字处理团队负责3D 建模和环物影像、环场影像堆叠等终极数据修改;网站制作展示团队负责网站制作、视频声音制作、各个终端展示等;大数据中心团队负责数据资源的存储备份、更新、维护等。数字化博物馆的成功运行凝结了文物工作者和数字化制作团队的劳动、智慧和汗水。

专家级的模型精度可达到0.005mm,精确地还原了文物的现有面貌,为文物的科学研究,日后的修复和文物原始信息保存及3D 打印留下了原始而精准的数据支撑。在制作过程中为保证达到预定精度,根据不同类型及纹理细节的文物,模型的面数以百万为单位计。特殊细节丰富的文物如颂簋平均可达每平方厘米约3000个面,总数据量更是超越了千万面,突破了常规三维模型制作方式几百万面的物理极限,通常采用专业的单机计算机展示。在文物的色彩还原方面,采用分辨率尺寸高达4096×4096像素的贴图,即通常所说的1600万像素级别的照片,真实还原了文物表面丰富的色彩信息。

  

图5 资源数字化建设流程图

(一)资源的数字化采集

藏品数字资源即数字化的藏品信息,是指对馆藏文物进行数字化扫描、拍摄图片和影像、制作三维动画等方式形成的各项数字文件,是整个博物馆数字资源的核心内容。数字化博物馆建设需要采集文物的三维数据和二维数据,即通过3D 扫描的方式取得文物本身的几何形体的资料,同时运用高解析度的数位相机进行同步拍摄。从小型文物到大型文物,从可移动文物到不可移动文物,通过制订不同的扫描方案都可以做到细节纹理的真实还原。针对馆藏文物的特点,现阶段3D 数字建模主要使用了白光和激光两种相结合:白光扫描,将文物放置在一个旋转平台上并设置好扫描站点,将扫描仪放置固定的扫描站点,利用遥控系统控制白光扫描仪和旋转平台,最终生成密集点云。该项技术效率高、成本低、建模快、配准精确、干预少,适合体积较小的馆藏文物进行三维数据采集和建模。但是相对新的一门技术,还是有很多不完善的地方,譬如对于大型物体的扫描无法调整透视问题以及对黑色物体的扫描技术方面还是不够全面等等。激光扫描,是应用激光测距的原理,使用三维激光扫描仪发出一条激光射线,激光照射到被测物体的表面,并收集反射信息,得到该物体表面“点云”空间相对位置的三维数据,进而经过计算机软件处理,快速的复制出点、线、面及实体模型。激光扫描发展至今已经很成熟,无论是大型文物还是结构比较复杂的文物都能够精确仔细地采集,色彩纹理还原程度较高。但是工作周期太长,人工干预的地方也太多,容易对文物建模的准确性造成影响。2 官彬:《3D高清摄影在馆藏文物立体化数据建设中的运用》,《贵州大学学报》2015(1):66-67。后期制作中,需采用大量的3D建模技术,对物体进行创建,还需要获取文物图片进行贴图,最终形成完整的环物影像和环场影像与3D几何模型堆叠的技术结合。

文物资源的二维数据需要高解析度的数位相机同步拍摄,立体文物必须拍摄正视图、俯视图、底部图、侧视图、局部图五个部分信息图片,总数不得少于108张。对具有花纹、附件、内壁铭文、缺损或其他特殊情况的立体文物需对相应部位进行局部拍摄。文物摄影侧重的是科学性和真实性,要求画面能准确反映文物的造型、色彩、质地和纹饰等。文物拍摄的背景要简洁平整、色调淡雅,不能喧宾夺主,背景用渐变背景纸或有机材料无投影背景。背景的颜色要求色彩简单黑、白、灰三色,但背景与拍摄的器物的颜色不能太靠近,避免器物与背景融合,缺乏层次感。文物拍摄要特别重视光线的反射与吸收的问题,外表光洁的浅颜色器物易反射光,而深色物体有易吸收光的特性。在拍摄浅色器物如陶瓷器,金、银器等禁用色彩对比强烈的背景。

为了充分做到文物的安全保护工作,真正做到文物信息的完美真实还原,经过实践总结制定了一套文物数据采集安全行为规范。统一使用光学扫描仪,避免了强光线对文物纹理及颜色造成的损伤。光学扫描仪保证扫描全程对文物无直接接触,避免了因触碰对文物造成的物理损伤。扫描人员全程禁止直接接触文物,一切扫描行为皆在专业文物管理人员的监督及配合下完成。专门设计制作一整套文物固定器材,保证在扫描过程中文物的稳定性。

(二)数字化博物馆数字资源采集、处理平台

数字化博物馆的资源采集、处理平台集成了十余个现有主流软件,对可提升文物数字化制作质量和速度的各大功能模块进行深入挖掘和整合,包括了前期扫描软件、古建航拍建模软件和后期处理软件等等,是文博行业领先的数字化采集、处理软件平台。

  

图6 资源采集处理平台

(三)数字化博物馆资源存储备份工作

存储备份系统作为数字化博物馆的重要组成部分,为博物馆数字资源安全提供防护。通过存储备份系统可以实现数字化博物馆数据库的在线备份,实现真正意义的无人值守的备份管理方式,可以实现基于网络的远程备份,使得发生数据灾难后能够迅速恢复数据,而且相关业务访问能够平滑不间断地过渡到恢复后的数据库中。

山东数字化博物馆的大数据存储中心、大数据处理中心和大数据备份中心都设置在省会济南市。各地市的移动数据中心和各地市的固定数据中心会定期将采集的二维、三维数据汇总备份到济南大数据存储中心。大数据处理中心从大数据存储中心提取数据并完成后期加工处理制作。最后所有文物数据会定期备份保存在设于山东省文物局的大数据中心备份。数字化博物馆资源存储备份工作确保了数字资源的安全,提高了平台持续服务能力,推动了数字化博物馆建设发展。

  

图7 数字资源的存储备份

四、结 语

数字化博物馆使我们的展示观念发生了潜移默化的变化,从“以物为主”的展示变为了“以人为主”的参与展示。这种观念的改变,体现了博物馆的人性化的设计价值观,它强调了参观者与文物之间的协调关系,强调了参观者的参与精神和主动性。数字化博物馆的建设推动了文物信息资源的开放共享,使文物在保护和利用中“活”起来,进一步发挥文物在培育弘扬社会主义核心价值观、构建中华优秀传统文化传承体系和公共文化服务体系中的独特作用。

 
管东华
《辽宁省博物馆馆刊》2017年第00期文献

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