3D虚拟技术文物虚拟还原展示——以蚌埠双墩1号墓器物修复为例

万惠玲

（蚌埠学院 艺术设计系，安徽 蚌埠 233000）

双墩一号春秋墓因其遗迹现象奇特，结构复杂，规模宏大，图腾崇拜文化特征明显，出土器物造型优美，制作技术精湛，极具文物考古价值，为研究春秋时期淮河流域的丧葬习俗、宗教信仰、社会经济状况、文化艺术发展等提供了重要的研究依据。由于双墩一号春秋墓具有重要的考古价值，以及在淮河文化研究中的应用价值，进行3D虚拟现实技术虚拟还原展示是非常必要的。

1.国内外3D虚拟现实技术研究现状分析

目前，国内外将数字技术应用于考古工作主要有以下几个方面：一是利用射线或核磁技术进行计算机断层摄影，如x计算机断层摄影（X－CT）、超声波计算机断层摄影（u－CT）及核磁共振计算机断层摄影（NMR－CT）等；二是利用数字技术进行文物修复，包括器物的色彩、纹样、形状的恢复还原；三是三维激光扫描建模技术，具有测量数据精度高，非接触性测量等优点，是文物信息采集、存储的重要手段。三维激光扫描建模技术的核心是点云数据处理，相关研究始于20世纪80年代，主要包括点云表面重建、多视点云拼接、模型的多分辨率表示和三维纹理映射等几个方面；四是虚拟现实技术VR（Virtual Reality），也称灵境技术，它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，实现历史环境的真实体验。目前国外比较有名的几个研究项目是：美国、英国、意大利和德国多家研究机构联合开发的“数字罗马城”项目、美国的“重现耶路撒冷风貌”项目、英国的“木乃伊里面的故事”项目、日本的“唐招提寺”项目等。国内的数字复原及虚拟开发技术虽不如西方发达国家成熟，但也取得不少成果，例如：西北大学的秦兵马俑数字复原系统、杭州大学开发的“虚拟故宫漫游系统”、清华大学开发的“虚拟布达拉宫系统”、浙江大学开发的“敦煌石窟虚拟展示系统”等。

2.基于3D虚拟现实技术进行数字化修复策略

实际研究修复还原工作中，首先是建模问题，需要前期进行大量的现场实物信息采集工作，然后再对采集到的信息进行归类、取舍，设计方案。在建模过程中，应充分考虑到文物还原的真实性，在文物的造型、色彩、纹样、材质等方面都应做到认真分析。具体研究内容：（1）通过三维扫描的方式，对文物环境数据高精度测绘及数字化拍摄；（2）采用三维建模工具建立文物器型数字化三维模型；（3）采用图形图像软件建立能漫游的文物真实感虚拟场景；（4）基于文物虚拟场景的文物造型、纹饰及色彩调查、确定文物材质与历史环境的吻合；（5）采用3DS、Maya、PR、AE等软件建立支持文物保护修复技术reactor中reactor Real-Time-Preview（实时模拟显示）是非常奇特的交互平台，与动力学模拟中的器物对象进行交互，调整场景布局及对象形态等；（6）建立包含文物图像、三维结构模型及保护研究与修复档案的多媒体文物保护数据库。

将其完整、无损地记录下来，是文物数字化信息获取的主要目标。根据获取对象的不同特点，将墓室结构、器物造型和带有色彩的漆器、金箔饰品等分别采用不同的方法来进行获取工作。（1）从已知的测量数据直接使用三维建模工具进行建模，把“放射线状”遗迹色彩采用投射贴图的方法映射到大墓表面，采用凹凸贴图的方法来模拟土丘与土偶的纹理浮雕，并根据墓室结构原始情况改变其凹凸度以增加真实感。（2）为了获得高精度的器物图像，首先把器物划分成若干个区域进行拍摄，并且使相邻照片有部分重叠以便拼接。把文物器型碎片的外形曲线以及断裂面凹凸起伏的特征输入电脑，拍摄的器物图像经过预处理后，再合成为整体立体造型。（3）对于陶器、漆器、金箔饰品等带有色彩且外形比较复杂，对记录精度要求很高的三维对象，采用三维扫描技术来获取其模型。其记录精度可以达到毫米数量级，并针对带有色彩且难以修复的特点研究专门的模型拼接法。

3.3D虚拟现实技术进行交互设计的难题及研究思路

研究如何通过三维扫描仪扫描获得的单色模型与围绕着它所拍摄的一系列数字相片来获取物体纹理贴图的方法。该算法通过模型到图像的对准技术、几何投射与变形和拼接等步骤来获取物体圆柱贴图纹理，具有直观、对原始照片质量要求小、允许运行时编辑等优点。双墩1号墓出土文物器型及色彩复原与演变模拟可以采用自动或交互手段，对破碎、褪色、变色和脱落的残破器物进行复原，并模拟其脱落、残破的发生和演变过程。

双墩1号墓出土文物器型及色彩复原与演变模拟的研究思路是：根据出土器物造型及器物装饰图像的主要颜色，自动将出土器型图像划分得到几张单色图像；利用出土器物的属性检索出与当前器物相似的完好的器物作为复原的参考器物；同时应用双墩传统用色知识、双墩出土器物造型风格知识、双墩研究专家的经验知识，进行色彩复原推理；最后，利用变色演示技术，能可以产生很多中间图像，逼真地器物造型修复的全过程，供美术考古专家和文物保护专家参考。器物复原演变模拟涉及的主要技术包括：器物特点、色彩分层、色彩风格、类比推理、色彩协调映射等方面。

总之，应用3D虚拟现实技术对双墩一号春秋墓考古遗迹进行数字还原展示，不仅会填补双墩文物修复技术的空白，在实践数字技术的过程中解决软件应用问题；还可以将最后完成的展示作品提供给相关部门对外进行宣传、交流，促进当地文化、旅游事业的发展。

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