中岳汉三阙数字化保护与展示研究

□姚智辉 千绍彬

中岳汉三阙数字化保护与展示研究

□姚智辉 千绍彬

一、引言

中岳汉三阙是中国现存的最早的地上古建筑，是中国仅存的最早的庙阙和最早的礼制建筑实物，是探索研究我国建筑史、美术史和东汉社会史的珍贵资料。在联合国教科文组织第34届世界遗产大会上，于2010年8月1日审议通过，将包括汉三阙在内的“登封天地之中历史建筑群”列入世界文化遗产名录。

中岳汉三阙的价值，主要体现在建筑、画像和铭文三个方面。汉三阙画像图案精美、形象真切，具有鲜明的时代特征和浓厚的社会生活气息，展示了我国古代民俗、风情、生活状况和灿烂的文化艺术，对研究我国汉代社会生活具有重要的现实意义。汉三阙铭文，自宋代以来即受到金石学家和考古学家的重视，各种著录有数十种。阙上篆刻的铭文，有秦统一后的篆书，有八分书汉隶，是研究我国书法艺术、汉字演变和汉代历史的宝贵实物资料。中岳汉三阙由于受自然环境风化、侵害和人为因素影响，有的阙身结构已残缺，画像阙铭已不清晰，不易辨认和保护。

数字化技术应用于文化遗产保护和展示，已成为研究热点，但以阙为对象的数字化保护和展示研究还相对缺乏。全国现存的石阙，均建于东汉或稍晚，分布地区以河南、四川最为集中。汉三阙年代久远，属于濒危稀缺文物，由于传统保护、展示手段的局限性，当前汉三阙尚未对公众开放，仍处于封闭保护状态。要实现其永久、可持续传承和遗产本身价值的体现，就需要将数字化技术的理论方法应用于保护、管理和传播中，建立准确、翔实、科学的数字化信息资料。特别是画像和铭文是反映汉代社会风貌、记载三阙历史的重要依据，是保护的核心内容之一。

二、汉三阙三维模型建立

对于文化遗产的数字化保护与展示而言，一套科学严谨的数字化方案是其工作顺利开展的基础和前提，决定着数字化工作的效率和质量。数字化工作的前期准备，包括区域资料查阅、现场勘测和规划、数字化技术方案确定、方案可行性评估、设备配置、时间安排、人员组织等。

根据汉三阙形制结构、遗产本体防护原则及遗产地环境情况，把Focus3D三维激光扫描仪和佳能5DMarkIII单反相机作为基础数据采集设备。制订汉三阙数字化方案如下：（1）现场勘测和规划，扫描站点位置布设、标志球位置，以及确定扫描站点数量。（2）采用Focus3D三维激光扫描仪采集数据，配置三维激光扫描仪参数，获取汉三阙点云数据及影像数据。（3）通过FARO SCENE软件，对点云数据进行处理与分析。（4）利用Geomagicstudio软件，对汉三阙进行三维模型重建。（5）采用AutodeskMudbox软件，对汉三阙进行贴图绘制。（6）数据检查，成果输出。由于中岳汉三阙形制结构基本相同，针对汉三阙制订的数字化方案工作流程也基本相同，本案主要采用少室阙数据来进行分析研究。

具体方案的实施，要通过扫描站点布设（图一）、数据采集（图二）、点云数据的拟合拼接（图三、图四）、点云数据优化（图五）、三维重建（图六）以及三维还原（图七）。研究中所涉及的中岳汉三阙图像原始数据、点云原始数据和软件平台，由登封文物局、河南中视新科、上海律典提供支持。

图一 少室阙东阙扫描站点及标志球布设

图二 三维激光扫描仪数据采集工作中

图三 少室阙拟合拼接前点云数据

图四 少室阙拟合拼接后点云数据

图五 少室阙点云数据优化后效果

图六 少室阙点云数据三维重建后实体模型

图七 少室阙三维模型纹理映射细节

三、遗产数字保护与展示应用

信息留存，是文化遗产保护中的一项重要基础工作。数字化技术可以将文化遗产信息最直接、最真实、最全面地保存下来，有效地保护、记录、整理并利用这些数据，对文化遗产的研究和保护工作起着指导性作用，具有重要的现实意义。

传统的数据采集，是用直尺、角尺和垂球等工具通过测量直接量取遗产尺寸信息，并以此为基础制作图纸信息和完成文字记录，由于遗漏和误差，导致所获取的信息不够全面且精确度较低，不能满足研究和保护的需要。以往的遗产研究工作，大量的时间和精力常常用于对遗产本体测量、手绘和观察结构形制本身，对遗产的内涵价值认识始终停留在表象层面上。对中岳汉三阙进行数据采集时，已将三阙本体及其现场环境以三维的方式快速、精确记录下来，成果输出不受时间和空间限制，可随时随地进行多维度观看和任意点间数据测量，并可制成各种类型的工程图、结构图、剖切面图，以满足不同研究对象的需求。

长期以来，考古工作者在编制报告中，对各类遗迹的平剖面图和器物图一直沿用传统的手工坐标法进行绘制，运用正射投影的原理，通过测取特征点的绘图手段将三维空间转化为二维线画图，为后期脱离实物研究或编辑出版准备资料。这种方法，不仅给资料的整理、简报、报告的编制及资料的保管带来了诸多不便，而且对遗迹和遗物的频繁测量对文物本身也是一种损害。三维激光扫描技术，采用非接触方式对汉三阙进行数据采集，利用文化遗产数字化管理与展示平台的线画图功能，可根据三维模型通过人机互动生成阙的线画图，在提高效率的同时也保证了质量。

中岳汉三阙阙身被风化侵蚀后，传统方法无法有效识别画像和铭文，对其表面清洗、打磨时会损坏保护对象，严重影响了保护工作的进度和质量。在不损坏遗产本体的前提下，对其结构、画像、铭文进行数字化复原是比较科学的保护手段。传统的复原方法，由于数据相对不够全面，技术不成熟，进行复原时容易产生形体改变、细节丢失现象，利用三维激光扫描仪对其进行三维点云数据采集并三维重建，可弥补画像、铭文细节的丢失问题。对阙身保存完好的部分和残缺部分进行曲率计算复原，相对科学准确，且不受不可逆性限制，可及时更改和更新复原成果。同时，通过数字化技术实现遗产的三维信息留存，对日后遗产的复建和修复也具有重大的指导作用。

文化遗产数字化展示的过程，实质上是对文化遗产内部构成因素和外部限定因素进行图形模拟，超越了现实传统的文化遗产展示时间和空间的限制，而信息数字化使传统的文化遗产展示打破了二维静态的限制，向多维度、动态交互和虚拟化方向发展。通过对汉三阙残缺、消逝画像的复原研究，结合三维模型，借助增强现实技术来实现画像还原的同时，也可增强公众体验。在三维模型的基础上，配合实时“云渲染文物展示系统”，可以将汉三阙展示方式整合到PC终端。通过扫描相应的二维码，还可以在手机、ipad等移动设备的终端实现跨平台360°三维交互展示，配以增强现实、热点区域介绍、语音讲解。以直观形象的多维度动态展示、交互虚拟展示等手段，实现用户与文化遗产的内涵传递，缩短文化遗产信息传输的时空距离，减少传输中介对文化遗产信息的损耗，强化文化遗产认知和教育的体验效果。

汉三阙数字化展示，还包括对三阙画像题材的动画再现。画像内容带有浓厚的社会生活气息，为研究我国汉代社会面貌提供了宝贵资料。通过数字动画手段，将其内涵挖掘出来，有助于加深其获得表象的认知程度，从而更深刻地感受到文化遗产所蕴含的文化价值与艺术魅力。启母阙雕刻的“夏禹化熊”画像（图八），是夏禹化熊的神话传说。用数字动画的形式来阐释画像内涵，是对文化遗产价值更深层次的表达与传播。 “夏禹化熊”的故事，以数字动画的方式进行演绎，将启母阙画像石刻所反映的思想文化与内涵具象化，配以语音解说，并融入了中国传统演绎方式——皮影等元素，带给观众一次全新模式的文化体验。

图八 夏禹化熊画像拓本

数字化作为文化遗产教育与传播的一种新型技术手段，有着更易保存、更易获取、更易共享的优势，已普遍被公众所接受。在数字化视域下，若要最大限度发挥文化遗产的教育与传播功能，需构建一个可以承载图形、图像信息的平台，并在此基础上形成一个数据库，支持文化遗产的教育与传播。

（本项目系“中华之源嵩山研究会”资助项目的先期成果之一，项目编号：Y2015-12）

注释：

[1]吕品：《中岳汉三阙》，北京：文物出版社，1990 年。

[2]Negroponte ：《BeingDigital》，胡泳、范海燕译，海南出版社，1997年。

[3]周全明、耿国华、武仲科：《文化遗产数字化保护技术及应用》，高等教育出版社，2011年。

[4]谢宏全、侯坤:《地面三维激光扫描技术与工程应用》,武汉大学出版社，2013年。

[5]张会霞、朱文博：《三维激光扫描数据处理理论及应用》，电子工业出版社，2014年。

[6]周晓英：《基于信息理解的信息构建》，中国人民大学出版社，2005年。

[7]覃京燕：《文化遗产保护中的信息可视化设计方法研究》，《清华大学学报》2006年第12期。

[8]陈海涛、陈琦：《莫高窟第254窟舍身饲虎图的数字阐释及影片创作》，《敦煌研究》2014年第6期。

（作者单位 郑州大学历史学院 、河南省中视新科文化产业有限公司）

[责任编辑 孟昭勇]