从文物保护修复理念看博物馆VR技术的应用前景

□ 张学慧

从文物保护修复理念看博物馆VR技术的应用前景

□ 张学慧

VR技术全称虚拟现实技术，是近年来国内外科技界关注的一个热点，其在博物馆文物保护领域拥有着其他科技手段无法比拟的优越性。两者的交叉渗透，不仅促进了数字技术研究开发，也创新着文物修复的手段和科学保存的方法。可以说，VR技术研究使博物馆在文物保护和展示方面都取得长足发展，应用前景广阔。

文物修复 VR技术 博物馆 应用前景

随着社会的不断发展，科学文化的不断进步，人们对文物保护的理解在不断地更新，对文物修复要求和认识、应用的理念也在不断变化。如今，预防性保护已成为文化遗产保护的共识，修复的科学性、最小干预性、可辨识性等原则也为学界普遍接受。作为肩负文化传承重任的博物馆，无疑要在文物的有效保护与积极开发中寻找平衡点。

我想，透过现代化的VR技术手段，在保持文物原貌或现状的基础上，拉近文物与普通大众的距离，无疑将成为促进我国文博事业健康、有序、长效发展的一个重要抓手。那么，什么是VR技术呢？

一、VR概念及基本原理

简单来说，VR（virtual reality）技术，又称幻境或灵境技术，是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人们可以通过视、听、触、嗅等手段所感受到的虚拟幻境，最大限度地给予使用者各种直观而又自然的实时感知交互手段。

正如其他新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。其中，虚拟现实中的“现实”泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。

大体来说，虚拟现实系统主要由以下五个模块构成。

检测模块，检测用户的操作指令，并通过传感器模块作用于虚拟环境。

反馈模块，接收来自传感器模块信息，为用户提供实时反馈。

传感器模块，一方面接收来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境，另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。

控制模块，对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。

建模模块，获取现实世界组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境。

其特征主要表现在以下几个方面。

1.存在感，即用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该能达到当使用者全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中时，其难以分辨虚拟与现实真假的程度。

2.多感知性。所谓多感知性是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还应有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该包含一切人所具有的感知功能。

3.交互性。指使用者对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，使用者可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

4.自主性。是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、翻倒，或从桌面落到地面等。使用者通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到实时三维显示和其他反馈信息。

二、VR技术在博物馆的应用前景

文物是人类历史发展过程中遗留下来的宝贵遗产，是现代人了解古人利用自然、改造自然的重要桥梁，更是我们宝贵的精神财富。博物馆作为文物的收藏单位，无疑肩负着文物保护、展示的双重职责。

而馆藏文物资源的珍贵性、稀缺性及其易损伤性决定了文物的实体绝不可能为普通大众所广泛接触，但是在特定环境下，通过VR技术营造的虚拟幻境则能让普通人更为真切地“触碰”文物，感受其真实存在。

1.VR技术可通过虚拟实景和虚拟虚景两种方式实现在线展示、“异地参观”

虚拟实景技术是指利用虚拟技术游览实体博物馆，即博物馆借助文字、语言、图像、视频等展现方式，通过移动终端为公众提供动态信息查询、展览查询及参观路线等多种辅助导览的服务方式，达到使用者不必“实地探查”，只需要在终端设备上进行简单操作，就能对参观对象拥有较为全面了解的效果。

虚拟虚景技术主要是对已经湮灭了的遗址、建筑进行场景复原。利用VR技术，通过考究布局，运用声、光、电等高科技手段动感显示、复原模拟古人生活生产场景，给参观者身临其境、穿越古今之感。而且随着网络技术的发展，特别是一些手游软件的开发利用，更是使虚拟虚景技术在博物馆的应用成为一种潮流趋势。

2.文物藏品信息资料的保存与共享

相较于在展厅陈列柜中展示的部分文物外，许多博物馆库房更是存放着数以万计、乃至数十万计的文物藏品。显然，对于这些可移动文物，由于种种原因，其信息资料尚不完全，其价值尚未开发，其意义尚无法体现，其交流传播尚无从谈起。而虚拟现实技术提供了脱离文物原件来表现其重量、触觉等非视觉感受的技术手段，我们可以通过对文物实体的影像数据采集手段，建立起三维或模拟数据库，一方面实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存；另一方面，可以利用计算机网络技术来整合文物资源，促进信息交流传播，实现资源共享，真正使文物成为全人类的共同财富。

3.文物个体的修复与利用

文物保护修复是博物馆工作的一个重要研究内容。在馆藏文物当中存在着大量易损文物，如果处理不当，就可能造成无法弥补的损失。而将VR技术应用在文物修复中则可有效避免这一情况的发生。

VR技术在完成信息的初步采集后，可根据实际需要，模拟多种数字化修复方式和方法，再现修复过程中的各项环节，从而检验修复理念、技术和手段的可行性，提高文物保护修复的精准度。

具体说来，其步骤应包括：

（1）数据录入：通过三维扫描，获取待修复文物的数字化数据，并对数据库中的各类数据进行描述和归类整理。

（2）虚拟复原：利用计算机程序，结合先前修复范例，在虚拟现实系统中按照文物类型特征进行自动寻找、拼接。如果复原成功，那么就可通过VR技术直接展示。如果修复失败，亦可把三维模型存入数据库，作为参照对象进行对比分析。

（3）实体修复：按照修复原则，从多种复原方案中选择最为合适的一种，对文物进行显示修复，保证文物修复的正确性。

此外，对于一些建筑本身即为文物保护单位的博物馆而言，类比文物修复，VR技术的应用更多了一层现实意义：传承建筑文化，保护古建安全。

传统的古建筑保护和修复手法，需要投入大量的人力、物力和财力，且效率低下，在保护修复的过程中更有可能造成二次破坏。而利用VR技术和高速三维扫描设备，可以快速对需要修复的古建筑建立详细的立体影像，提供准确的定量分析，建立三维数据库，保存文物建筑的各种空间关系，为选择最佳的古建筑修缮保护方案提供视觉和数据方面的直观依据。

三、结 语

伴随着计算机科学和网络的发展，VR技术在博物馆文物保护方面正扮演越来越重要的角色。可以说，VR技术不仅能够很好地践行现阶段“保护为主，抢救第一，合理利用，加强管理”的文物工作方针，对破损文物进行虚拟修复，促使文物寿命得以延长；而且能最大限度地存留文物承载的历史文化信息，并从多角度展示文物信息，促进文物信息的交流。我相信，VR技术在文物保护领域的成功应用，必将使博物馆在文保方面跨上新的台阶，取得长足进步。

[1]李德仁《虚拟现实技术在文化遗产保护中的应用》，《云南师范大学学报（哲学社会科学版）》2008年第7期。

[2]王小峰《浅析虚拟现实技术应用的重要意义》，《中国西部科技》2009年第12期。

[3]孙霖楠《数字技术之于文物修复的意义研究》，《考古与文物》2010年第1期。

[4]周鼎《VR技术在地震后文物建筑修复设计中的应用》，《兰州理工大学学报》2011年第9期。

[5]李静生《文物修复理念探讨与实践》，《中国文物科学研究》2012年第3期。

[6]杨蕴《浅谈3D打印技术在陶瓷类文物修复和复制中的应用》，《文物保护与考古科学》2015年第5期。

（作者工作单位：山西省艺术博物馆）