古典家具数字化保护现状研究

■张 磊 周 湃 刘 卓 Zhang Lei & Zhou Pai & Liu Zhuo

(1.3.天津理工大学，河北天津 300384；2.天津科技大学，河北天津 300222）

中国古典家具由于其独特的实用、艺术、投资、收藏等价值一直备受广大公众青睐与瞩目。随着信息时代的到来，借助电脑等方式储存、计算各种数据，数字技术的愈发普及[1]，范伟等[2]提出对古典家具数字化保护的过程中需注重形态保护的准确性、全面性、高效性；林海等[3]针对古典家具细部构建尺寸不足等问题，采用信息模型BIM，对采集的信息进行处理建立三维数据库；王双科等[4]系统的分析出古典家具的特点、特征、风格及文化内涵，从古典家具的内容和形式方面拓展，并讲述了基于数字化设计古典家具的优势。数字化技术推进古典家具的保护及创新设计，是当代科学研究的重要任务。下文将从古典家具数字化保护的意义、方法、技术及展望4方面的研究成果进行了归纳与整理，为古典家具数字化保护领域的研究提供参考。

1 数字化保护古典家具的意义

古典家具在中国古代文化研究中占了重要地位，尤其是明清古典家具[5]，经过千百年来的衍变创新，已臻至完美境界，因此对其保护和修复工作愈发重要。吕九芳等[6]提出针对古典家具保护的12条基本准则，对不同类型家具采用不同的方式进行修复工作，尽可能地保护和还原古典家具原貌，遵循文物修复的可逆性，降低对修复对象产生的潜在性威胁[7]。虽然国内外积累了较多的修复技术和方法，但缺少系统总结和归纳，更缺少系统的永久式保护[8]。

数字化技术的出现改变了该形式，数字化技术具有可控性、可视性、集成性等[9]，便于对古典家具进行历史性保护，还可解决汲取古典家具精华对现代家具进行再设计，使现代家具作品能够将传统中式家具的造型特点融入到现代设计特色中，才有可能设计出既有历史文化内涵又具有现代气息的新中式家具。

如今数字化技术已深深地融入到现代生活方方面面中，逐渐改变人们的生活方式[10]，古典造物形态的设计也被推进了数字化发展的海洋，古典家具形态得到全面而完整的保护机遇，由此获得形态的新生。

从微观层次讲，利用数字化技术对收集的资料进行归纳整理可建立全息数据库，对较为规范系统的研究有一定的辅助作用，并为下一步研究工作提供有利条件。从宏观层次讲，具有独特历史文化特性的古典家具，蕴含了不同时代、不同风格的历史信息，是凝聚了数代人智慧精华，但随着时间的推移，古典家具面临着腐蚀、劣化甚至发生不可逆的损毁，因此对古典家具的数字化保护工作尤为重要。中国古典家具不仅反映中华民族的历史文化及其生活品味，同样作为生活的重要组成部分，同样是文化的传承和发展的重大选择。

2 古典家具的数字化保护方法

数字化保护是利用现代技术平台，对保护对象进行三维数据储存，为今后文物的保护、修复、复原等工作提供保证。经过对国内外的相关文献的总结梳理，归纳出古典家具数字化保护流程（图1）。

2.1 面向古典家具的数据采集

早在传统民间家具中就采用直接测量法进行了数字化保护，但对于诸多古典家具经历了时间的浸泡，纹理和结构遭到了破坏，给测量工作带来了负担，且造成的误差值较大。张荣强采用非接触主动测量方式提高了对于古典家具数据采集的效率和精度[11]。对于古典家具几何信息的采集，按照最小干预原则，吴育华等分析了全站仪、摄影测量、三维激光扫描优缺点，同样偏重于三维激光扫描等非接触测绘技术[12]。而对于细节参数，冉险生等提出近景测量技术，利用同一物体不同位置的数字影像进行匹配调整最终得到各个角度的文物数据，但是效率较低。阮芳采用特殊人工标识方式提高物体光栅投影扫描精度，同时提高了数据采集的效率[13]。

古典家具造型独特，且在时间长河中已有损坏，这给信息提取过程带来很大困难，对于这种特殊性，林海等采用了直接测量法、摄影测量法和三维激光扫描三种方式相结合的方式，对于精确度有显著提高，能更完整的采集古典家具数据[14]。

2.2 数据的后期开发处理

古典家具数字化后期处理过程是从初始点云数据收集开始到建立全息模型数据。总体可分为3个阶段，分别为数据预处理、建模和模型可视化[15]。

■图1 古典家具数字化保护流程

■图2 数据库运行流程

在数据预处理阶段，对三维扫描的点云数据进行去噪去失真、数据平滑、数据精简和数据拼合等，从而降低模型重构的复杂性，在文献[16]中详细介绍了对于海量三维扫描点进行预处理方式，通过弦高差方法和曲线检查法检查失真点，张荣强主张运用多视点云的拼合方法进行点云过滤、数据精简和点云分块，实现三维数据的预处理和去噪。

在建模阶段，将预处理后的点云数据以参考文件的方式导入逆向工程[17]软件，采用逼近或插值的方法得到曲面的特征线，再根据正向建模的方法，由特征线生成曲面；或者直接通过插值或逼近的方法，由点云数据直接生成曲面从而完成古典家具的建模。

在模型可视化阶段，通过对古典家具制作贴图，进行赋予材质，在灯光辅助作用下进行渲染，其中包含古典家具全部信息，是集成的智能数字系统。林海等的研究中创新性地引入建筑信息模型BIM技术，拓宽了对古典家具模型可视化的研究思路。

2.3 古典家具完整数据库

三维数据库的建立可以有效的避免数据信息的冗余，对弘扬中华文化具有重要意义[18]。开发人员在数据采集和后期处理准备工作后，设定数据库的逻辑结构，确保数据在存储与传递过程中的准确性和唯一性。贺春光等[19]利用AutoCAD和Sketchup相结合的方式把古典家具进行数据库的创建和数据写入，采用Archivision Discovery Viewer对数据进行搜索。林海等依托Revit软件平台的API接口进行开发，不仅有效利用了Revit的三维建模优势，且为Revit[20]软件平台的文件管理系统提供新型的存储方式。传统二维家具数据库采用Delphi可视化开发工具进行数据库拓展，查询相关数据是它的主要应用方向，可通过关键字获取家具的二维信息。三维数据库可通过搜索案例、形态、装饰特征、技术特征等数字化信息达到获取三维动态信息的要求还可以给相关工作人员调用和分享文件，数据库运行流程（图2）。

3 虚拟现实技术

虚拟现实技术保护古典家具主要利用大量影像资料、图片等并在根据历史资料的情况下建立精细古典家具三维模型，并应用到具有虚拟漫游功能的软件平台上，通过漫游参观的方式，给人身临其境的体验，通过使用者与环境互动的方式去获取知识，提高认知能力。随着数字化发展趋势，古典家具的虚拟现实系统应运而生。数字博物馆[21]（Digital Museum，DM）实现了对珍贵藏品的虚拟展示，并建立了数据网络体系，忽略了时间、地域等诸多限制条件，增强了参观者与珍贵藏品的互动机会；同时，随着虚拟现实技术（Virtual Realty，VR）发展，参观者可通过五感进行体验，基本达到身临其境的体验，以虚拟现实技术为基础，进而出现增强现实技术（Augmented Realty，AR），将计算机信息实时融合到现实生活中，对于古典家具而言，基于AR交互式的数字博物馆已经初步成型，打破了传统博物馆的原始体验方式，增强了互动性。为了弥补AR交互式博物馆体验功能单一的不足，AR-VR混合技术博物馆将虚拟现实技术与增强现实技术相结合，利用VR技术的沉浸感及增强现实的交互感提升参观者参观博物馆的交流互动体验，AR-VR系统框架。

4 结语

对于古典家具的数字化保护是一项跨学科多领域的问题，文中就数据采集、数据的后期开发处理，及其建立全息数据库做了相应的探讨和分析，强调了对于家具形态保护需要注意准确性、全面性、高效性。

基于图片的绘制和重建、基于三维扫描的重构和漫游、图片检索及其修复、版权保护和沉浸式虚拟系统等多种数字化技术为人们提供高精细度的数字化信息，AR-VR混合技术博物馆的兴起为古典家具数字化保护提供了的道路，赋予其崭新的生命。