文化遗产数字化保护及可视化

陈晓皎，苗甜，唐晓腾，陈为，王小松,1b,2

（1.浙江大学 a.艺术与考古学院b.艺术与考古图像数据实验室c.计算机辅助设计与图形学国家重点实验室，杭州 310000；2.浙江-新加坡人工智能与创新设计联合实验室, 杭州 310000；）

“文化遗产”是随着时代发展留下的历史宝贵财富，通常随着国家、民族或者群体的社会发展进程而不断涌现更迭，这种财富伴随着极强的传承性，构成这个国家、民族或者群体所独有的文化特征，具有独特性、不可替性和不可逆性。随着数字化技术的不断发展，世界各国都陆续展开针对文化遗产的数字化保护工作，对其进行客观、真实、全面的数据记录保存，并将其转化为可供检索、学习、传播和展示的数据资源。将数字化技术手段运用于文化遗产领域进行保护传承，不仅是对文物遗迹的记录修复与重现，更重要的是利用新兴的技术手段与理念形式，以全新的模式迎接新的机遇与发展。文化遗产数据种类多样、信息繁杂，将其进行可视化呈现易于用户理解使用，因此在梳理总结国内外数字化进程以及数字化流程体系的基础之上，还应当对国内文化遗产可视化案例进行分析，归纳文化遗产可视化呈现的数据信息及目标用户，对可视化案例进行分类，并提出针对不同图表类型的应用场景，为后续文化遗产可视化工作提供参考。

1 数字化助力文化遗产保护与传承

1.1 文化遗产概念及其数字化

文化遗产是时代发展留给人类的历史财富。可以将其分为两种，一是物质文化遗产，包括古代文物、楼宇建筑、文化遗址，具有考古价值和艺术价值；二是非物质文化遗产，即以非物质形态存在的、世代相承的、与人类生活紧密联系的各类传统艺术表达与文化场所。文化遗产蕴含着人类对于世界的思考，是智慧的结晶、文明的瑰宝，是社会生活的重要产物。

文化遗产数字化是针对可移动文物和不可移动文物的数字化保护、复原与展示。利用不断发展的数字技术手段，对文化遗产内容进行梳理与归纳，客观、真实、全面地记录与保存文化遗产的基本信息与核心价值，使他们能够获得科学、有序的数据管理，并拥有持续重现的虚拟能力[1]。

1.2 文化遗产数字化意义

科学技术的发展与进步使人类的交流沟通、知识传播的方式也随之发生变化，当今时代科技与艺术的融合愈加紧密，新兴数字化手段必将引领文化遗产发展的变革。数字信息技术的兴起，使人们不仅可以完好地记录保存静态的实体化文化遗产，也能够更好地记录动态的无形化非物质文化遗产，它打破了过去传统文化遗产保护方式的限制，一方面为现有文化遗产的记录、保护、展示和传播提供更加丰富的技术选择，可以进行数字化复制备份以便于对文物资源的学习研究。另一方面数字化为已经损毁或消逝的文化遗产数字化进行再现和修复、解决文化遗产保护过程中的许多问题寻找到一个突破口，有助于文化遗产的再生和应用。

相对于传统文化遗产的保护而言，文化遗产保护的数字化摆脱地理、物理的局限，实现由实物导向到信息导向的转变，使文化遗产的保护朝着超越时间、广泛空间和深入信息的方向发展，给文化遗产传承和利用带来新发展路径和生机。

一直以来，我国对文化遗产保护与传承都持重视态度，近年来，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了相继出台《关于加强文物保护利用改革的若干意见》等文件，在重视文物保护的基础之上，提出了针对关于文物数字化保护的相关要求[2]。国务院办公厅“十四五”规划中提出“分类采集梳理文化遗产数据，建设国家文化大数据体系”也意味着我国将进一步提升文物保护力度，对文物保护进行深入分析、发展文化遗产数字化保护。

1.3 文化遗产数字化国内外研究现状

文化遗产数字化研究伴随着技术发展而不断提升数字化技术手段。国外相关领域学者对文化遗产数字化的研究开展较早，前期研究重点是针对文化遗产的数字化采集和数字化记录。20 世纪90 年代，Ogleby总结归纳摄影测量技术在文化遗址中的应用，从测量中推导出三维模型并对文化古迹进行可视化处理[3]。随着技术的不断推进，文化遗产数字化由二维向三维转换，Foni 等对文化遗产项目的传统和现代数字2D/3D 视觉表示方法进行分类；George Pavlidisa 等[4]整理回顾了适用于文化遗产记录的三维数字化方法。A Belhi 等[5]展示了文物数字化处理与保护的研究进展，指出相对于物质文化遗产而言，非物质文化遗产借助于数字化技术的应用可以进行长期保存。Dimoulas 等[6]建议利用非物质文化遗产的视听数字化来更新归档、传播和管理，强调数字化的文化遗产内容应该是原创的。并且制作戏剧和纪录片可以提高用户的参与度。近年来，增强现实和虚拟现实技术在文化遗产方面的大量的应用，主要是文物和遗址的修复重建，重现文化遗产原本的风貌。MK Bekele 等[7]探讨增强现实和虚拟现实的未来研究方向及其对文化遗产领域的影响，提出虚拟现实等技术可以使文化遗产能够以数字方式访问，尤其是在物理访问受到限制的情况下。

国内学者在文化遗产数字化领域的研究中，贾秀清等[8]对当前数字技术在我国文物的利用和面临的问题进行了分析，提出了当代的文化保护需求，并结合国内外的相关案例，试图探寻我国数字文物的保护与传承新途径。骆晓红[9]研究国内外博物馆数字文化建设，重点从良渚博物院入手，梳理和论述了文物数字采集和文物数字展示的基本过程。在数字技术层面，秦晓珠等对数字孪生技术在文物数字化方面的应用，进行了初步的构想，并对其在今后发展中所遇到的问题和现状进行了讨论[10]。郝伟斌从三个层次分析文化遗产智慧档案建设的理念和意义，依据相关政策及建设环境，从数据建模、数据呈现、数据关联方面探讨了文化遗产档案智慧数据资源建设的可行性路径[11]。在数字传播方面，潘志庚等[12]整理和总结了中外文化遗产数字化展示和互动技术发展状况，对涉及的关键技术，如数字化建模、数字化呈现和人机互动进行深入讨论。贺艳等通过分析和总结沉浸交互展览的内容策划、体验设计及空间设计，探讨文化遗产数字化阐释的创新展示手段[13]。

2 文化遗产数字化进程

随着科学技术的发展，数字化手段在文化遗产的保护与复原中取得瞩目成效，文化遗产数字化进程见图1。早在20 世纪70 年代，文化遗产相关机构及学者就开始尝试通过摄影、录像、临摹等数字媒体技术手段记录文化遗产相关信息，推动完善和鼓励文化遗产项目的数字化。在20 世纪80 年代至90 年代的这段时间里，扫描是采集历史内容数字版本最常用的方法，扫描仪通常与传统摄影结合使用，采集物体或文本的照片，并将生成的幻灯片、照片或微缩胶片转换为数字版本。最早的数字化项目之一是华盛顿国家档案和记录管理局于1984 年发起的“光学数字图像存储系统（ODISS）”，旨在测试数字图像和光盘技术在复制、存储和检索档案文件方面的效用。

图1 文化遗产数字化进程Fig.1 Cultural heritage digitization process

进入20 世纪90 年代，随着采集和处理设备成本的下降及资源使用的增加，许多图书馆、档案馆和博物馆等开始对他们的藏品进行更大规模的数字化。联合国教科文组织于1992 年启动了“世界记忆”计划，该项目尝试运用现代信息技术和数字化手段，推动世界范围内文化遗产资源的保存与传播；1994 年，美国发起数字图书馆项目，并于次年启动“美国记忆”项目。G7 全球数字图书馆集团于1995 年由法、日、美、英、加、德、意等7 国图书馆共同参与组建，旨在从融合现有数字化项目中形成更大范围的知识虚拟馆藏以更好地为民众服务。我国也在1996 年推动国家数字图书馆工程，开启文化资源的数字化进程。

与此同时，在3D 技术和虚拟现实技术的支撑下，文化遗产的数字化保护进入三维时代。斯坦福大学和华盛顿大学在1998 年到1999 年间进行的数字米开朗基罗项目，将米开朗基罗的雕塑和建筑数字化。虚拟博物馆、虚拟现实技术、计算机动画与游戏等也初步应用于文化遗产的数字化展示。1998 年，希腊文化遗产机构希腊世界基金会成立“VR 部”，用户可以在米利图斯古城的虚拟现实场景中穿行并进行互动。

随着21 世纪的到来，谷歌和微软等商业信息提供者的出现进一步促进文化遗产数字化进程，计算基础设施的发展可以支持用户在庞大的数字化内容库中进行搜索。然而数字化举措也带来了一系列版权及访问问题，引起了对文化和遗产内容的数字化版本所有权的潜在利用问题探讨。三维扫描技术和摄影测量技术的进步使其更加广泛地被应用于文化遗产数据记录的过程当中，三维建模和虚拟博物馆成为这个时期的热点问题。2007 年，“罗马重生”的工程运用数字技术虚拟重建了公元320 年的罗马古城，其中包括居民建筑、街道巷尾、斗兽场等7000 余座建筑。同年，日本运用数字化技术对犬山城进行了虚拟复原，我国提出“数字圆明园”项目，利用如虚拟漫游等技术全面展示圆明园完整景象。2008 年，Europeana 项目对欧洲文化遗产领域所具有的代表性内容进行整合，基于PATHS 系统实现了欧洲的图书馆、档案馆和博物馆数据资源的一站式浏览与检索，为民众了解欧洲文化提供便捷途径。

近十余年来，文化遗产数字化网站已经越来越趋于完善，2012 年启动的谷歌艺术计划融合了当时最为先进的技术，采用3D 扫描的方式对世界各国博物画作品的超高分辨率照片，展出了超千件艺术品让世界各国的网友进行鉴赏。在中国，中国国家图书馆于2011 年10 月1 日起正式对外特别推出《故宫珍藏》系列展览，让人们能更全面地了解这些藏品的艺术价值和收藏价值。

在此基础之上，更多先进的技术也被应用其中，如2013 年意大利玛德玛宫博物馆使用增强现实技术帮助游客进行游览。2014 年，我国数字敦煌数字展示中心建成使用，运用全景摄影技术展示洞窟。

目前，文化遗产数字化逐步从利用网络通信技术和WEB 形式进行网络共享的阶段转化为综合运用移动网络和虚拟现实等技术实现移动交互的阶段。故宫博物院数字化程度在国内博物馆中首屈一指，自2015年起相继推出多款文化创意APP、智能导览APP 等，进一步推动文化遗产的传播与发展。由此可见，在文化遗产数字化的进程当中，技术手段的进步为数字化保护提供了更多的可能性，目前为止，文化遗产数字化发展历程及技术手段应用，见图2。

图2 文化遗产数字化发展历程及技术手段应用Fig.2 The development process and application of technical means of cultural heritage digitization

3 文化遗产数字化流程体系

文化遗产数字化流程可大致分为3 个阶段，第1阶段是文化遗产数字采集与处理；第2 阶段是文化遗产数字保存与管理；第3 阶段是文化遗产数字展示与传播。也可将其依次视为数据层、资源层和应用层，在文化遗产数字化保护复原过程当中，信息传播的水平根据层级依次提升，见图3。

图3 文化遗产数字化流程体系Fig.3 Cultural heritage digitization system

3.1 数字采集与处理

数据的采集工作是进行文化遗产数据库搭建的基础，这是文物数字化工作的开端。文物数据采集指的是借助数字化方式对文物自身的相关信息特征进行分类记录建档，以识别和提取其物理、化学或语义属性。针对物质文化遗产类的采集，其中图像可以描述为颜色、线条、形状、主题、风格等；三维物体可以描述为体积、材料、重量等；而在物质文化遗产类型中，声音可以描述为音调、音高、节奏等；一个事件可以描述为时间、地点、人物、形式等[14]。然后可以根据目标属性的特点来选择数据收集方法。

根据所要采集的对象、信息、要求的不同等，所采用的技术和方法也有不同。对于小型文物的信息采集常用近景摄影测量、激光三维扫描等技术来实现，将文化遗产转化为数字格式和数字模型，而在大规模文化遗产信息采集过程中常用的有光学遥感、多光谱遥感、机载激光考古调查等方法[15]，非文本数据（或多媒体数据）如图像、视频和音频有不同的存储格式。

这个阶段的数据处理是指对采集的信息进行格式的转化和图像的处理，经过处理后，历史文化资源数字化的信息价值和依托网络的服务水平将会得到大大提升。

3.1.1 摄影测量

摄影测量是一种利用相机测量物体的形状、大小和空间位置的方法，其基本原理是利用光学相机、理想孔型、像差计算等来确定物体的形状、大小、位置、属性和关系。摄影测量学涉及拍摄物体并使用一个或多个图像进行处理，并研究理论、设备、技术、方法和装置，以产生测量结果的图形和数字输出。与三维扫描技术不同，摄影测量不需要通过激光或结构光来人工创造特征。美国数字化卷轴画项目及日本洛中洛外图屏风数字成像均是运用相机采集文化遗产影像数据。

3.1.2 三维扫描

三维扫描的目的是获得关于物体空间形态的结构和颜色的信息，其重要意义是可以把对象的三维信息变成可以在计算机中直接进行加工的数字信号，从而给对象数字化带来方便快捷的途径。激光三维扫描和结构光三维扫描是适用于文化遗产三维采集的主要技术。早期的三维扫描技术，如用探针在固体物体表面进行接触性扫描，以确定坐标系装置的三维性，通常会对文化遗产造成损害，当然也不是为了获取三维文化遗产。三维扫描通常产生一个点云模型，随后进行数据配准、数据去噪、数据精简、数据分割。数字米开朗基罗项目、巴戎寺扫描测绘、龙门石窟数字化项目等都是通过三维扫描技术手段来获取文化遗产表面形态及空间信息，创建数字档案，为后续建模提供数据支撑。

3.1.3 3S 技术

3S 技术包括GPS、遥感（RS）和GS，它们共同构成了实时智能且自动化的地理信息系统。它是分析空间信息、及时捕获、处理、更新和动态地理过程和提供决策支持信息的有力工具。近年来，3S 技术已经在文物保护监测、考古调查和文物保护研究中扮演着日益重要的角色。我国京杭大运河沿线的遗址与文物的调查和保护运用到3S 的数字化技术手段，实现对文化遗产空间数据的展示。

3.2 数字保存与管理

数字保存指的是对数字技术进行合理运用，通过多种方式对文化资源进行全方位储存。由于广泛使用数字技术来捕获和存储文化遗产，为未来保存这些数据的需求变得非常重要，特别是因为资产的高价值。由于处理系统性能的提高和档案媒体成本的下降，数字保存变得比物理保存更可靠。数字管理与数字保存二者有着密切关系，想要实现文化资源数字化保存目标，数字化管理是关键步骤[16]。

当前，数字化文化遗产保护和管理研究主要围绕图书馆，档案馆与博物馆三个方面展开，简称为LAM，它们是传播知识、文化和信息的重要渠道，知识管理作为一种重要的公共文化组织，在社会中起着决定性的作用，也是公共文化服务体系最为核心的组成部分。近年来，国际图联、联合国教科文等国际组织都在致力于“三馆”合作的探索与实践，并且取得了令人瞩目的成绩，LAM 协作正是公共文化组织为了更好地适应大众对文化信息日益增长的多元需求、加强文化遗产保护、推动大众学习、促进创新，在数字信息技术和互联网的共同作用下发展起来。

3.2.1 数字图书馆

数字图书馆就是利用数字技术加工并储存各种数字图形或者文本文件，是支持多媒体制作为中心的分布式信息系统。利用数字技术，来自不同媒体和地区的各种信息资源被储存起来，并可以通过面向对象的网络在地区之间进行查询和传输，包括处理、存储、检索、传输和使用数字信息资源等环节。著名的数字图书馆项目（“美国国会图书馆”主导开发的世界数字图书馆及欧盟主导创办的Europeana）将无价的文化资源数字化，让读者在网络上即可取得文化遗产资源。

3.2.2 数字档案馆

数字档案馆支持内容管理、信息集成和数据长久保存，作为主要管理电子文件和档案等非结构化数据的数字档案馆，它不仅是一个数据中心，而且既要执行分发和访问，还要执行有序的处理和综合管理功能。其结构化的处理和管理流程涵盖了文件的整个生命周期管理实践，包括收集、创建、验证、转换、归档、管理和传播。当前，涉及数字档案馆发展的国际工程主要包括：联合国教科文组织“世界记忆工程”，美国数字化档案工程项目，英国数字化档案工程项目和欧盟档案网络。

3.2.3 数字博物馆

数字博物馆是指将传统的博物馆藏品及其展示、研究、公共关系、教育和其他领域，利用计算机和互联网进行系统的数字化和查看，建立一个多媒体信息数据库，实现人员管理、信息资源整合和反馈等功能。为实现信息资源的传播，适用于全球互联网用户自由浏览，不再受时间和空间的限制。该系统允许全球互联网用户自由地在任意时间及地点浏览和使用数据库中的信息。如IBM 东京研究所与日本民族学博物馆合作计划“全球数字博物馆计划”，提供了一个数字藏品索引通道，支持博物馆互动网络浏览、编辑及教育等功能。

3.3 数字展示与传播

数字展示是指通过互联网展示、虚拟漫游、体感交互、全息投影等技术途径将文化遗产数字化、虚拟化、智慧化。与传统数据展示过程相比，数字展示带给用户更加便捷的虚拟交互体验和更加沉浸式的感官感受。此外，通过互联网、交互式的多媒体数字传播展示，具有共享性广、安全性高、持久性强的特点，并且受众范围更加广泛，可以同时服务于专家学者、管理人员、普通大众甚至特殊人群等。

近年来，数字技术开始支持文化遗产的保存和传播，推动了文化遗产的传播与共享。在互联网快速发展下，各个国家相继推出线上数字图书馆及虚拟博物馆，使大众能够更进一步体验文化遗产。技术手段的发展也给文化遗产的传播提供了更加丰富的选择，如“现实创造技术（Reality Creation Technology）”包括VR（虚拟现实）、AR（扩增实境）、MR（混合现实）等，这些数字技术使文化遗产能够以更加创新、直观、个性化和互动的方式进行修复和展示。通过针对文化遗产的具体特点选择合适的技术，在传播过程中可以达到事半功倍的效果。

3.3.1 现实创造技术

VR/AR 技术常被用于文化遗产的数字化呈现，特别是对遗失或残缺的文化遗产重现具有天然优势，适用于虚实融合的实地展示与体验。MR 技术是虚拟现实技术进一步发展的产物，通过将现实场景信息带入虚拟环境中，在虚拟世界、现实世界和用户之间建立起交互反馈信息的桥梁，增强用户情感的真实感。

3.3.2 移动终端平台

文化遗产移动终端平台可实现在移动终端上完成数字化文化遗产的展现，让希望了解遗产信息的用户方便快捷地获取信息。针对数字化文化遗产需要随时随地展示的需求，在手机等移动终端上实现基于Android 和IOS 系统的数字化全面展示，方便快捷。此前，故宫博物院推出的“掌上故宫”“每日故宫”等APP 为观者进一步了解故宫文物提供导览，弘扬文化遗产的传统魅力。

3.3.3 数字动画

数字动画的产生使动画从过去的绘画方式、传统的作品形式走向数字艺术，可以融入多媒体环境中形成作品的艺术手法并为终端感官传递提供服务，大大拓展了动画对文化遗产传承的影响力。动画与多种艺术门类的交叉运用，尤其是在文化遗产的数字化资源与开发应用方面凸显了数字化展示与传播的功能，对数字文化传承与建设有重要意义。

3.3.4 数字交互

数字交互不仅可以丰富对文化遗产的理解，还可以激发观众的参与积极性，具有互动感、参与感和体验感。可针对不同文物个体进行独具新意的创作，如投影互动、体感互动等，针对传统展示设备枯燥单调的问题，利用互动装置来加强观众体验，建立文化遗产与用户之间的桥梁，带给观众沉浸式体验环境。

3.3.5 虚拟修复

文化遗产的虚拟修复通常利用前期数据采集阶段中获取的数据，借助Maya、3DMax 等三维建模软件，在进行建模匹配贴图等工序后完成文化遗产的数字化三维模型，为后续的浏览展示、场景模拟提供便利，该技术现在已经广泛应用于文化遗产项目的实践当中，如意大利的“罗马重生”项目、虚拟埃及神殿项目和数字兵马俑虚拟修复等。

3.3.6 全景摄影

全景摄影是通过对场景或对象进行现场的实地拍摄，利用得到的实景照片建立虚拟环境，完整记录并还原真实现场。主要针对遗址的复原、博物馆导航和藏品介绍，以及互联网访问等，可真实再现遗址动画展示、路线导航图及相关文物数据，让用户体验足不出户的实景游览，用户通过鼠标和键盘控制环视的方向，可自动环视，也可不同方位控制观看。谷歌艺术计划在全球范围内对各地博物馆进行内部实景拍摄，重点拍摄馆内历史名品画作，展出千余幅高分辨率艺术品，供全世界网民欣赏。数码敦煌项目利用全景影像技术，实现了敦煌石窟的高清数字化和全景游览，用户在线上也可以游览洞窟景色。

4. 文化遗产的可视化呈现

在文化遗产数字化的过程中，文化遗产可视化是“让文物活起来”的重要方式，对文化遗产信息的分类、梳理、解释、共享与创新是关键点，从繁复冗杂的大数据中选取合适的信息并进行可视化呈现，让公众能够快捷轻易地了解文化遗产所蕴含的内容，这正是团队目前探索的方向，即数字人文可视化。

在数字人文视阈下，针对当前文化遗产信息表达的本质及表层现象，相关文化遗产机构不应该仅开展复原展示工作，有学者表示从元数据标准与可持续开源数据集的科学构建、文物信息阐释的多主体参与、信息与数字技术的深度融合三个层次可推进文化遗产可视化的实践探索。通过以数据为导向完善基础设施建设、拓展信息维度、调动公众对知识共享的参与性等举措，依靠数据转化过程集成性、自适应性和泛在化特点和信息可视化模式，协调文化遗产展示机构、文物、公众与技术之间的关系，增强文化遗产信息应用与服务能力，提高可视化展示质量，为同类型展示提供可复制性方案[17]。

本文研究搜集了几十个国内外关于文化遗产可视化页面，为了解各种图表应用与文物信息之间的关系，通过对可视化案例中运用到的图表类型分类概括对比，来了解各种文化遗产可视化过程中数据以何种方式呈现才便于观众理解观赏，从中探寻文化遗产信息可视化呈现过程中的规律，寻找典型特征。

4.1 文化遗产可视化数据信息

文化遗产的种类繁多、数据量大、信息繁杂，在进行可视化的过程中会涉及两类数据，一是文化遗产本身的数据，二是其背后的元数据体系。

目前，梳理、总结出国内外构建文化遗产数字化模型的先进方案，主要包括：国际文献工作委员会(International Committee Documentation，简称CIDOC)参与构建的概念参考模型（Conceptual Reference Model，简称CRM）、CDWA 以及艺术和建筑词表（The Art &Architecture Thesaurus，AAT）等。其中，CRM 是CIDOC 旨在面向文化遗产领域而制定的通用元数据模型，其目的是推进人们文化遗产领域信息的共同理解，涵盖了从实体物件、考古遗迹到人文历史、时间、地点以及人物等方面，共定义了89 个类和151 个属性。2006 年9 月，该模型被国际标准化组织（ISO）认定为国际标准[18]。文化遗产数据收集整理的过程中，在这些常用元数据体系的基础上，根据不同的应用场景对其进行筛选,便于在后续可视化过程中设计出直观合理、易懂美观的可视化呈现方案。

文化遗产数据信息类型通常包括自身信息、时间信息、空间信息、人物角色、相关事件、关系层次等。自身信息通常指文化遗产本体的数据信息，如所属种类长度、宽度、高度和材质类型等；时间类则主要描述文化遗产相关的时代背景，如文物出现时间、历经朝代、发掘时间等；空间类主要描述可移动文物、事件与人物等的空间位置，根据可移动文物所具有的空间特征，可将空间类分为历史地名和现代地名，以此来更好地表达所描述对象的空间位置；人物类是对与可移动文物或事件相关人物的抽象描述，包括创造者、收藏者、研究者等；事件类是对引起或驱使文化遗产的形态或特征发生变化的直接或间接原因的抽象描述；关系层次是对文化遗产之间或与之相关的人事物关联的抽象描述，由于数据特点与描述主体的不同，主要可以分为空间关系、时间关系与属性关系。同时针对文化遗产资源属性又可将其划分为文本类、图片类、音频类、视频类和三维物体类。

4.2 文化遗产可视化目标用户

文化遗产可视化的目标群体是多样化的，从博物馆管理者到研究学者，从感兴趣用户到普通群众，文化遗产可视化尝试为不同的用户提供有用且有趣的数据信息。不同的用户信息认知程度、理解程度不同，获取信息的目的和方式也会有所差异[19]。按照知识背景、认知程度和信息获取主动性可将用户划分为三类：普通用户，兴趣用户和专业用户[20]。

4.2.1 普通用户

普通用户通常在浏览文化遗产可视化的过程中没有具体的信息需求，他们更喜欢寻找有趣和吸引他们注意力的东西，需要注意的是，这类用户不一定具有分析思维或阅读可视化的专业知识。因此，必须确保可视化设计信息传递的明确性。

4.2.2 兴趣用户

兴趣用户对文化遗产可视化中的信息内容有一定兴趣，由此驱动他们对相关信息进行主动探寻，通过花费一定时间来获取他们想要的内容，清晰明了的数据可视化更能激起此类用户的兴趣。

4.2.3 专业用户

专业用户一般涉及博物馆管理者、相关文物部门人员、数据可视化专家等，对文化遗产藏品内容和可视化信息结构的了解使专家能够对内容进行搜索和过滤，得到精确满意的结果。这类用户会花费较多的时间和精力来获取相关文化遗产信息，与此同时，他们对文化遗产的可视化也具有更高的要求，如数据的准确性、视觉的美观度、交互的流畅性等。

4.3 文化遗产可视化呈现类型

通过对收集到的文化遗产可视化案例进行分析可以看出，虽然可视化的呈现方式多种多样，但是根据文化遗产内容主体不同，可以总结概括得出以物、人、景为主线的3 种可视化方式类型。

4.3.1 以文物典籍为主的可视化呈现类型

文物及典籍类文化遗产可视化含有大量数据信息，侧重点会放在数据的统计及呈现上，从多个方向维度来进行可视化阐述。“经籍指掌”：历代古籍目录集成可视化项目[21]梳理及筛选了八种官修目录，并经统计分析及可视化等环节，构建了全类别、长维段的古典文献目录分析及知识演变研究的交互式可视化分析系统。中国历代人物传记资料库，旨在系统地、全方位地收入历史上相对全面的重要传记资料，其可视化内容涵盖不同历史时期传记主空间地理分布、数量统计、生卒信息等多个方面，多方位展示了资料库中的数据信息。宋元学案知识图谱系统[22]对240 万字的文本进行了处理和分析，提取学案中人、地、时、著作四个要素及其错综复杂的语义关系进行分析，构建了相关内容的知识图谱，并实现交互式浏览、可视化展示、语义化搜索等功能。

4.3.2 以历代人物为主的可视化呈现类型

以人物为主体的文化遗产可视化常以时间为轴展开，围绕人物生平作品、事件经历、社会关系等进行表述。董其昌数字人文是上海博物馆开展的明代书画名家董其昌高清数据图像及其相关数字资源可视化项目。他以梳理鉴藏、交友、纪游、传承等多个人文脉络及基线，通过可视化的方式设计了一个“主体–表达–时代”的综合维度来展示董其昌的研究[23]。在项目中运用以时间轴的曲线面积图来展现董其昌生平作品数量的变化趋势；以动态轨迹地图来记录其艺术游历行迹；虚拟VR 技术处理画作，使人置身画中，并带来沉浸式体验。复旦大学的“HoagsOLife：A Visualization of the Life Story of Dongpo”可视化作品从文学创作、游历经历、为官经历与饮食文化四个维度对北宋著名文人——苏轼的生平经历进行可视化，以直观且富有诗意的形式向公众全方位地展示了苏轼的人生故事，在可视化过程中巧妙地运用环形图与散点图、折线图、词云等结合展现出苏轼对中国文化的影响力，充分体现可视化技术在人物故事叙述中的卓越能力。

4.3.3 以遗址遗迹为主的可视化呈现类型

三维扫描建模、虚拟VR、AR 技术常被应用于遗址遗迹类文化遗产的可视化。在全景故宫[24]中，通过全景摄影和虚拟建模等技术，打造线上紫禁城，给观者以身临其境般的参观感受。“数字敦煌”项目[25]以敦煌石窟及其相关遗迹为研究对象，以数字化获取、处理与保护为方法，运用先进科技手段与文化遗产保护理念相结合，融合图像，视频，三维等资料与文献资料，构建多样化，智能化石窟遗迹数字资源库；《纯净之地：敦煌莫高窟》AR 展览期间，新南威尔士大学考古教授萨拉·肯纳丁与香港城市大学创意媒体研究所所长杰弗里·肖共同运用“增强现实”技术，开展沉浸式互动展示活动，呈现精美视觉效果，将游客带进莫高窟这一世界遗产名录遗址。

4.4 文化遗产可视化图表类型

综合上述所，文化遗产可视化呈现方式，通过案例进行详细解析，可以得出柱状图、曲线图、散点图、地图、词云、树图、网络图、桑基图等，它们都是常用的可视化图表类型，各种类型图表的应用，为文化遗产数据信息可视化呈现提供了多样的形式方法，见表1。

表1 文化遗产可视化图表类型（部分）Tab.1 Cultural heritage visualization chart types (part)

柱状图、人口金字塔、词云是常用于表示对比排序类型的数据可视化形式，在文化遗产的可视化中可以运用此类图表展现文物间的数量关系、各朝代人物数量统计、典籍文本高频词等。柱状图通常用于展示多分类数据间的变化及同类别不同变量间的差异情况，在经籍指掌：中国历代典籍目录分析系统中，柱状图被用于呈现和比较中国不同历史朝代各类型书籍的数量。人口金字塔是特殊的柱状图，用类似古埃及金字塔的形状对人口年龄和性别分布状况进行可视化展示，反映人口现状及其发展类型，在中国历代人物传记资料库中用人口金字塔图表来展示历代人物男女寿命的对比。词云主要用于对文本信息可视化，在视觉上突出显示出现频率较高的“关键词”，“遗我双鲤鱼：上海博物馆藏明代吴门书画家书札精品展”的可视化网页中用词云体现五百年前的鲜活日常生活。

续表1

折线图和面积图用于体现数据的变化趋势，一般情况下与时间相关，在文化遗产可视化中用它们来体现文物或人物数量的变化趋势。折线图用于展示数据随时间或有序类别的波动情况的变化趋势，在HoagsOLife：A Visualization of the Life Story of Dongpo 项目中巧妙地运用折线图来体现苏轼被贬谪距离的远近。面积图强调数量随时间的变化程度，可表示累积数据。上海博物馆董其昌书画艺术展中运用以时间轴的曲线面积图来展现董其昌生平作品数量的变化趋势，而宋元学案知识图谱可视化系统中则用面积图来体现各学派人物数量变化。

饼状图、环形图、金字塔图、百分比堆积柱状图及矩形树状图是体现占比关系时可以用的可视化图表类型，展现不同类型文物占比、各朝代人物间比例关系等。饼状图是一个划分为几个扇形的圆形统计图表，通常用来展现数据的分类和占比情况，环形图与之相似，是中间镂空的圆，在上海博物馆数字中心综合页界面中用饼状图来反映文物藏品的类型和占比。金字塔图是用来显示与金字塔相似的层级结构及数据量。树状图就是数据树在图形上的表达，在树状图中物体按父子层次结构进行排列组合，它是目前比较受欢迎的可视化方法之一，使用包含关系来表示分层数据，在中国历代人物传记资料库中用矩形树图来体现不同朝代传记主人物数量占比。

散点图与气泡图涉及分析数据之间的相关关系，通过分析具有相关关系的两个或两个以上变量元素来度量各变量元素之间的相关紧密程度。散点图可以用于发现各变量之间的关系。在 HoagsOLife：A Visualization of the Life Story of Dongpo 项目中，散点图如同星辰代表苏轼这一生中创作的诗作。气泡图是特殊的散点图类型，展示三个变量之间的关系，用气泡代替散点图的数值点，面积大小代表数值大小的相似图表形式，在中国历代人物传记资料库中气泡图被用来展示历代人物享年数据分布。

关系网络图、圆弧图、平行线图、桑基图及和弦图是反映数据间节点关系和变化状态的可视化图表类型，这些图表可以展示历代人物的社会关系、文物典籍的关系及流变。由于关系网络图是节点和边构成的关系网络，历史人文大数据平台用网络图来展示人物社会关系及事件。弧形图用来表示关联，展示多个节点之间关系，平行线图适用于高维数据变化趋势的可视化，经籍指掌，历代古籍目录集成可视化中用弧形图和平行线图来展示不同朝代古籍类目演化。桑基图是一种特定类型的可视化流程图，反映信息的变化和流动状态，适用于路径和流量分析，和弦图与之相似，展示的是矩阵中数据间相互关系和流量变化。

地图和分区图用于呈现文化遗产可视化项目的地理信息，如考古地图、区域分布等。地图常用于展现以地理区域为划分的数据类型，可以用区域颜色深浅来展现，也可以用点状地图、气泡地图、轨迹地图等展现，宋元学案知识图谱项目中以点状地图进行数据呈现，而董其昌书画艺术展中运用轨迹地图体现人物生平游历轨迹。

各类图表有着不同的适用场景，也存在着各种局限，需要在文化遗产可视化设计的过程中进行综合考量；结合设计目的，选取合适的图表类型来呈现数据信息带来快速直观地获取信息的途径，并尝试为观众提供更为良好的感官体验。

5. 文化遗产数字化未来展望

5.1 更精细的文化遗产数字化数据

三维激光扫描仪通常用于一般性文物、遗址、遗迹等物质类文化遗产的数字化采集工作，采用3D 软件进行建模重构，运用数据库及信息平台存储和管理。随着扫描精度的不断提高、软件功能的不断完善、计算机性能的不断优化，可以预测到未来对物质类文化遗产的外观数据精细化程度要求也将越来越高，精度可达毫米级别，而物理外形、纹理色彩、质地触感也会更趋真实，存储形式也将由文字、图片、视频、模型扩展到点云、数据平台、模型复原、虚拟动画等多种形式[26]。

5.2 更广泛的文化遗产数字化传播

随着网络信息技术的突破，文化遗产数字化展示也越来越多地通过互联网来进行传播和展示，如文化遗产网站建设、数字虚拟博物馆、移动终端APP 应用等。除此之外，智能导航、无线定位、人流分析、信息推送也成为发展趋势，可以预测出，文化遗产数字化将更加关注人与物之间的联系，在不久的将来，人们甚至可以直接通过物联网与文化遗产进行“对话”。

5.3 更多样的文化遗产数字化展示手段

如今，越来越多文化遗产数字化展示基于人体感官开发出沉浸式的虚拟体验型产品。借助投影系统、音响系统、动力系统、屏幕展现系统等声、光、电形式，以及大型触摸屏、幻影成像、全息投影等全新的技术手段，可以在线下数字体验展厅中给游客带来新奇的体验和身临其境的沉浸感受。随着近年来火热的Google 眼镜、微软增强现实眼镜、智能手表、智能手环等可穿戴设备的出现，预测在未来文化遗产的数字化互动展示体验领域，除了博物馆线下体验展厅的沉浸式展示设备会涌现出更多的创新形式外，基于人体可穿戴的显示设备也将成为文化遗产数字化传播的新生力量。

5.4 从文物保护走向文化传承

数字技术发展至今，在水平不断革新的同时，意义也在日益扩展，其作用不再局限于为人们提供便利，而是更多地把侧重点放在文化艺术创造方面。数字化手段所独有的创新性将帮助文化遗产焕发出新的艺术价值与艺术潜力，以丰富其文化内涵，增强其自身价值属性，借助虚拟现实技术、多通道交互技术、多媒体互动技术等数字化技术赋予文化遗产全新的生命力，使文化遗产的历史意义得以延续。

在传统文化遗产保护的基础之上，充分发挥数字技术的创造力，将科技与艺术更加紧密地融合在一起，实现文化遗产的数字化传承与创新是当今文化遗产数字化应当追寻的目标。

6 结语

随着计算机技术、互联网技术以及通信技术的不断发展，数字化已经成为文化遗产保护与传承的重要方向。通过对当今文化遗产数字化进程及相关技术手段进行整理归纳，梳理出现有文化遗产保护的技术发展脉络。

此外，文章对文化遗产数字化的重要呈现方式可视化进行案例研究，收集并分析国内外文化遗产可视化界面案例。归纳得出文化遗产可视化呈现的数据信息、目标用户、图表类型、具体应用的可视化表征规律，使用户群体能够通过可视化表征形式来快速便捷地了解文化遗产蕴含的数据规律，为文化遗产保护传承提供可视化思路与建议。

目前文化遗产数字化正处于蓬勃发展的阶段，数字技术为文化赋能是它的核心要义，数字技术的加入使古老的文化遗产焕发出崭新的活力。未来文化遗产的数字化保护与传承将以更精细的数据、更广泛的传播、更多样的手段，全方位展现文化遗产价值，实现文化资源的长久保存和文化传承。