数字化让文物与公众互动起来

王周强

数字化时代背景下，为解决文物保护与修缮领域中传统方法在精确度和效率方面的局限，文章首先阐述数字技术在文物保护与修缮中的应用优势，以及在实践中应遵循的原则，依托实际文物保护与修缮工程，说明了数字技术在文物保护与修缮技术中的具体应用方法。最后以效果展现，证明了所采取措施的有效性，以此为相关人员提供实践参考。

随着科技的快速发展，数字技术已成为当今社会的重要驱动力，其在众多领域的应用都取得了显著的成效，尤其在文物保护与修缮领域，从三维扫描与建模技术的广泛应用，到数字化监测与环境控制的精准实施，其不仅提高了文物保护修缮的精确度和效率，还拓展了公众对文化遗产的认知和了解方式。在传统方法遇到的种种限制和挑战面前，数字技术提供了创新的解决方案，使文物保护和修缮工作更加科学化、系统化。因此，探讨数字技术在文物保护、修缮中的应用方法具有较强的现实意义。

数字技术在文物保护与修缮中的应用优势

提升精确度与效率。传统的文物修复工作依赖于修复师的经验和技艺，不仅耗时长，而且结果的精确度往往受限于个人的技术水平和条件，而三维扫描与建模技术的应用，使得在不接触文物的情况下，对其进行高精度的扫描，从而获取文物的精确三维模型，不仅极大地减少了对文物的物理接触，降低了损伤风险，而且提高了修复前的评估与规划的精确度，所以从该角度分析，数字技术的引入提高了文物保护与修缮工作的精确度和效率。而且，三维建模技术还支持对文物破损部分的虚拟修复，进行多种修复方案的模拟对比，从而为修复师提供科学的决策支持，此模式不仅提高了修复工作的效率，减少了试错的成本，同时依托精确模拟，保障了修复效果。

增强公众参与度。虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的应用，公众可以通过虚拟的方式亲近文物，了解文物背后的历史和文化，此种互动性和沉浸感的提供，让公众对文物保护工作产生了更深的兴趣和认同感，所以数字技术在提高文物保护修缮工作精确度和效率的同时，也极大地增强了公众的参与度。除了提升体验感，数字技术还使得文化遗产的教育推广变得更加便捷和高效，比如通过在线展览和数字档案，异地受众也能利用网络轻松接触和了解不同文物的文化内涵，这对于提升公众的文化素养，传播文化遗产具有重要意义，而且这种方式打破了地理和物理的限制，使得文物保护成果的分享更加广泛。

长期保存与加强风险管理。数字化监测与环境控制技术的应用，使得文物保存环境的温湿度、光照等关键因素可以实时监控和精确调控，这便降低了文物因环境变化而遭受损害的风险。具体而言，在风险管理方面，数字技术的应用不仅限于预防性保护，一旦文物遭受自然灾害或人为破坏，修复师可基于先前的高精度三维扫描数据，进行文物的损伤评估和修复工作，甚至在部分情况下，可以直接采用三维打印等技术实现文物的部分精确复原。

数字技术在文物保护修缮中的应用原则

科学性原则。科学性原则指的是在文物保护与修缮过程中应用数字技术时，应基于科学的方法和理论，每一项技术的应用都应基于充分的研究和验证，确保技术介入不仅有效且对文物本身无害。在该原则的指导下，文物保护专家和技术人员应首先对文物的材质、历史价值及其当前状况进行详尽的分析，然后选择与之相匹配的数字化技术，以三维扫描与建模技术为例，其可以在无需直接接触文物的情况下，便能准确记录其形态和细节，减少了传统保护修缮方法中可能对文物造成的物理伤害。

可持续性原则。可持续性原则着重于保证文物保护修缮工作的长期有效性和环境的可持续发展，所以在应用数字技术时，考虑到其长期对文物本身以及周围环境的影响，尽可能采用低碳环保的技术解决方案，并且在技术选型和实施过程中，优先考虑资源的高效利用和能源消耗最小化，比如采用数字化监测系统可以帮助文物管理人员实时监控文物所在环境的温湿度变化，而不需要频繁地对环境进行物理干预，从而降低能源消耗，并减少对文物的伤害。

数字技术在文物保护修缮中的应用策略

工程概况。案例工程位于我国南部某城市，是典型的文化遗产保护项目，致力于某遗址的维护与修复，该遗址因其丰富的历史价值和独特的文化意义而备受关注，被列为世界文化遗产。遗址本身承载着丰富的历史信息，包括古建筑、雕塑、壁画以及其他形式的艺术作品，见证了古代人民的生活方式、宗教信仰和社会组织。但由于长期受到自然环境和人为因素的影响，其中珍贵的文化遗产面临着各种损害和破坏的风险，且原本以人工为主的文物保护与修缮效果不理想。面对此挑战，案例工程应用先进的数字技术保护和修复，其目的为利用现代科技手段，对遗址进行精确地记录、分析和修复，以保障文化遗产的长期保存。

三维扫描与建模技术。为收集遗址中文物的相关数据，案例工程采用三维扫描与建模技术，依托高精度激光扫描设备，对古代遗址进行全面扫描，实践中管理人员部署了多个扫描站点，每个站点覆盖遗址的不同角度和部分，确保全面捕捉遗址的几何信息，在一个扫描周期内，激光扫描仪可记录遗址上百万个数据点，生成精确到毫米级别的三维点云数据，比如对遗迹中的某古建筑，扫描过程中，团队能够收集到其外观结构的精细几何数据，包括风化状况、裂缝宽度及其分布情况，并基于收集的三维点云数据，应用专业软件进行三维建模，点云模型剖面图如图1。建模阶段大体可分为数据清洗（去除扫描中产生的噪点）、数据融合（将不同视角的扫描结果合并为一个完整的三维模型），以及细节优化等阶段，经过软件处理后，得到的三维模型能够精确建筑的当前状态，包括所有细节特征，如石材的质地，色彩层次等。在此基础上，修复团队能够进行虚拟修复，即在模型上模拟各种修复方案，评估每种方案对遗址原貌恢复的效果及其可行性。对于受损的墙壁，通过三维模型，修复专家可以详细分析颜料脱落的区域，设计针对性的加固和复原措施。

数字化监测与环境控制。可考虑到文物所处环境和其氧化速度密切相关，案例工程部署了高精度温湿度传感器网络，覆盖整个遗址及其周边环境，此类传感器每分钟记录一次数据，提供精确到±0.5℃的温度读数和±3%的湿度读数，并将数据实时传输到中心数据库，用于持续监控环境条件的变化，管理人员可及时发现任何对遗址可能造成损害的环境变化，如湿度突然升高可能导致木质结构腐蚀受潮等。基于收集到的环境数据，案例工程采用了先进的数据分析软件来预测未来的环境趋势，依托机器学习算法分析历史环境数据，以识别对文物产生不利影响的外在因素，比如数据显示每年雨季期间湿度上升会导致某些壁画颜色褪色，项目团队可以提前采取措施，如调整室内空气调节系统的设置，或者部署额外的除湿设备，以避免湿度对文物造成的损坏。环境控制方面，案例工程采取了自动化环境控制系统，该系统可根据实时监测数据和数据分析预测自动调节遗址内外的环境条件，其包括自动调节温湿度的空调设备、能够根据外部天气条件自动开闭的窗户以及能够调节光照强度的智能照明设备。例如，当系统检测到室内湿度超过预设阈值时，除湿设备会自动启动，当光照强度过高可能对外露文物造成损害时，遮阳系统会自动启动。考虑到人机交互的有效性，案例工程还部署了专门的数据可视化平台，该平台能够将环境监测数据以直观的图表和报告形式展示给管理人员和保护专家，以为管理人员的决策提供数据依据。

虚拟现实与增强现实技术。虚拟现实与增强技术主要应用在文物保护方面，案例工程在文物保护修缮中依托虚拟现实（VR）与增强现实（AR）技术，创新了公众参与方式。首先，案例工程使用高精度三维扫描技术对文物遗址进行了全面的数字化记录，比如对古代雕塑使用结构光扫描技术，精确捕捉到了表面细节到0.1毫米的分辨率，根据此数据创建高度详细的三维模型。在所创建的三维模型的基础上，利用VR技术，开发可交互的虚拟遗址导览系统，不仅重现了遗址的历史面貌，还能展示不同修复方案对遗址可能产生的影响。具体到操作，系统中集成了真实的光照模拟和材质效果，通过高性能图形处理器实时渲染，可实现用户在虚拟环境中的沉浸式体验。现场方面，案例工程利用AR技术，为现场访客提供了增强现实导览服务，访客通过智能手机或平板电脑的摄像头捕捉遗址的实际景象，设备屏幕上即时叠加显示相关的历史信息和解说内容。例如，对于其中古墙遗迹，AR系统能在用户的设备上显示该墙在不同历史时期的样貌，包括颜色、装饰等细节的变化，此过程中系统需要处理大量数据，如实时图像识别和处理所需的计算能力，所以要求现场至少具备5G网络支持的数据传输速率，以保证流畅的用户体验。

数字化档案管理。由于文物修缮与保护过程中会产生大量档案，传统档案管理方法效率较低，制作耗时较长，所以案例工程采取了高分辨率图像扫描和数字摄影技术，对所有文物和相关资料进行详细记录，使用分辨率高达4 800dpi的扫描仪和具有高动态范围成像功能的专业摄影设备，确保了图像数据的清晰度和细节保留，以遗迹中的某幅壁画为例，记录过程中技术人员将壁画划分为若干区域，每个区域使用特定的光源和角度进行多次拍摄，以捕获所有细节并减少光照不均导致的影响。在上述资料获取的基础上，案例工程采用了先进的数字化档案管理系统（DAMS），不仅支持大量数据的存储，而且提供了强大的检索和访问功能，基于元数据标准（如Dublin Core）对所有数字资料进行分类和标注，每件文物的记录包含了一系列详细信息，比如出土地点、年代、材质、尺寸、历史背景及修复历程等，以此保证数据的一致性和可检索性。为提升数字资料的保存易用性，所有数字记录均采用开放标准格式（如TIFF和PDF/A）进行存储，并在多地建立数据备份中心，采用了地理分布式存储，确保了数据在灾难情况下的安全和完整性。

效果分析。案例工程采取数字化技术后，相关改善指标如表1。根据表中数据可知，其采取三维扫描与建模技术实现了对文物的精确复制，使得修复工作能够在不直接接触原件的情况下进行，减少了对文物可能造成的物理损害，而且这种技术还允许专家在虚拟环境中对修复方案进行模拟，确保最佳的修复结果。

数字化监测与环境控制则确保了文物保存环境的稳定性，管理人员可实时监控环境参数（如温度、湿度、光照等），及时调整保护措施，预防可能的损害。而且虚拟现实与增强现实技术为公众和研究人员提供了沉浸式的文物体验和交互平台，不仅提高了公众对文化遗产的兴趣和保护意识，也促进了学术研究的深入。数字化档案管理技术则实现了系统化的整理和存储文物资料，提高了文物资料检索和利用的效率。

文章以某文物保护修缮工程为例对数字技术在文物保护与修缮中的应用进行了全面分析，实践中，相关工作人员可运用三维扫描与建模技术为文物修缮工作提供数据依据，提高修缮还原的准确性，并采用数字化监测与环境控制工作保护文物，降低不良环境对其造成的损伤，最后结合虚拟现实与增强现实技术，创新文物展览形式，避免其与受众的直接接触，最大限度保护文物，上述相关措施展示了现代科技如何助力传统文化遗产的保护工作。未来，随着技术的不断进步和创新，数字技术在文物保护修缮工作中的作用将越发重要，应用将更加广泛和深入，不仅能够有效地保护文化遗产，也将为受众提供丰富、多样的文化体验和学习资源。

（作者单位：山西省文化遗产规划研究院有限责任公司）