一、项目背景

     （一）数字化技术在文物保护领域的应用概述

      我们今天面对的是一个数字化的时代，几乎社会的每一个领域都受到信息时代的同化。数字化技术已广泛应用到生产和生活的各个方面，现已成为科学研究的重要工具。数字化技术应用于文物保护领域的研究始于20世纪50年代，美国学者首次把数字化技术中的计算机技术应用于民族部落研究。此后，数字化技术在文物保护领域逐步得到应用。 20世纪70年代后期，我国学者开始将数字化技术应用于文物保护领域的研究。

      文物是不可再生资源，出土文物能够很好地反映历史的真实性，是研究历史的重要凭据，是了解古人生活状态的根据。然而，在经过漫长的岁月，经历风吹、日晒或长埋地下的洗礼之后，文物或者有破损，或者变得脆弱。文物保护的最终目的是最大程度地维持文物的状态，延长其寿命，在保护好文物的同时，又不会影响文物的展示以及专家们对文物的研究、修复等工作。文物的数字化保护及修复技术的出现，为文物保护开辟了新的途径。我国的文物资源丰富，但传统的文物古迹保护方法受到温度、湿度、光照、辐射等诸多外在因素的威胁，主要依赖于限制旅游人数、加大保护力度、法律等手段，数字博物馆技术的发展使得人们能够在计算机上身临其境的参观和欣赏这些文物古迹，同时也能够得到更好的保护。传统的文物修复技术则主要停留在手工操作上，很大程度上依赖于文物修复者的素质。通过应用数字化的辅助修复技术，再进行人工处理，可以使得修复效果更好，更好的维持文物的状态。

      （二）国家在数字化文物保护方面的相关政策

      为贯彻落实《国务院关于进一步加强文物工作的指导意见》、国家文物局《国家文物事业发展“十三五”规划》和《“互联网+中华文明”三年行动计划》有关要求，切实改善可移动文物保存环境，维护文物安全和健康，实现文物和信息资源的科学管理、传播和利用，更好地促进文物“活”起来，国家文物局早在2018年4月就下发通知，要求进一步加强可移动文物预防性保护和数字化保护利用有关工作。

      通知指出，预防性保护和数字化保护利用是提升文物保护利用水平的重要基础手段，各级文物行政部门和文物收藏单位要高度重视有关标准、技术的研究、应用和推广，加强组织管理，加大人员、经费的支持保障力度，并将其作为文物保护重点工作予以推进。通知要求，各文物收藏单位要结合“互联网+中华文明”行动计划推进工作，利用现代信息技术，系统完整保存文物及相关信息，多渠道推广和传播文物资源。各级文物行政部门要加强业务指导和规划引导，根据有关单位文物保存状况和基础条件，做好可移动文物预防性保护和数字化保护利用计划，统筹管理，有序实施，切实提高可移动文物保护利用水平。

      2019年1月，为规范国家文物保护专项资金管理，提高资金使用效益，财政部、国家文物局又专门下发了《国家文物保护专项资金管理办法》通知。通知中明确指出专项资金的补助范围主要用于“全国重点文物保护单位的文物本体保护范围内的保存环境治理，陈列展示，数字化保护……”以及“国有文物收藏单位馆藏一、二、三级珍贵文物的保护，包括：预防性保护、文物技术保护（含文物本体修复）、数字化保护等”。

      二、总体规划

      本方案将秉承“保护为主，抢救第一，合理利用，加强管理”的文物工作方针，运用数字化采集技术、数据处理技术、感知技术、移动互联网技术等现代先进技术手段，对博物馆馆方所选取的基本陈列和珍贵文物进行数字化采集储存及修复，并在此基础上制作虚拟展示、互动体验型的数字产品，通过创建博物馆云平台借助互联网、移动终端等渠道进行推广，最终争取实现文物的数字化保护，提升博物馆陈列信息化和公众服务智能化水平，增强历史文化的影响力和辐射力的目的。

      三、技术方案

      我们利用最新的数字化三维扫描、色彩还原、三维建模技术以及3D自动成像系统对文物进行高保真数字化还原和数字存档，从而根据博物馆需求形成创新型数字化文物资源库，构建博物馆云平台。

      从项目建设内容来看，具体工作将包括如下三个方面：

      一、数字化资源信息数据采集

      通过高精度二维影像拍摄和三维扫描数据采集博物馆精品文物展品的二维、三维数据资源，构建专业的数字化文物信息资源库：

1. 高清图片拍摄：

      采用8000万色彩像素以上的专业高清数码艺术相机设备进行拍摄，以保护文物为原则，从文物的材质、年代、特征、纹饰等方面出发，注重拍摄的布光、色彩、角度等因素，力求把文物最有特色的特征体现出来。

2. 三维扫描

      针对不同体积、材质的文物确定不同的精度标准，拟选用Artec Spider、Breuckmann Smartscan、FARO ScanArm Canon 5DSR等市场上成熟的三维扫描设备，根据博物馆文物的具体要求和文物特写，通过多种扫描设备的结合使用，利用其三维扫描技术的强大实景复原能力，高效率、高精度的独特优势，快速、准确地获取文物高分辨率模型及颜色纹理，不需要对文物进行标记或校准，获取空间点云数据，快速建立结构复杂，不规则的场景的三维可视化模型，精度可达0.03mm以下（其中高精度扫描仪精度可达24μm），色彩像素7000万以上，并直接可以生成彩色三角网格模型。整个过程不仅不会对文物造成任何伤害，还将通过最终数据可以很直观地采集到文物的细节纹理特征和色彩信息，很好地还原文物现状。

      二、数字化还原与修复

      对采集到的文物数字化资源，进行三维建模；同时利用数字化修复技术以及色彩还原技术做到高精度、全保真的二维、三维影像还原：

1. 三维建模技术：一方面，基于多图像的三维重建技术将根据近景摄影测量拍摄的照片计算出完整的三维数字化模型，生成具有纹理的点云数据，然后根据点云数据构成三角网格模型。另一方面，三维激光扫描仪按照采集流程，将文物的几何数据进行扫描，得到文物的几何数据以及带有灰度的纹理数据，并将几何数据的灰度信息和拍摄的纹理数据进行高精度的配准，形成配准后的三维数字化模型。 
2. 色彩还原技术：通过专用色差仪进行文物实际测色，专业软件和特制色卡技术进行色彩自动校正，同时利用高光谱技术进行文物的三维成像还原。
3. 数字化修复技术：利用数字图像处理技术，如小波分析等，按照文物现有的图案、文理、颜色重建文物缺损部分或表面纹理。

      三、数字化资源的管理与应用

1. 数据存档：将高精度的文物三维数字化数据资源集中管理，形成集资源整合、资源调取、资源查看功能为一体的博物馆数字化文物资源库。
2. 数据展示：在作为项目成果的数字化文物资源库基础上，利用云计算技术，将高精度的文物三维数字化存档数据转化为更适于网络传输的轻量化展示数据信息，制作成可供虚拟展示、互动体验型数字产品，搭建依托于APP、3D数字虚拟博物馆软件具备存储、检索、互动评价等基本功能的博物馆云平台；通过对每件文物的标注整理，实现可支持普通观众观赏、研究人员进行学术检索,推动数字化文物资源应用的可持续发展。
3. 文物实体高仿真还原：基于数字化文物资源，尤其是三维影像数据，利用3D打印技术，采用特殊材质，可对部分适合的文物进行高仿真还原，形成具有一定收藏价值的高仿文物展品。