三维建模技术在文物数字化保护中的应用实践

文物是人类历史文化的重要见证，承载着丰富的信息与价值。随着科技的发展，数字化保护成为文物保护的重要手段。三维建模技术作为数字化保护的关键技术之一，能够精确记录文物的形态、结构等信息，为文物的研究、修复和展示提供了新的途径。深入探讨其在文物数字化保护中的应用实践具有重要的现实意义。

1 三维建模技术概述

1.1 三维建模技术原理

三维建模技术属于依靠计算机图形学理论，利用专门的算法和数据处理手段，把实体空间中的信息转换成虚拟三维模型的技术体系。重点在于结合几何特性，拓扑结构以及表面属性等多种维度的数据，借助于采集到的目标对象从各个角度所获得的影像资料或者点云数据，经过整合并加以准确分析之后，可以创建出具有高度仿真效果并且尺度特征非常精确的三维模型。

1.2 三维建模技术优势

相较于传统的文物记录方式，三维建模技术具有显著优势。首先，它能够提供高精度的文物信息，包括文物的形状、尺寸、纹理等细节，为文物研究提供更全面的数据支持。其次，三维模型可以进行虚拟展示和交互，突破时间和空间的限制，让更多人能够直观地了解文物。

2 三维建模技术在文物数字化保护中的具体应用

2.1 文物信息采集与记录

在文物数字化保护方面，三维建模技术主要用于信息采集及数据记录阶段，利用三维扫描装置或者摄影测量系统可以迅速获取文物的三维数据。针对大型建筑类文物而言，地面三维激光扫描仪能够很快地完成全部空间点云数据的收集工作，并且通过专门软件做后期处理与建模处理，从而产生出高精度的三维模型，至于那些小件器物，像青铜器，陶瓷器之类，则可以通过从多个角度拍照并运用图像匹配算法，在摄影测量系统配合之下做到三维重建，如此一来就能形成起详细的数字档案 [1]。

2.2 文物修复与保护

三维建模技术在文物保护修复方面有着明显的应用价值，在前期准备工作当中，借助三维模型可以准确判定文物的破损情况，从而制定出科学且恰当的修复计划。就拿陶瓷器来说，采用三维建模技术来完成碎片的虚拟拼接，能够恢复它原先的结构特点以及各个部分之间的空间联系，这对于实际开展修复工作有着非常重要的参照意义，而且在修复操作执行的过程中，这项技术还可以用来模拟修复后的状况，以此评判设计方案是否具备技术上的可行性和合理性。

2.3 文物展示与传播

三维建模技术为文物的展示与传播带来了新的方式。通过虚拟展示平台，观众可以在网络上随时随地浏览文物的三维模型，实现沉浸式的参观体验。例如，一些博物馆利用虚拟现实和增强现实技术，将文物的三维模型与虚拟场景相结合，让观众仿佛置身于历史现场。

3 三维建模技术在文物数字化保护中的应用案例分析

3.1 案例一：青铜器数字化回归和保护

采集了三件现藏于山西省博物院的运城出土珍贵青铜器，为了更好地保护和展示这些文物，采用了三维建模技术进行数字化保护。首先，利用三维激光扫描仪对青铜器进行扫描，获取其高精度的点云数据。然后，通过专业软件对数据进行处理和建模，生成了青铜器的三维模型。这些数据的采集，为今后文物的修复提供了最原始的数据，可以利用三维模型对青铜器的损伤部位进行虚拟修复，为今后文物修复制定合理的修复方案。数据采集完成后，将三维模型在博物馆展厅展示，观众可以手动浏览文物数据，近距离观察文物细节，填补了展厅对于此处遗址文物展示的空白。此种方式，不仅实现了青铜器的数字化记录和保护，还提高了文物的展示效果和公众的参与度。

3.2 案例二：永乐宫元代壁画数字化保护

永乐宫元代壁画具有重要的历史文化价值，但由于年代久远，部分壁画脱落或色彩不清晰。为了对该壁画进行保护和修复，采用三维建模技术，通过地面激光扫描仪和摄影测量相结合的方法，获取了壁画的整体数据。然后，利用专业软件进行建模和分析，保存文物数据的同时，可将不可移动的壁画在全国进行巡展。目前，永乐宫元代壁画展已在多城市进行巡展，并取得了较大反响。

4 三维建模技术在文物数字化保护应用中存在的问题及解决策略

4.1 存在的问题

尽管三维建模技术在文物数字化保护中取得了一定的成果，但在应用过程中也存在一些问题。三维建模技术的成本较高，包括设备购置、人员培训、数据处理等方面的费用，限制了其在一些基层博物馆和文物保护单位的应用。三维建模技术的精度和质量受到多种因素的影响，如设备性能、数据采集方法、环境条件等，可能导致三维模型的精度和真实性不足 [2]。

4.2 解决策略

针对上述问题，可以采取以下解决策略。降低三维建模技术的成本，通过技术创新和设备国产化，降低设备购置和使用成本。同时，加强人员培训，提高工作人员的技术水平和工作效率，降低人力成本。提高三维建模技术的精度和质量，加强对设备的维护和校准，优化数据采集方法和处理流程，建立质量控制体系，确保三维模型的精度和真实性。

5 结束语

三维建模技术在文物数字化保护中具有重要的应用价值和广阔的发展前景。通过三维建模技术，可以实现文物信息的高精度采集与记录、文物的虚拟修复和保护、文物的虚拟展示和传播等功能，为文物保护和研究提供了新的手段和方法。然而，在应用过程中也存在一些问题，需要我们不断探索和解决。未来，随着科技的不断进步和发展，三维建模技术将不断完善和创新，在文物数字化保护中发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 陶思佳. 面向文物稠密点云的真实感三维建模研究[D]. 西北大学,2022.

[2] 牛文渊, 黄先锋, 金洁, 等. 小型文物摄影测量三维建模主体对象识别[J].遥感学报 ,2021,25(12):2409-2420.