摘要：本文通过对山东博物馆“馆藏珍贵文物”的数字化保护和创意应用工作进行分析，结合独特的昆虫标本数字化保护和创意应用，总结提炼出珍贵文物在数字化保护和创意应用方面的工作亮点，主要体现在珍贵文物的高清无接触数据采集、高精度模型制作、交互展示及高仿真CG动画制作上，掲示了珍贵文物数字化保护和创意应用工作中应当注意的工作要点。
文物是一个民族精神文化的物质载体，按照现行的《中华人民共和国文物保护法》的相关规定，文物可以分为珍贵文物和一般文物。对于珍贵文物的保护，因为其独特的历史、艺术、科学价值，历来是所有文物保护工作的重中之重。
近年来，随着以三维激光扫描、三维建模、数字存储、移动互联网等为代表的数字化技术的不断发展，数字化技术在文物保护和创意应用中发挥出越来越大的作用。敦煌研究院与故宫博物院在这一方面走在全国文博行业的前列，敦煌研究院早在20世纪80年代就提出“数字敦煌”的理念，由此开始了敦煌的数字化之路，并取得了可喜可贺的成就。尤其是近几年，敦煌研究院与相关单位一起开展的“AI壁画病害识别”“点亮莫高窟”等项目在文物保护和创意传播方面取得了巨大的成就，一方面强化了敦煌洞窟壁画等的文物保护工作，另一方面，对于敦煌文化影响力的全面提升起到了巨大的作用。
山东博物馆是中华人民共和国成立后建立的第一座省级综合性地志博物馆，目前馆藏各类文物和自然标本约21万余件。作为走在全国博物馆前列的重要地方性博物馆，山东博物馆在珍贵文物数字化保护与创意应用方面也开展了许多探索。
2019年，党中央、国务院提出全面复兴传统文化的重大国策，山东博物馆决定以此为契机，实施“山东博物馆馆藏文物数字化保护”项目。以“文化+科技”的理念来指导本次策展项目的开展，以展览项目推动山东博物馆的文物数字化工作进程，同时也能更好地提升展览效果、提升文化影响力和传播力。经过相关策展人员与专家的讨论，结合展览的文物特点，决定对展览中涉及的一部分独特珍贵文物进行数字化工作，主要包括数字化保护和数字化创意两部分。在项目实施过程中，决定通过“数字化采集→三维制作→创意展示”这样一种工作流程，来实现“保护+创意”，充分利用数字化技术在永久存储和高效传播方面的优势，最大化呈现文物数字化的价值；同时，开发全新的交互展示手段，以在展览中更大地发挥新技术的作用，为观众带来全新的观展体验，让观众体验数字化技术在博物馆展览中的魅力。
山东博物馆“馆藏文物数字化保护”项目的主要藏品为明代服饰和昆虫标本，由于服饰文物和昆虫标本在形态特征方面所具有的独特特点，在数字化过程中色彩、质地、纹饰、纺织工艺等方面的保护难度较大，在珍贵文物的数字化保护过程中更具有典型性和指导意义，因此我们选择了一批重要的“馆藏珍贵文物”来进行数字化保护工作。
文物数字化保护产生的阶段数据成果，按步骤可以分为：点云数据→图像数据→三维模型数据，不同种类的数据成果在文物保护过程中起到了不同的作用。
点云数据，是指运用三维激光扫描仪对文物进行扫描采集。该项技术可以高清记录文物表面的完整空间结构形态信息数据，在需要进行文物复制的时候，可以运用这种方式采集的数据，结合3D打印技术进行文物的高还原度等比例复制，复制出从体积结构到细节纹路几乎一致的仿品，为文物研究提供不受时间限制的基础保障。对于一些极其珍贵或因某些原因不能实物展示的珍贵文物，也可以运用这种方式低成本地快速制作复制品。图像数据，是在不受环境光照干扰的情况下使用数码相机对文物进行高清拍摄，可以呈现出文物最真实的纹理和颜色信息，同样为研究文物提供了基础保障。同时，这也是对文物进行三维建模后进行纹理颜色贴片所必需的数据信息。文物三维模型数据，则是结合了点云数据和图像数据，再经过一系列电脑图像技术处理后的产物。三维模型能将文物的结构、质感、动态，以三维立体图像的方式进行呈现，观众可以在各种平台上从不同角度实时观赏和浏览文物细节，同时各类研究人员也可以利用高精度的文物三维模型进行相关的研究，不需要将文物反复提取出库，从而起到最大化地保护文物的作用。
对馆藏珍贵文物成功进行数字化采集和建模工作后，我们运用馆藏珍贵文物项目数据采集的经验，选择了山东博物馆的部分昆虫标本进行技术验证。
昆虫标本属于馆藏品中易损毁、不可直接触碰、不宜反复提取出库的藏品类型，同时，昆虫身体上的纹路细节也十分细腻，尤其是部分昆虫翅膀上的纹理，十分美丽但又十分脆弱，进行三维数据采集和建模的技术难度较高，成本较大，对于技术突破和验证具有十分重要的意义。
本次文物数字化创意，分为馆藏珍贵文物拼接触摸屏交互和昆虫CG影片（计算机视觉动画影片）两部分。
馆藏珍贵文物具有丰富的形制版型、布料纹路、纹饰花纹等元素，同时存在成套服饰拆分成不同部位的情况。为了让多名观众能同时对文物进行生动简单的了解，本次数字化过程中将30余套汉服三维模型进行整合设计，打造出了“汉服互动墙”互动程序。程序界面简洁美观，将30余套汉服三维模型在互动屏幕上进行滚动展示，并指引观众进行触摸交互，被观众选中的服饰会弹出专属窗口，窗口能将该服饰进行360度旋转、移动、缩放等互动展示，此外，还设置有各种功能的按钮，能将该套服饰的各个部件进行单独展示。每套服饰都提供了三维模型状态和版型展开状态的切换，让观众可以深入了解汉服工艺。
在昆虫标本展示过程设计中，考虑到昆虫标本体积较小（平均最大边长为5cm左右），在展柜内很难让观众看清其样貌，并且作为标本存在的昆虫，很容易让观众联想到其活体的运动形态动作和生存环境。因此，该CG影片根据采集构建的标本数据以及博物馆提供的相关文档图片等资料，为昆虫标本设计了一系列的模型动画及配套的CG场景和VR互动体验，让观众在大屏幕上能够清楚地观赏到标本本体的同时，还能通过动画了解各个昆虫所在的生存环境，达到视觉欣赏与知识传播的双重目的。
本项目在实施过程中，由于针对对象的独特性，采取了一系列技术创新手段，确保项目的高标准实施，现归纳如下。
本次文物数字化，采用的是精度为0.01毫米的三维激光扫描仪，该仪器可对物体空间外形和形态结构进行扫描，以获得物体表面的空间结构坐标，并将其转换为计算机能直接处理的数字信号，为文物实物数字化提供了相当方便快捷高效的技术手段支持。
由于珍贵文物本体的脆弱性，不能在其本体粘贴用于数据采集的标记参照物，于是在本次的文物本体数据采集阶段，通过在非文物本体添加参照点标靶，来取代传统的被采集对象本体上的标记参照物，进行全局的高精度数据采集，用于后期拼接。在标靶布设得当的情况下，成果实现非接触测量。由于采用的仪器本身具有速度快、精度高的优点，因此采集的文物得到高精度的数据记录，为数据保存以及后续数据拼接加工步骤奠定了坚实的数据基础。
利用高清单反相机进行整体与局部（细节）拍摄，采集文物表面的纹理及色彩信息，在拍摄的照片中筛选合适的照片进行加工处理，进行纹理贴图制作与纹饰提取。文物整体拍摄环境涵盖摄影灯、摄影平台、单反、拍摄人员等，各因素需要根据不同文物特点及现场环境特点实时调整，以达到符合实际应用的效果。
由于馆藏珍贵文物明代服饰所具有的布料柔软、易损特性，在进行照片拍摄的时候，需要将服装平铺，然而完全平铺的角度并不利于摄影灯的光线照射和相机拍摄，所以建立了专门的珍贵文物摄影平台，配合摄影灯打光、配置色卡等。
同时基于平台架设、灯光布置、色卡校色这一拍摄理念，在拍摄前，打造了服饰文物这一类珍稀文物的专属拍摄环境，同时根据环境光、文物色泽等实时调节拍摄条件，成功采集到了像素5000万以上的高精度影像照片数据。
基于采集到的服饰点云数据以及纹理照片，由服装设计专业制版师和历史文博专业的人员及公司技术部的模型师共同分析采集的服饰版型，参考采集到的各种数据进行版型重绘。然后根据版型与布料材质参数精准地塑造三维服装模型。使用专业服装模型制作软件，结合采集的数据与重绘的版型，进行服饰三维模型打板制作。
将高清单反相机拍摄到的纹理和色彩图片，由整体到局部，匹配模型结构的特征点，进行半自动的拼接与映射，从内部外部360度进行颜色赋予，给成果模型像素极高的颜色贴图信息，贴图像素通常为8192×8192，贴图张数视具体应用而定，上不封顶，理论上可达到无限。
在以往的珍贵文物数字化项目中，常常忽视文物材质的数字化展示，造成数字化的珍贵文物缺少质感，仿真度不够。在馆藏珍贵文物数字化项目中，由服装、材料专业和历史文博专业的人员组成了专业团队，共同分析古代服饰的布料材质，结合软件参数设置合适的三维服装材质，因为材质将决定布料的软硬度、褶皱等属性。由此，使我们制作的汉服数字化模型仿真度更高。
在做好馆藏珍贵文物的模型制作后，根据汉服模型制作的经验和成果，我们继续开展了馆藏昆虫标本的三维模型制作。
本次主要制作精选的昆虫纲及甲壳纲类部分昆虫模型。在数字化过程中，首先分析了需要制作模型的昆虫身体结构，随后根据其真实的身体结构，对昆虫的每个部位均进行了三维模型制作，因此本次数字化昆虫标本，除了具有符合昆虫真实形态的结构外，还具有与真实昆虫一致的可动性，可以向观众展示昆虫的运动状态，更好地满足观众尤其是青少年观众对交互展示活动的兴趣，给观众以更深刻的参观印象，以更好地发挥其教育作用。
本次数字化过程中精选制作的昆虫十分精致，标本的体表毛发保存完整。我们通过分析体表毛发的结构、作用、粗细、颜色等特征，经过三维模型技术重建，将毛发等昆虫标本细节通过三维的形式进行高精度呈现。
由于昆虫种类的多样性，不同种类昆虫表面甲壳、皮肤、翅膀的颜色、光泽、粗糙度、凹凸等信息均不一样，这些我们统称为标本的材质信息。我们通过多张包含不同途径的贴图去体现材质信息的多样性，最终使成型效果与实际昆虫质感高度一致。
在对服饰及其配件进行三维数字化采集和模型制作后，可通过专业的软件将服饰模型与合适的人物模型结合起来，将其制作成一段动画，该段动画可制作成影视动画或在展示程序中展示出来。
亦可通过制作相应的展示程序来展示整套服饰，该展示程序可通过多种展示方式向游客介绍和展示整套服饰。如独立展示服饰中的服装，使游客能更加清晰地观察到每一套服饰中的纹理、材质，从而使游客能对该套服饰中的每一件服装有更多的了解；或以一定的顺序来显示或隐藏对应的服装，再辅以相关说明向游客展示该套服饰的穿衣顺序，解释每一步穿衣步骤的历史文化意义等。
在制作完一套服饰以及对应的版型图后，可将它们放在一个交互展示程序中展示，游客可通过在展示屏幕中服饰与版型图之间的对应比较对该套服饰的设计流程有很多的了解。版型图的展示也可使游客对该套服饰在现实中的制作工艺上有更多的了解。
在对选定的昆虫标本进行数字化采集及模型建设后，可通过专业的软件对该昆虫模型进行动作绑定，使其能制作出多段比较生动的昆虫运动动画，这些动画可用于影视作品中，使其在影视作品中的运动更加生动真实、栩栩如生，以获得观众的认可。在进行动作绑定后，也可将该模型放入展示程序中，游客可通过该操纵展示程序中的昆虫标本模型，更加直观地感受到该昆虫的生活方式，如振翅飞行、六足行走等。
在制作昆虫标本模型的同时，邀请相关昆虫专家参与进来，根据昆虫在自然状态下的正常生存环境，运用专业软件对昆虫所处的生活环境进行数字化模拟，设计出高度拟真的昆虫生活环境，将昆虫标本的三维模型与其自然状态下的生存环境进行结合展示，帮助游客了解昆虫在自然状态下的生活环境，从而给观众留下更深刻的印象，更好地发挥博物馆在自然生态知识方面的教育意义。
本文通过对山东博物馆馆藏珍贵文物及馆藏昆虫标本进行数字化保护和创意应用的工作流程概述及成果展现，归纳提炼出了本项目在实施过程中的一些创新性特点，主要表现在三维数据采集、数字模型制作、创意应用等方面。
这些特点对于类似的珍贵文物数字化保护及创意应用具有一定的借鉴意义，对于今后的珍贵文物数字化保护及创意应用工作可资参考。
