三維掃描:開拓文物保護(hù)新空間

法國(guó)巴黎圣母院的一場(chǎng)大火，讓世界為之心碎。如何讓傳世文物保持當(dāng)下的姿態(tài)繼續(xù)在歷史長(zhǎng)河中前行，使將來的人們?nèi)匀荒芘c今天的我們一樣，追思先民創(chuàng)造的燦爛文明？蘇州市文物保護(hù)管理所所長(zhǎng)徐亦鵬告訴記者，通過三維激光掃描、無人機(jī)航拍等現(xiàn)代科技為文物建立數(shù)字檔案，能留住文物的“魂”和“形”，讓它在虛擬世界獲得“永生”。此外，數(shù)字化成果的應(yīng)用開發(fā)也為大眾零距離接觸文化遺產(chǎn)提供了方便，讓千年文脈綿延傳承。

三維掃描：開拓文物保護(hù)新空間

位于古城區(qū)西南角的瑞光塔是蘇州的地標(biāo)建筑之一，與盤門、吳門橋并稱為“盤門三景”，1988年被國(guó)務(wù)院列為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。該塔始建于三國(guó)時(shí)期吳國(guó)赤烏十年（247年），現(xiàn)存之塔建于北宋，是我國(guó)北宋南方磚木混合結(jié)構(gòu)樓閣式塔的代表作，被譽(yù)為“蘇州最美寶塔”。

工作人員架設(shè)三維激光掃描儀

據(jù)徐亦鵬介紹，瑞光塔七級(jí)八面，高約53.6米，磚砌塔身基本上是宋代原構(gòu)，第六層、第七層及塔頂木構(gòu)架雖為后代重修，但其群柱框架結(jié)構(gòu)在現(xiàn)存古塔中并不多見。第三層為全塔的核心部位，砌有梁枋式塔心基座，抹角及瓜棱倚柱、額枋、壁龕、壸門等處還有“七朱八白”“折枝花”等紅白兩色宋代粉彩壁塑殘跡。1978年發(fā)現(xiàn)秘藏珍珠舍利寶幢等一批珍貴文物的暗窟——“天宮”也在該層塔心內(nèi)。底層塔心的“永定柱”作法，在現(xiàn)存古建筑中尚屬罕見，為研究“宋營(yíng)造法式”提供了實(shí)物依據(jù)。

歷經(jīng)歲月滄桑，瑞光塔分別于1987年、2013年進(jìn)行了全面整修加固和大規(guī)模維修?！霸诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間里，文物保護(hù)和修復(fù)工作的測(cè)繪大多采用傳統(tǒng)測(cè)量和拍照結(jié)合的綜合手段，不僅花費(fèi)大量的人力物力，而且精度低、效果不理想。我們通過公開招投標(biāo)找到了蘇州市測(cè)繪院，希望借助他們的高科技手段對(duì)瑞光塔進(jìn)行數(shù)字化采集，為珍貴的歷史文物建模存檔，為今后的保護(hù)、修復(fù)工作提供不可或缺的數(shù)據(jù)支撐。這也開拓了文物保護(hù)的新空間?！毙煲帙i說。

三維激光掃描儀在采集三維信息并拍攝高清照片

5月9日上午，在瑞光塔內(nèi)部，記者看到，第一層塔的佛龕前，工作人員架好的三維激光掃描儀不停地旋轉(zhuǎn)著“腦袋”，發(fā)出一道道綠光，掃過目視可及的每一寸地方，同步采集三維信息并拍攝高清照片。此后，他們又在瑞光塔庭院操控多旋翼無人機(jī)對(duì)塔身外部進(jìn)行掃描和拍照?！皩?duì)于瑞光塔這一高度復(fù)雜的大體量古建筑，我們將采用三維激光掃描、無人機(jī)航拍、全站儀測(cè)控網(wǎng)布設(shè)等技術(shù)手段，綜合三維實(shí)景克隆技術(shù)，全方位多角度地實(shí)現(xiàn)瑞光塔的全面數(shù)字化記錄。尤其是無人機(jī)技術(shù)的引入，避免了腳手架的搭建，最大限度地減少了對(duì)文保建筑的損害?！笔袦y(cè)繪院空間信息中心主任呂志才告訴記者，瑞光塔結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，僅數(shù)據(jù)采集就是一個(gè)龐大的工程，眼前不到一平方米的佛龕，照片取景就達(dá)100余張，三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)超30萬(wàn)個(gè)?！罢麄€(gè)瑞光塔的數(shù)據(jù)采集至少需要3個(gè)月，預(yù)計(jì)會(huì)得到60億個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及上萬(wàn)張高清照片，后期再經(jīng)過數(shù)字化處理，將得到一比一高保真還原的‘?dāng)?shù)字塔’。”呂志才說。

數(shù)字檔案：把“美麗”永久存進(jìn)硬盤

“所有我們今天得見的文物都是劫后余生?！毙煲帙i說，拋開其他種種破壞不談，還有一項(xiàng)最終的不可抗力：時(shí)間。不僅文物的本體受到威脅，其承載的信息也時(shí)時(shí)發(fā)生變化。記錄保存文物原真數(shù)據(jù)，就是在與時(shí)間賽跑。

三維激光掃描后形成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖

早在2014年，在蘇州市財(cái)政局大力支持下，市文保所就和市測(cè)繪院合作，為有“東方比薩斜塔”之稱的虎丘塔打造全面的數(shù)字檔案。“我們借助高精度激光掃描、基于多圖像的三維重建紋理映射等技術(shù)，對(duì)塔身外表及內(nèi)部主體、局部磚體塔裙、飛檐、雕花、斗拱等進(jìn)行了高精度、無死角的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，共采集了有效數(shù)據(jù)43億個(gè)，點(diǎn)位精度達(dá)2毫米。同時(shí)還拍攝了塔身內(nèi)部、外部照片上萬(wàn)張，進(jìn)行了高分辨率紋理數(shù)據(jù)采集。”呂志才說，經(jīng)過后期處理，虎丘塔被“搬進(jìn)”了電腦，在虛擬世界里得到“永生”。

賦色后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖

工作人員操控多旋翼無人機(jī)對(duì)塔身外部進(jìn)行掃描和拍照

瑞光塔賦色點(diǎn)云立面圖

虎丘塔賦色點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖

寶帶橋是古代橋梁建筑的杰作，全橋用金山石筑成，長(zhǎng)316.8米，有53孔，是中國(guó)現(xiàn)存的古代橋梁中最長(zhǎng)的一座多孔石橋。2016年，市文保所委托市測(cè)繪院對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化采集。對(duì)橋梁水下結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的圍樁排水測(cè)量方法需要兩個(gè)多月，在船只如梭的大運(yùn)河中更是難以實(shí)施。工作人員巧妙地將多波束測(cè)深系統(tǒng)這一水深測(cè)量設(shè)備用在這里，僅僅3天，就實(shí)現(xiàn)了寶帶橋水下結(jié)構(gòu)的高精度、自動(dòng)化測(cè)量，猶如進(jìn)行了一次精準(zhǔn)的“CT掃描”。這座匯聚古代工匠智慧的大運(yùn)河水工遺存世界文化遺產(chǎn)，也首次將現(xiàn)狀全貌展現(xiàn)在了世人面前。

寶帶橋賦色點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖

忠王府與世界名園拙政園相鄰，是太平天國(guó)忠王李秀成的王府，也是當(dāng)年太平天國(guó)留存下來的最完整的建筑物。忠王府的蘇式彩繪堪稱一絕，精雅秀麗，全國(guó)罕見。但隨著歲月的洗禮，部分彩繪已漸失“容顏”，對(duì)彩繪進(jìn)行數(shù)字化記錄迫在眉睫。但由于光線等原因，數(shù)字化彩繪的色彩始終存在偏差。受市文保所委托，市測(cè)繪院工作人員對(duì)此進(jìn)行了多次調(diào)研及測(cè)試，研發(fā)了基于標(biāo)準(zhǔn)色的色彩高保真還原技術(shù)，完成了忠王府343方彩繪的高保真、高精細(xì)數(shù)字化記錄，猶如發(fā)絲的纖毫筆觸亦可清晰再現(xiàn)。

忠王府賦色點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖

無梁殿、甲辰巷磚塔、羅漢院正殿遺址、蘇州文廟……5年來，市文保所積極擔(dān)起蘇州市不可移動(dòng)文物數(shù)字化保護(hù)的重要使命，已為7家全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位建立了永久性、高精度數(shù)字化檔案。這些檔案也成為了文化遺產(chǎn)的一部分，并不會(huì)被歲月所磨礪。

傳承文脈：讓你足不出戶走近文物

新技術(shù)的光正越來越多地照進(jìn)古老的文物，使收藏在禁宮里的珍寶、陳列在廣闊大地上的遺產(chǎn)、書寫在古籍里的文字獲得了全新的儲(chǔ)存和傳播方式，讓傳統(tǒng)文化的豐厚給養(yǎng)注入更多人心中，也為大眾零距離接觸文化遺產(chǎn)提供了方便，讓千年文脈綿延傳承。

4月9日，“蘇州市文物保護(hù)管理所”微信公眾號(hào)上線，同時(shí)推出“虎丘塔數(shù)字漫游”系統(tǒng)。市民和游客只需手指點(diǎn)一點(diǎn)，就能“登”上不對(duì)外開放的虎丘塔，一探塔內(nèi)奧秘。此外，在虎丘塔旁，市文保所也設(shè)立了“塔內(nèi)乾坤 掃碼探秘”二維碼，掃一掃也可進(jìn)入“虎丘塔數(shù)字漫游”系統(tǒng)。其中，最受關(guān)注的“數(shù)字登塔”項(xiàng)目共分7層，與虎丘塔一一對(duì)應(yīng)，通過集成多種仿真建模成果，可以實(shí)現(xiàn)第一人稱漫游，極大地豐富了觀賞體驗(yàn)。至5月9日，已有7783人由此“登塔游玩”。

“‘虎丘塔數(shù)字漫游’系統(tǒng)是我們?cè)谖穆萌诤系拇蟊尘跋拢猿浞直Ｗo(hù)文物為基礎(chǔ)，對(duì)文物遺產(chǎn)開放形式的一次探索和嘗試。5月底，我們還將推出‘蘇州文廟數(shù)字漫游’系統(tǒng)。”徐亦鵬說，接下來，市文保所將以這種形式推出更多文物遺產(chǎn)點(diǎn)數(shù)字漫游系統(tǒng)，讓大家足不出戶，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)走近那些曾經(jīng)不可觸摸的文物。

蘇州是全國(guó)首批24個(gè)歷史文化名城之一，已有全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位59處，省市級(jí)文物保護(hù)單位700多處，其文物保有量及分布密度，在全國(guó)排名前列。“面對(duì)嚴(yán)峻的保護(hù)形勢(shì)，我們將繼續(xù)開展珍貴文物數(shù)字化建設(shè)項(xiàng)目，最終完成覆蓋整個(gè)蘇州市的三維數(shù)字化文物系統(tǒng)工程，力求再現(xiàn)古代蘇州建筑藝術(shù)的輝煌，為后世留下永不磨滅的數(shù)字文化遺產(chǎn)檔案。”徐亦鵬說，“希望1000年后的人仍然可以通過我們記錄的圖像、色彩、造型、材質(zhì)來了解那些曾經(jīng)生活過的人們，獲知他們的日常生活和心靈世界，讓穿越時(shí)間的智慧不斷傳承，歷久彌新。”