三维成像技术在博物馆展览中的应用
作者： 杨丹艺［摘 要］ 随着社会经济的不断发展，旅游参观博物馆的方式逐渐增加，虚拟博物馆这一理论丰富了人们对博物馆的认知，面对日益增长的市场要求，虚拟数字技术应做出更多的努力解决问题并取得长久发展。由于现存大多遗址已不同程度地遭受破坏，观众已经无法完整看到遗址原状。三维成像技术在博物馆展览的应用减少了时空、地理因素的限制，极大程度满足观众需求，促进文化旅游业发展。
［关 键 词］ 三维成像技术；遗址博物馆；博物馆展览
［中图分类号］ G265 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2023）15-0177-04
党的十九大报告提出，“推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展”，习近平总书记也在多个场合多次提出“让文物活起来”。随着社会经济的不断发展，观众参观博物馆的兴趣逐渐增强，反观国内外多项成功建设新型博物馆案例，要充分发挥文物综合价值，运用数字高新技术。三维成像技术在博物馆展览的应用减少了时空、地理因素的限制，极大程度满足观众需求，促进文化旅游业发展。
传统博物馆的研究大多是“以物为本”，缺乏人与物交互、人与历史交互的“以人为本”的研究，尤其是对北庭西寺这类资源丰富却尚未得到充分开发的遗址博物馆缺乏创新性建设。本文以北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆为例，介绍三维成像技术的概念，调查国内外三维成像技术在博物馆中应用的成功案例，宏观将其应用到北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆中，阐述其技术和优缺点，提出相应的建议。希望为遗址博物馆甚至各类型博物馆在三维创新建设方面提供思路，为遗址博物馆提高社会影响力、满足人们精神文化需求提供一定的帮助。
一、三维成像技术的种类及原理
在我们的一般理解中，所谓的三维成像是一个客观的三维世界。通过一些技术记录客观世界的三维图像，然后进行处理、压缩、传输和显示，最后在人脑中再现。这个过程就是三维成像技术的整个过程，三维成像技术与三维建模技术有所不同，三维成像技术通过各种技术手段从生成的目标物体中收集不同的信息，并使用软件等技术手段在数字环境中恢复物理物体。三维建模技术是一个从无到有的过程，根据设计的要求和目的，建立数字三维模型，实现设计项目的三维数字化建设。全息投影、裸眼3D、虚拟现实技术、3D激光投影等是三维成像技术的显示形式。由于它们的成像原理不同，成像设备和观看效果也不同，这导致它们的应用方向不同。
1.全息投影利用光的干涉和衍射原理来记录和再现物体的三维图像。与裸眼3D技术相比，全息投影并没有在二维屏幕上实现立体感，而是直接将三维图像投影到真实空间中，观众可以从360°的任何角度获得图像各个侧面的信息。
2.裸眼3D技术使用视差原理，即人们的左眼和右眼分别接收信息。可以说是一种虚拟三维技术，它使人们的眼睛能够通过各种方法感知三维图像。与全息投影技术不同，其图像显示形式本质上是二维的，对观众的视角和距离有一定的要求。
3.虚拟现实技术的本质是计算机仿真技术。与前两种技术不同，虚拟现实技术不是通过投影设备向观众呈现三维图片，而是通过VR头盔在局部空间创建不同的图片深度感知，从而在观众的大脑视觉系统中形成虚拟三维视野。它最大的特点是用户可以参与到虚拟环境中，并具有良好的互动性。
4.3D激光投影采用激光投影仪作为显示和集成图像的设备，包括投影系统、回放系统和拼接工程。通过融合技术，它显示了更明亮、超大和高分辨率且没有裂缝的图像，同时与建筑结构相适应。根据建筑结构，对视频源进行创意设计，使建筑更加独特，仿佛充满活力。最后，辅以回放系统，达到完美的声、光、影效果。
二、三维成像技术在国内外博物馆中的应用实例
博物馆是收集、展示和研究代表自然和人类文化遗产的场所，有实物、分类和管理收藏项目，并为公众提供知识、教育和欣赏的文化教育机构、建筑物、场所或社会公共机构。随着人们日益增长的精神文化需求，博物馆的传递信息、传播知识、弘扬历史以及服务社会的功能不断丰富，观众不再满足于静态、定点的参观模式，而三维成像技术的出现为观众制造了更直观丰富的参观体验。
现代科学技术发展推动博物馆事业不断转型升级。欧美一些著名博物馆和文化机构，如大英博物馆（British museum）、巴黎卢浮宫博物馆（Louvre Museum，Paris）等早在20世纪90年代就实施了数字化建设计划。大英博物馆于20世纪90年代开始投资文物数字化项目，90年代末，大英博物馆用两年时间扫描了5000多件文物，形成10000多张照片，并建立了一个全新的电子数据库，该项目主要关注添加数字内容，口袋里的大英博物馆通过出版、广播、数字媒体，采用“众包”的方式让大众参与数字化工作，与数字企业达成合作，实现个性化知识传播。近年来，巴黎卢浮宫博物馆将其馆藏超过48万件藏品全部数字化，占据了卢浮宫全部藏品的四分之三。打开卢浮宫的官网，就可看到它的数字化藏品，每一个采集点不仅可以看到完整的高清图像，还提供多幅细节高清图，藏品信息也非常完整。
在我国，习近平总书记在多个场合多次提出“让文物活起来”，把3D在博物馆展览以及文物保护利用开发的应用推向高潮。2017年，故宫启动了“故宫VR体验馆”项目，采用3D扫描、VR、全景等技术。2019年，中国博物馆之乡安仁古镇利用3D数字博物馆技术打造了《唐代下午茶——中国古代茶具数字艺术展》。通过3D扫描建模、全息成像、AR/VR、虚拟交互等技术，将3D光艺术结合起来，为观众开启了一场视听盛宴。此外，国内外知名文化博物馆机构，如中国国家博物馆、洛阳博物馆、海南省博物馆、张家界博物馆、尼泊尔3D雕像博物馆、伦敦国家美术馆等，目前正利用3D技术将展厅打造成2D和3D碰撞的文化知识传播胜地。
三维成像技术给博物馆带来的不仅是参观体验效果的升级，在对文物收藏和展示方面也起到举足轻重的作用。截至2018年，我国馆藏文物数量约为4330万件（套），而不可移动文物也高达76万处，数量巨大，但总体展出率偏低，三维成像技术能弥补时空、文物残损的缺陷。如2021年，在深圳·海上世界文化艺术中心开放的故宫腾讯沉浸式数字体验展没有一件实体文物，通过提取故宫古建、陶瓷、家具、织绣上形式多样且有意义的纹饰，用数字技术提供文博领域一种新的应用场景，其中就有一件故宫最大的裸眼3D文物，高达5.3米，观众可360°欣赏这件触手不及的虚拟文物。洛阳应天门遗址博物馆在遗址保护的基础上增加了许多数字化技术手段，通过采用25台超清投影，将遗址现场和多媒体视频相结合，栩栩如生地还原了古城遗址环境画面，再现当年应天门的建设场景。
三、北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆应用三维成像技术的必要性
（一）北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆发展现状
北庭高昌回鹘佛寺遗址是新疆天山北麓现存的佛教遗址，它位于新疆吉木萨尔县北庭古城以西约1千米处。场地平面呈矩形，南北长约70米，东西宽44米。它都是用大块土坯在夯土地基上建造的，分为南、北两部分。20世纪70年代和80年代，北庭高昌回鹘佛寺遗址被发现后，中国社会科学院考古研究所的专家组织了一次发掘，出土了一批珍贵的文物。由于当时文物保护措施不完善，专家停止了考古发掘，采取了回填保护措施。1988年，经国务院批准，公布为全国重点文物保护单位。2008年底，北庭高昌回鹘佛寺遗址被罩上了一幢六层楼高的保护大棚，这使得它免受风吹雨淋和地下水的侵害，这是继西安秦兵马俑博物馆之后，西北地区的第二个文物保护大棚，但由于之前长期受风蚀和地下水侵蚀，这座全土坯砌筑建筑出现墙壁裂缝、壁画空鼓脱落和塑像坍塌等现象，2009年到2013以及后来的2018年，先后对保护棚进行拆除、改造和抢救性修缮。现在北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆展厅分别是文物展厅、遗迹复原展厅，其规模仅次于兵马俑的遗址保护棚。从2008年北庭西寺博物馆建成到2010年对外开放以来，北庭西寺博物馆不断完善其防护措施，升级其作为文化教育基地对观众带来的观光体验，将其打造为现今新疆北疆地区所存唯一的我国历史上唐、宋、元时期的佛教文化艺术宝库，被自治区党委、政府确定为爱国主义教育基地。
尽管如此，要想通过北庭文化品牌来推动当地文化旅游业的发展，不得不看到北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆虽存在一些潜在问题，但仍有许多值得开发的地方。虽然现在国家大力支持文化遗产保护，给遗址博物馆建设提供良好的机会和条件，与全国各大遗址博物馆相比，北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆在设计领域存在一定差距，包括缺乏遗址与人的交流性、缺乏创新设计、宣传力度不够等诸多方面。在现有的北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆内部，观众只是站在固定位置远远瞩目，通过有限的文字介绍和人工讲解进行了解，这种方式是被动的、短暂的，不是深入的、趣味的，观众难免觉得抽象而干瘪。北庭高昌回鹘佛寺遗址在北庭故城附属建筑中保存最为完好，此外，它还是高昌回鹘的王家寺院，其在佛寺、佛像和壁画的造型方面都有独特的回鹘特点，设计方应抓住其作为西北佛教艺术文化中心的地理、政治优势，参照国内外遗址博物馆内容、形式设计，充分利用科学数字技术打造属于本馆特色的适应当代观众参观需求的现代化遗址博物馆。
（二）技术工艺设计
数字技术与互联网技术出现后，传统的空间场景展示丧失了稳定感、趣味感。在这种情况下，我国遗址博物馆内开始运用三维成像技术提升自身相关工作，力求达到与时俱进的效果，作为西北遗址博物馆的代表，北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆可以运用以下一些形式手段使博物馆陈列展示更加多元化，使博物馆管理工作更加系统化。
1.静态、动态陈列
针对某些极易受损不易于保存或长期展示的文物，或是实物展览难以让所有观众亲身观看文物或遗址遗迹，如佛寺内三层洞窟中的第三层已全部坍毁，佛龛内的佛像遭受损毁很严重，佛像头部无一例外的不复存在，以及在105号配殿的墙壁上色彩依旧艳丽的壁画《高昌王子出行图》。在文物展厅部分，多件比丘塑像仅剩残件，壁画以及陶片都不同程度残缺破损。这些情况可以运用3D全息投影技术，包括全息投影仪、全息投影屏幕、全息投影膜等设备，利用光的干涉和衍射原理来记录和再现物体的三维图像，观众可360°获得文物的任何角度信息，让观众得以观看到文物损毁前的模样。动态陈列又可以称为情景再现，这种展陈方式通过幻影成像技术打造出一个完全虚拟的场景，又或是通过虚实结合的方式，再现遗址当年的风貌。如河南洛阳应天门遗址博物馆内二层，观众可以俯视由25台超清投影还原在遗址上的应天门建设场景，在遗迹复原展厅以及文物保护棚内，北庭高昌回鹘佛寺遗址博物馆同样可以借助3D高清投影技术，将当年佛寺修建等场景还原于观众。这些技术的运用，通过场景的还原，带领观众“穿越”到遗址所处的年代，这种直观再现的方式有利于观众对相关知识的吸收。
2.交互性展陈
当观众在遗址博物馆中参观时，博物馆中上述的展陈方式，无论是静态还是动态，都是向观众进行直观展示，观众的参与度较低，是被动地接收信息。随着技术的发展与展陈理念的发展，遗址博物馆中开始越来越多地加入交互式技术进行展陈。虛拟现实技术通常情况下，技术人员运用电脑模拟生成一个虚拟的空间，观众通过穿戴VR设备进入该空间中，在这个空间中，通过人机交互，观众与物体的互动变得更加逼真，这种互动实时自然。现实设计中可以在文物保护大棚的四周走廊上配备架式VR设备，其虚拟显示系统采用VR技术、定位跟踪以及广角立体显示等技术再现两千多年前北庭的地理环境，还原当时北庭西寺建设的过程。观众可以多角度转动设备，实现180°全景观看以及虚拟现实场景的方位跟踪，从而得到一种视觉、听觉、触觉等多种感知的全方位立体化的使用感受。在遗址博物馆中，VR技术可以为观众提供一种置身于遗址所处年代的可能性，也可以与博物馆馆藏文物有更加进一步的接触可能。