三维扫描、无人机航拍 数字化保护让文化遗产“永生”

  法国巴黎圣母院的一场大火，让世界为之心碎。如何让传世文物保持当下的姿态继续在历史长河中前行，使将来的人们仍然能与今天的我们一样，追思先民创造的灿烂文明？苏州市文物保护管理所所长徐亦鹏告诉记者，通过三维激光扫描、无人机航拍等现代科技为文物建立数字档案，能留住文物的“魂”和“形”，让它在虚拟世界获得“永生”。此外，数字化成果的应用开发也为大众零距离接触文化遗产提供了方便，让千年文脉绵延传承。

  三维扫描：开拓文物保护新空间

  位于古城区西南角的瑞光塔是苏州的地标建筑之一，与盘门、吴门桥并称为“盘门三景”，1988年被国务院列为全国重点文物保护单位。该塔始建于三国时期吴国赤乌十年（247年），现存之塔建于北宋，是我国北宋南方砖木混合结构楼阁式塔的代表作，被誉为“苏州最美宝塔”。

工作人员架设三维激光扫描仪

  据徐亦鹏介绍，瑞光塔七级八面，高约53.6米，砖砌塔身基本上是宋代原构，第六层、第七层及塔顶木构架虽为后代重修，但其群柱框架结构在现存古塔中并不多见。第三层为全塔的核心部位，砌有梁枋式塔心基座，抹角及瓜棱倚柱、额枋、壁龛、壸门等处还有“七朱八白”“折枝花”等红白两色宋代粉彩壁塑残迹。1978年发现秘藏珍珠舍利宝幢等一批珍贵文物的暗窟——“天宫”也在该层塔心内。底层塔心的“永定柱”作法，在现存古建筑中尚属罕见，为研究“宋营造法式”提供了实物依据。

  历经岁月沧桑，瑞光塔分别于1987年、2013年进行了全面整修加固和大规模维修。“在很长一段时间里，文物保护和修复工作的测绘大多采用传统测量和拍照结合的综合手段，不仅花费大量的人力物力，而且精度低、效果不理想。我们通过公开招投标找到了苏州市测绘院，希望借助他们的高科技手段对瑞光塔进行数字化采集，为珍贵的历史文物建模存档，为今后的保护、修复工作提供不可或缺的数据支撑。这也开拓了文物保护的新空间。”徐亦鹏说。

三维激光扫描仪在采集三维信息并拍摄高清照片

  5月9日上午，在瑞光塔内部，记者看到，第一层塔的佛龛前，工作人员架好的三维激光扫描仪不停地旋转着“脑袋”，发出一道道绿光，扫过目视可及的每一寸地方，同步采集三维信息并拍摄高清照片。此后，他们又在瑞光塔庭院操控多旋翼无人机对塔身外部进行扫描和拍照。“对于瑞光塔这一高度复杂的大体量古建筑，我们将采用三维激光扫描、无人机航拍、全站仪测控网布设等技术手段，综合三维实景克隆技术，全方位多角度地实现瑞光塔的全面数字化记录。尤其是无人机技术的引入，避免了脚手架的搭建，最大限度地减少了对文保建筑的损害。”市测绘院空间信息中心主任吕志才告诉记者，瑞光塔结构非常复杂，仅数据采集就是一个庞大的工程，眼前不到一平方米的佛龛，照片取景就达100余张，三维扫描点云数据超30万个。“整个瑞光塔的数据采集至少需要3个月，预计会得到60亿个点云数据以及上万张高清照片，后期再经过数字化处理，将得到一比一高保真还原的‘数字塔’。”吕志才说。

  数字档案：把“美丽”永久存进硬盘

  “所有我们今天得见的文物都是劫后余生。”徐亦鹏说，抛开其他种种破坏不谈，还有一项最终的不可抗力：时间。不仅文物的本体受到威胁，其承载的信息也时时发生变化。记录保存文物原真数据，就是在与时间赛跑。

三维激光扫描后形成的点云数据图

  早在2014年，在苏州市财政局大力支持下，市文保所就和市测绘院合作，为有“东方比萨斜塔”之称的虎丘塔打造全面的数字档案。“我们借助高精度激光扫描、基于多图像的三维重建纹理映射等技术，对塔身外表及内部主体、局部砖体塔裙、飞檐、雕花、斗拱等进行了高精度、无死角的三维激光点云数据采集，共采集了有效数据43亿个，点位精度达2毫米。同时还拍摄了塔身内部、外部照片上万张，进行了高分辨率纹理数据采集。”吕志才说，经过后期处理，虎丘塔被“搬进”了电脑，在虚拟世界里得到“永生”。

赋色后的点云数据图

工作人员操控多旋翼无人机对塔身外部进行扫描和拍照

瑞光塔赋色点云立面图

虎丘塔赋色点云数据图

  宝带桥是古代桥梁建筑的杰作，全桥用金山石筑成，长316.8米，有53孔，是中国现存的古代桥梁中最长的一座多孔石桥。2016年，市文保所委托市测绘院对其进行数字化采集。对桥梁水下结构，传统的围桩排水测量方法需要两个多月，在船只如梭的大运河中更是难以实施。工作人员巧妙地将多波束测深系统这一水深测量设备用在这里，仅仅3天，就实现了宝带桥水下结构的高精度、自动化测量，犹如进行了一次精准的“CT扫描”。这座汇聚古代工匠智慧的大运河水工遗存世界文化遗产，也首次将现状全貌展现在了世人面前。

宝带桥赋色点云数据图

  忠王府与世界名园拙政园相邻，是太平天国忠王李秀成的王府，也是当年太平天国留存下来的最完整的建筑物。忠王府的苏式彩绘堪称一绝，精雅秀丽，全国罕见。但随着岁月的洗礼，部分彩绘已渐失“容颜”，对彩绘进行数字化记录迫在眉睫。但由于光线等原因，数字化彩绘的色彩始终存在偏差。受市文保所委托，市测绘院工作人员对此进行了多次调研及测试，研发了基于标准色的色彩高保真还原技术，完成了忠王府343方彩绘的高保真、高精细数字化记录，犹如发丝的纤毫笔触亦可清晰再现。

忠王府赋色点云数据图

  无梁殿、甲辰巷砖塔、罗汉院正殿遗址、苏州文庙……5年来，市文保所积极担起苏州市不可移动文物数字化保护的重要使命，已为7家全国重点文物保护单位建立了永久性、高精度数字化档案。这些档案也成为了文化遗产的一部分，并不会被岁月所磨砺。

  传承文脉：让你足不出户走近文物

  新技术的光正越来越多地照进古老的文物，使收藏在禁宫里的珍宝、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字获得了全新的储存和传播方式，让传统文化的丰厚给养注入更多人心中，也为大众零距离接触文化遗产提供了方便，让千年文脉绵延传承。

  4月9日，“苏州市文物保护管理所”微信公众号上线，同时推出“虎丘塔数字漫游”系统。市民和游客只需手指点一点，就能“登”上不对外开放的虎丘塔，一探塔内奥秘。此外，在虎丘塔旁，市文保所也设立了“塔内乾坤 扫码探秘”二维码，扫一扫也可进入“虎丘塔数字漫游”系统。其中，最受关注的“数字登塔”项目共分7层，与虎丘塔一一对应，通过集成多种仿真建模成果，可以实现第一人称漫游，极大地丰富了观赏体验。至5月9日，已有7783人由此“登塔游玩”。

  “‘虎丘塔数字漫游’系统是我们在文旅融合的大背景下，以充分保护文物为基础，对文物遗产开放形式的一次探索和尝试。5月底，我们还将推出‘苏州文庙数字漫游’系统。”徐亦鹏说，接下来，市文保所将以这种形式推出更多文物遗产点数字漫游系统，让大家足不出户，就可以通过互联网走近那些曾经不可触摸的文物。

  苏州是全国首批24个历史文化名城之一，已有全国重点文物保护单位59处，省市级文物保护单位700多处，其文物保有量及分布密度，在全国排名前列。“面对严峻的保护形势，我们将继续开展珍贵文物数字化建设项目，最终完成覆盖整个苏州市的三维数字化文物系统工程，力求再现古代苏州建筑艺术的辉煌，为后世留下永不磨灭的数字文化遗产档案。”徐亦鹏说，“希望1000年后的人仍然可以通过我们记录的图像、色彩、造型、材质来了解那些曾经生活过的人们，获知他们的日常生活和心灵世界，让穿越时间的智慧不断传承，历久弥新。”

文章转载于引力播

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