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周 哲 张利成 吴 瑕
北京信息职业技术学院
文化创意产业是一种在经济全球化背景下产生的以创新为核心的文化、经济和科技相融合的新兴产业，其凭借极强的渗透力和影响力已经成为衡量国家综合竞争力的重要指标。我国的文化创意产业开发起步较晚，2000年“文化创意产业”一词才正式被提出，目前文化创意产业开发尚处于前期摸索阶段。党的十八大以来，我国文化创意产业进入高速发展期，党的十九大报告明确指出，“加强文物保护利用和文化遗产保护传承……培育新型文化业态”［1］。国家文物局印发的《国家文物事业发展“十三五”规划》指出，加强文物保护利用，让收藏在博物馆里的文物、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字都活起来，对于坚定文化自信、增强中华民族凝聚力、满足人民群众精神文化需求、促进文明交流互鉴、实现中华民族伟大复兴中国梦具有重要意义［2］。
国内文物数字化复原工作、数字博物馆建设还处于起步阶段，各地博物馆近年都纷纷推出相关文创产品，并配合多种类型的线上线下文创店铺，取得了很好的社会效益和经济效益。但此类文创产品在设计方面大部分是借助某一形象而非原品的仿复产品，不能准确地表达原文物的精神内涵，如故宫博物院的文创产品“宫梅顾盼”胸针的设计元素提取于宋徽宗赵佶《梅花绣眼图》中的梅花形象，将该元素图案设计成胸针。现阶段绝大部分博物馆的文创产品都采用了此种设计方式，而原物复原的衍生品相对较少，比较有名的原物仿复产品有台北故宫博物院的“翠玉白菜”系列、河北博物馆的长信宫灯仿制品及三星堆博物馆的一些产品。以三星堆博物馆为例，其文创产品的典藏仿复品约占总文创产品的10%，产品主要为不同尺寸的博物馆著名展品的仿复品，如青铜面具、铜鹰铃等，因用途有限且价格相对昂贵，大众的接受程度并不高。
国外的博物馆文创产品开发早在20世纪下半叶就已初具雏形，20世纪末，英国颁布了《博物馆伦理规范》，对当代博物馆发展运营的各个方面进行了分析和审视，并提出指导性建议，以提升博物馆服务体验和品质。以大英博物馆为例，选择其馆藏中最具代表性、知名度高的文物进行全方位的系列化开发，使消费者的选择更广泛，如大英博物馆镇馆三宝之一的埃及盖亚·安德森猫青铜像，以该文物为原型还原了盖亚·安德森猫坐像上的每一个细节，并开发了以抱枕、水杯、帆布袋、玩偶、手机支架为载体的多种文创产品。根据《2018年天猫博物馆文创数据报告》显示，在天猫商城线上博物馆人气排名中，2018年入驻的大英博物馆名列第三，仅次于故宫博物院和中国国家博物馆［3］。
总体而言，我国博物馆对文创产品的开发设计还处在尝试摸索阶段，设计出的文创产品也是良莠不齐，大多数博物馆文创产品同质化现象普遍，集中体现于文物表象的元素提取，对文物内涵挖掘不足，导致文化传播停滞在文物形态层面。如何推出既能完整呈现文物自身特点又物美价廉的文物数字化仿复产品是一个急需解决的问题，而解决这个问题需要有一套完整可行的文物数字化流程以便快速、准确、安全地完成文物数字化工作。
为了满足新出土文物的抢救性数据采集、现有文物的保护性数据建模修复、数字博物馆建设及相关文创产品开发设计的需求，提高文物数字化的效率及准确性，本文基于现有三维扫描技术和3D 逆向建模理论，结合文物的实际特点，提出了一套适合现阶段软硬件的数字化操作流程，以期能为文物数字化摸索出一套适合的技术流程，为文物数字化采集、数字博物馆建设及相关文创产品开发设计提供基础。本文以瓷碟的三维数字化过程为例，说明其操作流程。
第一步：瓷碟三维数字化模型数据采集。
在数据采集前，我们发现瓷碟表面有明显的反光现象，会对采集产生影响，所以在采集数据时要设置合适的曝光值，可以配合二次曝光等方法进行操作。瓷碟碗沿非常薄，在瓷碟内外进行拼接时会出现很大的影响，所以在内外扫描的过程中要选择合适的方法保证拼接顺利进行。根据瓷碟的大小选择合适的镜头，对扫描仪进行校准，校准完成后将瓷碟平放在扫描仪转台中心位置，调整扫描仪角度至合适位置，根据镜头大小制订扫描策略，确保面以及棱都扫描清晰。具体步骤如下：
（1）连接扫描仪的各个组件，在扫描开始前对扫描仪进行标定，以提高扫描精度。在标定过程中注意保证测量头处于水平状态。将瓷碟放置在转台中心位置，保证在转台旋转过程中瓷碟需要扫描的位置一直在屏幕中央。调整扫描仪测量头的角度，使扫描仪红点重合在瓷碟待扫描位置。
（2）打开扫描设备的3D 软件，新建工程选择“转台测量”，设置序列一的扫描幅数，添加位置后设置扫描参数。由于瓷碟存在反光的现象，所以在设置曝光参数时如采集效果不好可以选择使用二次曝光。采集过程中，需要保证扫描头周围环境稳定，不可以有灯光的变化以及人员的走动，在有干扰的情况下进行扫描会导致扫描数据出现光栅噪点或者扫描失败。设置好扫描参数之后开始采集工作。当瓷碟表面的蓝色的光变为条形状时，表明采集过程正在顺利进行。如果周围环境出现干扰，则会采集失败。在第一幅数据采集完成后，观察采集结果，要保证数据没有光栅条纹以及噪点等问题，确认无误后进行后续操作。第二幅数据扫描完成之后，需要和第一幅数据进行手动拼接，拼接误差合格并且无分层后继续，后续将根据特征进行自动拼接。序列一扫描完成后观察模型采集结果，对模型周围的无用数据进行删除。使用“框选命令”，拖动鼠标左键选中需要删除的数据，点击绿色对勾完成选择，被选中的数据会变成红色，删除选中数据。对于细小杂点使用“选择碎片”功能进行删除，模型体外的杂点将被选中，在“3D 视图”下删除选中的碎片数据，检查已采集数据有无问题，数据检查无误后进行序列二的采集，调整测量头角度，由于碗沿突出，会对瓷碟产生遮挡，所以对扫描仪测量头进行角度偏转，使红点重合在接下来瓷碟要进行采集的位置，重复上述操作使用转台测量指令完成序列二的扫描。序列二采集完成后自动弹出与序列一的拼接界面，选择公共特征进行拼接。
（3）翻转瓷碟，使用“转台测量”命令，对瓷碟反面侧棱和内壁进行扫描。调整扫描仪角度，对瓷碟外表面进行扫描。第一幅数据扫描完成后，对扫描的多余平面数据进行删除，重新选择平面。之后转台自动按照设置好的角度进行旋转，第二幅数据扫描完成后，自动弹出拼接界面，选择公共点拼接两次的数据，拼接误差合格并且无分层后继续进行自动拼接。序列三扫描完成后，选择碗壁与正面的公共特征进行拼接。正反面拼接完成后，调整扫描仪角度重复使用“转台测量”以及“3D 测量”，补全瓷碟的数据，对于反光严重以及遮挡处的数据需要在扫描结束后进行修复。瓷碟数据采集结束后，使用“选择碎片”指令来选中模型体外的杂点进行删除。使用“全局优化”对扫描数据进行优化，软件自动对数据的拼接进行优化，使用“数据处理”对处理好的数据进行封装。
第二步：使用Geomagic Wrap 软件对瓷碟三维数据进行网格数据处理，包括漏洞修补、消除无效三角面片数据及表面形态修正等工艺步骤。具体步骤如下：
（1）对模型上的杂点数据进行删除，利用“多边形”选项，选择“填充单个孔”命令，选择删除浮点数据，删除模型上的杂点。之后找到模型上需要修复孔洞的地方，使用“曲率-内部孔”填充方式，对存在孔的边缘孔洞进行填充。对于模型有大孔洞以及大间隙的数据处，选择直接填充效果不好，可选择先使用“搭桥”的方法，对孔洞边缘进行处理后再使用填充内部孔的方式对孔进行填充。
（2）边缘有折叠以及相交的孔洞需要先对孔的边缘进行处理。在“图形”视窗，激活选择三角形指令，选中折叠部分的三角面进行删除。接下来激活填充功能，对孔边缘处理结束后的孔进行内部孔填充，如对模型的全部孔洞使用上述方法进行填充处理。
（3）将模型上的孔洞全部填充完成后，使用“网格医生”命令，对其他微小孔洞翘曲面片等进行自动修复，应用后得到修复完成的模型。
第三步：将瓷碟模型坐标系对齐以便后期我们输出正确坐标系统的数据。在瓷碟底部框选平面处的数据，点击应用，软件会自动计算出瓷碟的对称平面。点击确定，完成平面 1 的创建。
选择“对齐”，“对齐到全局”，以YZ 平面与对称平面创建对，XY 平面与底部平面创建对，完成瓷碟的对齐，最后将数据另存为“stl”和“obj”两种格式，均命名为“瓷碟-补”。
第四步：进行瓷碟影像数据采集，以确保后期经过纹理处理后的模型数据能够与瓷碟实物有相同的视觉效果。影像化的具体步骤如下：
（1）影棚选择及调整。根据所拍照的对象特征选择拍照时使用的灯棚和转台，拍照对象是瓷碟，体积小，有反光现象，在选择灯棚时要选择对瓷碟拍照影响最小的灯光条件，并且要调整好灯光角度，使瓷碟拍摄面不会出现反射的灯光，必要时需在灯表面附加一层柔光布减少反射，根据瓷碟大小选择 24~70 mm 的镜头。由于瓷碟体积比较小，不会出现超出转台范围的情况，并且瓷碟是扁平的长方体，在转台上的稳定性可以得到保证。但是也正因为瓷碟比较小，所以不可以选择太大的转台，否则大转台会影响相机位置以及角度，导致无法保证瓷碟在图上的占比。
（2）相机校准。选择好灯棚，确定所有灯全部开启到最亮，将色卡放置到转台中央，设置好相机拍摄白平衡使用的参数，调整好角度拍摄白平衡，确认没问题后调整相机参数，应用白平衡。
（3）正面影像数据拍摄。调整相机对焦点在瓷碟外棱边上，确保棱边清晰。按照一圈12 张的拍摄方法进行拍照。确保每一张照片的对焦点均在棱边上，保证棱边的清晰。保持相机机位不变，将相机的对焦点移动到瓷碟内侧棱边上进行拍摄。调整相机角度，对瓷碟碗底的纹理进行拍摄，相机对焦点选在碗底与碗壁的交界处。最后调整相机角度对瓷碟进行平拍，完成当前瓷碟角度的全部照片拍摄。
（4）反面影像数据拍摄。瓷碟翻面后，按照正面的拍摄方法，调整相机角度，对瓷碟反面棱边以及纹理细节进行对焦拍摄，拍照过程中确保每张照片对焦处都是清晰的。拍摄过程中注意边、角要正对相机进行拍摄。
（5）瓷碟底部影像数据拍摄。拍摄瓷碟俯拍照片，调整相机机位，使相机镜头垂直于瓷碟表面，如达不到垂直角度需要使用俯拍灯箱，使用俯拍灯箱需要提前拍好白平衡，在使用俯拍灯箱前设置对应的参数，完成俯拍照片。
在所有照片拍照结束后，需要导入电脑上查看照片是否齐全，并检查瓷碟所有需要的照片是否都全，所有照片是否都没有跑焦、是否对焦点都清晰，俯拍照片和其他照片颜色是否一致等，有欠缺的需及时补足。
第五步：使用纹理处理软件对瓷碟模型和表面影像数据进行映射处理，使三维数字模型具备与实物相同的视觉效果，以便用于线上博物馆的展示、研究。
以上就是以瓷碟的三维数字化模型数据采集为例，展示的一套完整可行的文物数字化技术流程。希望本文所展示的这套文物数字化技术流程能为新出土文物的抢救性数据采集、现有文物的保护性数据建模修复、数字博物馆建设及相关文创产品开发设计提供服务。
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