三维动画技术如何实现文物复原及展示

摘 要：敦煌莫高窟以其精美绝伦的艺术闻名于世，1987年被联合国教科文组织列为“世界历史文化遗产”，但是这个规模宏大的世界历史文化遗产正遭受着严重的退色和人为损坏。近年来，越来越多的数字化技术应用到博物馆中，作为一项前沿技术，三维技术在科学研究、文化展示、社会教育、文物复原等方面发挥着革命性作用。由于三维激光扫描技术具有非接触式测量、扫描速度快、点位和精度分布均匀等特点，在工艺精细、形状复杂的单件文物保护领域有很多应用和成功案例。国外最为著名的有斯坦福大学的“米开朗基罗项目”，该项目将包括著名的大卫雕像在内的10座雕塑和信息。运用动画技术展示文物需要很多数据和软件共同完成，通过三维成像扫描仪、GPS、GIS、全方位摄像系统采集数据，再利用软件对数据进行归纳整理，需要的软件有Photoshop、Auto CAD、3D max、Maya、AE等软件，前期导入采集数据、中期场景建模、贴图材质绘制、以及后期渲染合成，最终形成可以观赏的三维动画片。

关键词：三维技术；敦煌壁画；文物复原；动画

一、介绍

历史文物无时无刻的在经受来自大自然的破坏，有的速度很快，有的相对迟缓。兵马俑表面本来有绚丽多彩的彩绘，但在刚出土的瞬间就快速氧化消失了，有如昙花一现，这是多么大的遗憾。敦煌莫高窟千年壁画，已经不是最初的颜色，敦煌研究院所做的保护工作只是减缓壁画的脱落与变色，文物的褪色和损毁是不可逆的事实，而不许拍照和限制进入洞窟的人数都是为了保护壁画，让他保存的更加长久。

近年来，计算机得到了快速发展，VR虚拟现实、数字博物馆、逆向工程等新鲜词汇也不再是虚幻的概念，已经发展成为了现实。例如像布达拉宫、故宫这样的珍贵建筑，借助VR技术可以让人身临其境般进入其中，而实现这样的体验只需佩戴虚拟现实眼镜。

二、文物建模技术

那么文物三维模型是如何生成的，制作三维模型的软件有很多，不过仅仅MAYA、C4D等建模工具是无法满足我们对所建模型的细节要求。为了能够不通过三维建模就获取复杂并且精确的模型，三维扫描技术应运而生。利用三维激光扫描仪，可以通过不接触的方法进行测量。将文物安装在扫描转台上，设置软件参数和捕捉数量，数量与模型的质量有直接关系，采集细节越多，文物模型的细节越丰富。文物360度图像信息捕捉完毕并将数据传输到软件里，完成数据的采集。采集完成后，就是解算数据、形成模型的过程。首先是将采集的二维图像数据形成三维的“点云”。难点在于通过“像对”的解算和比对，找到不同图片上同一个点的对应位置。估算参数，以密密麻麻的点“集合”构成模型的大致形状。第二步是将空间中的点联结起来构造一个完整的曲面。最后一步则是将采集到的图像纹理自动“贴”在文物空间模型的表面。这些通过这种方法所获得的采样点数据，就是我们所说的云数据。

三、动画复原技术

计算机图形动画的制作过程大致是这样的：首先要依据角色和场景设计创建物体模型，将扫描到的文物具体空间坐标信息和表面颜色信息转化为数字信号也就是云数据，有了这些数据，利用逆向工程软件Geomagic将每一个部件还原成为三维模型，再进行组装。然后再依据这些设定的模型，让这些物体在三维空间动起来，如移动、旋转、变形，通过这种方法来产生动画参数。然后添加摄像机在动画中模拟人的视角，调整镜头和机位，使人既可以近距离观看文物细节，也可以远距离欣赏文物整体。最后通过打灯光赋予材质经过计算机内部复杂的运算生成一幅幅栩栩如生逐渐变化的画面。

四、结论

数字化文物最重要的意义在于保护文物，虽然这永远无法代替真品文物，但却可以更好的把文物展示在世人面前。

通常情况下我们只能从照片和影片中观赏敦煌壁画，通过动画再现的方式，可以随心所欲的在任何角度任何距离观看这些珍贵的历史文物。在动画中文物的颜色可以还原到本来的面貌，比褪色后的真实文物要更加精美，扫描的模型具有完美的细节是手动建模无法比拟的，再加入镜头语言，动画模拟和光影渲染，可以得到与观看实际文物不一样的视听体验。

三维技术是考古研究的一部分，它将文化艺术和科学技术相互渗透，增加了文物保护的形式，丰富了历史文化传播途径。以三维动画形式展现文物具有教育性和娱乐性，让更多人了解文物所遭受的侵蚀，并呼吁人们去更好的保护历史文物，这就是三维动画再现文物的意义。

参考文献：

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