包春磊
数字化信息技术近年来快速发展，三维激光扫描技术（3D）就是其中之一，它采集数据速度快、无接触、精确度高，高清的几何纹理信息以数字的形式存储或构建三维模型，在文物保护、修复及科研中备受青睐。三维激光扫描技术可逼真还原文物的现状信息，重建高保真可量测的三维模型，数字化永久存档，为将来实施具体的文物保护工作提供必要的基础数据以及进行相应的数据加工，还可以进行计算机虚拟修复，记录不同修复阶段重要的文物修复信息数据，评价修复效果，并进行文物的虚拟展示等。
海南省博物馆收藏有一批西沙群岛“珊瑚岛Ⅰ号”沉船遗址水下考古发掘的石雕文物，这些文物具有典型的中国传统风格，如“八仙过海”传说石雕人像、狮顶方柱、龙柱、石磨等，雕刻手法娴熟，图案精美细腻，从石材选材、雕刻技法、造型风格、题材内容来看，可能是清代福建惠安工匠所生产，应是当时移居东南亚的华侨运往海外修建寺庙宗祠或其他大型建筑物所用的材料。
这批文物在海洋中浸泡数百年，表面覆盖了一层厚厚的白色沉积物，还有海洋生物贝壳残体粘附其上，部分遮盖了文物表面纹饰图案，有些文物断裂成几截，给保护修复带来了挑战。为保存文物的原始信息，给将来的保护修复提供依据，又可以向观众展示文物三维立体形貌，我们对这批石雕文物进行了三维激光扫描数字化保护，通过近景摄影测量及3D数字建模技术，制作文物三维交互，通过互联网在电脑、移动设备等多种场合、终端上进行文物的展示、研究、教育，观众可以面对面、接触式、无限制地浏览欣赏文物，了解这批文物背后的历史故事，“让文物活起来”。
三维数据采集
我们利用三维激光扫描仪对石雕文物进行结构、形态的点云数据采集，以获取其基础结构信息。为保证点云数据采集完整性，采集前需对仪器架设点进行合理规划，按照雕像摆放位置进行站点布设。每一竖立雕像布设8个站点，顶部、底部各4站；平铺于地面的雕像布设站点数量约为24站，分正反两面采集，各12站。因扫描数据为多站点拼接，为保证后期数据正确拼接，需对扫描区域周围进行靶球定位，标靶球摆放时应保证靶球的稳固性，其次要求相邻两个架设点能同时观看到4个或4个以上的靶球，且每个球体观看范围应大于二分之一，所有标靶球摆放不应在同一直线。
以上步骤全部准备完毕后，就开始进行仪器组装、架设，根据前期站点规划，单个竖立雕像分为上下两层扫描，上层为头顶周围一圈，扫描高度高于頂部20厘米左右，下层为底座周围一圈，扫描高度离地面20厘米左右。多个摆放在一起的石雕，扫描站数约12站，依据摆放位置左右各一站，从头到尾依次采集。
高清纹理影像采集
影像采集主要用高清单反相机对石雕文物进行多角度纹理拍摄，获取石雕表面颜色信息，为文物信息数字化保存及后期三维展示提供数据支撑。影像采集时，采用24色色卡进行色调校准，保证精准色彩还原。在影像采集前，根据影像地面分辨率GSD或DPI的要求和摄影距离，选择合适的镜头（定焦）或焦距（变焦），焦距计算公式：
根据石雕文物采集环境、结构及以上计算公式，选用50mm焦段，像幅5760像素×3840像素，拍摄距离约0.65—0.7m，影像地面分辨率0.063mm。影像采集以单块船板立面为拍摄单位，采用平行摄影的方式获取每个独立区域立面影像信息。相机正对被摄物体，每个摄站拍摄一张影像，横向重叠度约50%，旁向重叠度约30%，基线长度即为第一摄站与第二摄站间的距离。在数据采集过程中，为保证影像分辨率，每个独立的区域面需要分多层拍摄完成，拍摄过程顺序为从左向右，从上至下。
三维交互制作
对三维扫描采集的石雕文物点云数据进行加工拼接，得到完整的船板三维素模，用专业三维软件将三维素模与高清纹理照片进行匹配，形成石雕三维彩色模型，基于此模型数据可以制作出三维交互、虚拟复原等数字化成果。
石雕文物的原真模型制作通过三维模型构造软件3Dmax和图像处理软件Photoshop结合实现。将Geomagic预处理生成的三维素模，导入3Dmax中进一步处理，结合Photoshop处理的纹理贴图，完成石雕文物的三维原真模型建模工作，文物三维模型几何精度误差在±5mm，单块贴图分辨率为4096像素×4096像素。
三维交互开发采用Unity 3D游戏引擎完成。Unity 3D是由Unity Technologies开发的一个让工作人员创建诸如三维视频游戏、物体可视化、实时三维动画等类型的综合性游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。将三维模型导入交互空间，根据实际应用需求定制化编制程序脚本，实现极具真实感和体验效果的三维可视化展示程序，单件出水文物三维交互数据量大小低于500MB。
近年来，我国对海洋文化遗产的关注程度和保护力度与日俱增，水下考古技术突飞猛进，一些重要的沉船及船货文物被发掘出水，水下文化遗产的保护与开发必将受到越来越多的关注，水下文物因埋藏环境与陆地大为不同，出水后往往因环境变化而导致文物受损，三维激光扫描等数字化技术为出水文物的保护与展示开辟了新的方法，在文物数字化保护方面有着重要的作用，和目前的虚拟现实技术、AI技术一样将会受到越来越多的关注。
致谢：本文得到2019年海南省基础与应用基础研究计划（自然科学领域）高层次人才项目（项目号2019RC362）基金资助。
（作者为海南省博物馆副研究员）
