專利名稱：基于信息技術的瀕危遺址文物保護修復輔助方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于信息技術的瀕危遺址文物保護修復輔助方法。
瀕危文物保護修復需要經歷如

圖1所示的多個基本階段瀕危文物遺址現(xiàn)場調查；瀕危文物病害區(qū)域識別與標注；瀕危文物材料成份測試分析；瀕危文物環(huán)境條件監(jiān)測；瀕危文物保護修復及效果評價；建立文物保護與修復檔案等。
1)瀕危文物遺址現(xiàn)場調查保護研究人員測量并繪制瀕危文物遺址現(xiàn)場的圖紙；拍攝文物及現(xiàn)場的照片；根據現(xiàn)場觀測并對照圖紙與照片，制定病害區(qū)域標注、材料分析測試與環(huán)境監(jiān)測等工作實施的指導性方案。
2)文物病害區(qū)域識別與標注保護研究人員親臨瀕危文物遺址現(xiàn)場，在測繪圖紙基礎上，憑目測與經驗判斷來標注病害發(fā)生的位置區(qū)域以及病害類別，如變褪色、酥堿、龜裂、起甲等；并手工完成病害的統(tǒng)計分析工作。
3)文物材料成份測試分析保護研究人員親臨瀕危文物遺址現(xiàn)場，對代表性文物發(fā)病點的材料進行采樣，完成各種化學分析，以研究確定文物發(fā)病的內部機理(內因)。
4)文物環(huán)境條件監(jiān)測保護人員親臨瀕危文物現(xiàn)場，確定典型環(huán)境條件監(jiān)測點，安裝并定時收集氣溫、濕度、光照等外界條件數(shù)據，以研究確定誘發(fā)文物發(fā)病的外部因素(外因)。
5)文物保護修復實施保護修復人員指定詳細的保護與修復方案，并在現(xiàn)場進行實施作業(yè)。
6)文物保護修復評價保護修復專家親臨瀕危文物遺址現(xiàn)場，對文物所采取的保護措施與修復的手段與結果進行評價。最終完成文物保護修復工程總結報告，建立文物保護研究與修復檔案。
傳統(tǒng)保護修復方法的缺點1)工作量大；2)時間長；3)耗資大；4)保護人為因素大；5)效果評價困難。
本發(fā)明的目的是提供一種改善工作環(huán)境，跨越時空限制的基于信息化技術的瀕危遺址文物保護修復輔助方法。
為了達到上述目的本發(fā)明采取下列措施基于信息技術的瀕危遺址文物保護修復輔助方法，它的步驟如下1)文物遺址建筑與環(huán)境數(shù)據高精度測繪及數(shù)字化拍攝；2)采用三維建模工具建立文物遺址數(shù)字化三維模型；
3)采用圖形開發(fā)軟件包建立能自由漫游的文物遺址真實感虛擬場景；4)基于文物遺址虛擬場景的文物現(xiàn)狀調查、確定文物材料分析取樣與環(huán)境監(jiān)測點的具體位置；5)采用軟件開發(fā)工具建立支持文物保護修復計算機輔助系統(tǒng)；6)計算機輔助文物遺址病害識別、標注及統(tǒng)計分析；7)計算機輔助文物材料測試分析數(shù)據錄入、查詢與分析顯示；計算機輔助文物環(huán)境監(jiān)測數(shù)據錄入、查詢與分析顯示；8)保護修復后文物遺址的重新數(shù)字化拍攝，計算機輔助評價文物保護與修復效果；9)建立包含文物圖象、三維結構模型及保護研究與修復檔案的多媒體文物保護數(shù)據庫。
本發(fā)明的優(yōu)點是創(chuàng)造了一種以文物信息化為基礎，虛擬漫游與圖象處理技術為核心的計算機輔助的文物保護研究與修復方法，是傳統(tǒng)保護研究修復方法的補充，提供了新的手段。本方法專利的應用，能為文物保護研究修復工作直接帶來如下等方面的優(yōu)勢1)改善工作環(huán)境；2)跨越時空限制；3)提高效率；4)改善效果；5)縮斷周期；6)節(jié)省經費；7)便于合作討論；8)積累多媒體保護文檔等。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。
圖1是瀕危遺址文物保護與修復流程圖；圖2是計算機輔助文物保護修復流程圖。
信息技術對瀕危文物保護修復的支持1)數(shù)字化攝影技術專業(yè)型數(shù)字相機拍攝的文物彩色圖象照片已到達210萬以上像素點，色彩具有足夠的保真度，能滿足文物保護研究鑒賞需要。
2)三維建模技術商品化的建模軟件，如3D MAX等，能根據文物遺址現(xiàn)場測繪數(shù)據，建立數(shù)字化三維模型，精度滿足文物保護研究鑒賞需要。
3)虛擬漫游技術商品化的虛擬漫游開發(fā)軟件包如OpenGL軟件等，能利用文物遺址現(xiàn)場模型與現(xiàn)場照片圖象方便地開發(fā)出支持全方位漫游系統(tǒng)，輔助面向文物保護研究的虛擬現(xiàn)場調查。
4)圖象處理技術商品化的圖象處理開發(fā)軟件包，能根據圖象色彩、紋理與形狀，在文物圖象上分割出病害區(qū)域并進行標注，輔助對保護研究文物的現(xiàn)場標注；同時與虛擬漫游技術相結合，確定需進行材料測試分析的取樣點與環(huán)境監(jiān)測點并在數(shù)字圖象上進行標記。
5)數(shù)據管理技術商品化的數(shù)據庫管理系統(tǒng)，如SQL Server，能組織管理文物保護研究過程中所產生數(shù)據；病害數(shù)據、材料分析數(shù)據、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據等。
6)數(shù)據分析與可視化技術商品化的軟件開發(fā)工具，如Visual C++，能將文物保護研究成熟分析方法程序化，并將結果以圖表等直觀形式顯示。
綜合應用上述信息技術，就能實現(xiàn)基于信息技術的瀕危文物保護研究輔助方法，針對不同類型的瀕危文物，構建實用的瀕危文物保護研究計算機輔助系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)方法的一系列缺點，產生巨大的經濟效益。
基于信息技術的瀕危文物保護研究輔助方法，它的步驟如下1、瀕危文物及遺址的數(shù)字化1)文物照片信息數(shù)字化獲取利用數(shù)碼相機近距離拍攝文物，并記錄拍攝的環(huán)境條件與攝影參數(shù)，使該過程可以重復。具體涉及拍攝條件與參數(shù)的確定；拍攝過程及方法的記錄；文物圖象后處理等。
2)文物數(shù)字化精確建模根據文物實地場景繪數(shù)據，利用三維建模軟件，建立足夠精細的文物數(shù)字化三維模型。
2、計算機輔助系統(tǒng)開發(fā)平臺選擇1)以SGI IRIX操作系統(tǒng)或MS Window操作系統(tǒng)等為基本的運行與開發(fā)平臺；2)采用OpenGL、Performer等圖形學軟件包開發(fā)能自由漫游的真實感虛擬文物遺址場景；3)采用SQL Server數(shù)據庫等來存貯管理保護過程中形成的各種信息與數(shù)據；4)采用Visual C++等為基本開發(fā)工具來實現(xiàn)文物保護研究與修復計算機輔助系統(tǒng)，具備數(shù)據分析、圖象處理、圖形繪制等功能。
3、如圖2所示計算機系統(tǒng)輔助的文物保護研究與修復流程與方法1)計算機虛擬場景漫游輔助的文物遺址現(xiàn)場調查利用文物數(shù)字化圖象與三維結構模型，計算機輔助虛擬漫游系統(tǒng)提供全方位漫游功能，逼真地顯示文物遺址現(xiàn)場環(huán)境，讓文物保護研究人員能面對計算機屏幕身臨其境地對文物現(xiàn)場進行調查與討論。
2)基于計算機圖象處理的病害識別與標注在虛擬現(xiàn)場調查過程中，文物保護研究人員可以選擇任意文物場景，計算機將展示文物所對應的高精度圖象，操作人員在計算機輔助下識別色彩圖象中的病害、繪制病害邊緣與范圍并用預先定義符號標注。進一步可以分類顯示各種病害分布情況，顯示病害統(tǒng)計分析數(shù)據。
3)計算機輔助材料分析取樣位置標記在虛擬現(xiàn)場調查過程中，文物保護研究人員根據計算機屏幕顯示的文物病害程度與分布情況，討論決定材料化學分析取樣點位置。
4)計算機輔助環(huán)境監(jiān)測點位置標記在虛擬現(xiàn)場調查過程中，文物保護研究人員根據計算機屏幕顯示的文物所處環(huán)境與空間位置，討論決定環(huán)境數(shù)據監(jiān)測點位置。
5)計算機輔助記錄、分析、顯示病害標注、材料分析與環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據分別與材料取樣位置、環(huán)境監(jiān)測點位置相聯(lián)系，記錄一系列材料化學測試分析、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據，計算機統(tǒng)計分析后顯示材料與環(huán)境變化情況，提供給保護研究人員們參考決策，以制定具體的保護與修復方案。
6)計算機輔助記錄每次保護修復實施工程的決策性文檔與實施細節(jié)記錄并管理對文物采用的每次保護或修復工程詳細方案材料，以及實施過程中細節(jié)，如施工日期、人員、所用材料等內容。
7)對保護修復結果用數(shù)字相機重新拍攝采用與文物數(shù)字化過程相同的方法和條件，如相同環(huán)境條件與拍攝參數(shù)等，對采取了保護或修復措施的文物進行重新的數(shù)字化拍攝，并轉存入計算機系統(tǒng)。
8)利用計算機保護修復前后效果對照來評價工作效果采用計算機圖象處理方法，對保護修復前后的文物圖象進行比較操作，從而來作為量化的評價工作效果的重要指標。
9)針對每一輪的文物保護或修復工作，可以重復1)～8)步來輔助。
10)保護研究項目總結并形成該項目數(shù)字化多媒體文檔計算機輔助文物保護或修復過程中所產生信息，構成了全面而完整的文物保護修復相關的多媒體信息庫，能夠虛擬重現(xiàn)各階段文物真實面貌，提供了珍貴的文物保護第一手資料，便于進一步的文物保護修復研究與實施。
實施例現(xiàn)以敦煌莫高窟第85窟的壁畫保護研究與修復工作為例，它的步驟如下1)莫高窟第85窟石窟建筑數(shù)據測繪，包括前室、甬道與主室三部分；壁畫的數(shù)字化采用OLYMPUS數(shù)字相機拍攝針對每個墻面的壁畫，相機距墻70CM，每幅照片范圍為橫向50CM與垂直方向37．5CM；使用Adobe Photoshop完成壁畫圖象色彩校正與拼接。
2)采用PC機Window NT環(huán)境下的3D MAX建模軟件建立第85窟完整的數(shù)字化三維結構模型，其中前室壁高5．00米、南北寬8．95米、東西寬3．00米；甬道東西長4．30米、南北寬2．57米、壁畫高3．30米、甬道頂至地面高3．76米；主室東西長10．70米、南北寬9．45米、壁畫高5．40米、地面至窟頂高8．16米。
3)在PC機Window NT環(huán)境下，采用OpenGL圖形軟件包，建立能自由漫游的第85窟真實感虛擬場景；4)通過計算機屏幕對第85窟真實感虛擬場景自由漫游，完成對窟內環(huán)境與壁畫保存現(xiàn)狀的詳細察看，調查后發(fā)現(xiàn)壁畫中存在七種主要病害空鼓、酥堿、起甲、皰疹狀脫落、白霜、泡狀起甲、霉變；根據上述壁畫病害發(fā)生情況，選定壁畫上待分析材料取樣點，如主室東壁下側酥堿起甲處取樣；再根據虛擬石窟環(huán)境情況選定環(huán)境監(jiān)測點，如主室西北角設置環(huán)境監(jiān)測器。
5)在PC機Window NT環(huán)境下，采用Visual C++開發(fā)建立支持莫高窟石窟壁畫文物保護研究與修復計算機輔助系統(tǒng)；6)通過計算機輔助系統(tǒng)，在屏幕顯示的壁畫彩色圖象上識別已發(fā)生的各種病害、勾畫出壁畫輪廓范圍并自動計算出大小，如甬道北披東側出現(xiàn)空鼓約0．27平方米；7)在計算機輔助系統(tǒng)中錄入顏料成分、膠結物成分數(shù)據，剖面、偏光顯微鏡、掃描電鏡、紅外光譜、X衍射等圖片，并在保護研究與修復過程中調閱、分析與顯示；同時，在計算機輔助系統(tǒng)中錄入環(huán)境監(jiān)測器得到的濕度、溫度與光照等數(shù)據，在保護研究與修復過程中調閱統(tǒng)計繪制得到的年、月分布圖；8)實施保護與修復措施后重新數(shù)字化拍攝壁畫彩色圖象，依賴計算機輔助系統(tǒng)與保護修復前的壁畫彩色圖象的比較分析，供對壁畫保護與修復的效果評價參考；9)最終，建立包含壁畫圖象信息、石窟三維結構模型及保護研究與修復過程檔案的第85窟多媒體壁畫保護數(shù)據庫。
權利要求
1．基于信息技術的瀕危遺址文物保護修復輔助方法，其特征在于它的步驟如下1)文物遺址建筑與環(huán)境數(shù)據高精度測繪及數(shù)字化拍攝；2)采用三維建模工具建立文物遺址數(shù)字化三維模型；3)采用圖形開發(fā)軟件包建立能自由漫游的文物遺址真實感虛擬場景；4)基于文物遺址虛擬場景的文物現(xiàn)狀調查、確定文物材料分析取樣與環(huán)境監(jiān)測點的具體位置；5)采用軟件開發(fā)工具建立支持文物保護修復計算機輔助系統(tǒng)；6)計算機輔助文物遺址病害識別、標注及統(tǒng)計分析；7)計算機輔助文物材料測試分析數(shù)據錄入、查詢與分析顯示；計算機輔助文物環(huán)境監(jiān)測數(shù)據錄入、查詢與分析顯示；8)保護修復后文物遺址的重新數(shù)字化拍攝，計算機輔助評價文物保護與修復效果；9)建立包含文物圖象、三維結構模型及保護研究與修復檔案的多媒體文物保護數(shù)據庫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于信息技術的瀕危遺址文物保護修復輔助方法,它的步驟如下:1)文物遺址建筑數(shù)據測繪及數(shù)字化拍攝;2)采用三維建模工具建立文物遺址數(shù)字化三維模型;3)采用圖形開發(fā)軟件包,建立自由漫游真實感文物遺址場景;4)采用軟件開發(fā)工具建立支持文物遺址保護修復計算機輔助系統(tǒng)等。本發(fā)明的優(yōu)點:改善工作環(huán)境;跨越時空限制;提高效率;改善效果;縮斷周期;節(jié)省經費;便于合作討論;積累多媒體保護文檔等。
文檔編號G06F17/30GK1282040SQ0012215
公開日2001年1月31日 申請日期2000年7月22日 優(yōu)先權日2000年7月22日
發(fā)明者潘云鶴, 魯東明 申請人:浙江大學