借助三維掃描、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)圓明園數(shù)字化復(fù)原

　　幀幀光影，重現(xiàn)“萬園之園”

　　本報(bào)記者 施 芳

　　核心閱讀

　　1萬余件歷史檔案，4000幅復(fù)原設(shè)計(jì)圖紙，2000座數(shù)字建筑模型……10余年來，圓明園持續(xù)開展數(shù)字化復(fù)原工程，通過采集文物數(shù)字信息、打造線上虛擬展覽、開發(fā)互動體驗(yàn)的文旅項(xiàng)目等方式，讓人們穿越時(shí)空，感受歷史文化遺產(chǎn)的光彩。如今，全園108處景區(qū)已完成數(shù)字化復(fù)原，約2/3的景區(qū)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)數(shù)字復(fù)原?？缭桨倌陼r(shí)光，“萬園之園”在虛擬中重現(xiàn)。

　　上下天光、夾鏡鳴琴、坐石臨流、茹古涵今……一個(gè)個(gè)意味雋永的名字，承載著圓明園的昔日盛景。

　　然而，160多年前遭遇破壞，大量文物珍寶流失海外，“萬園之園”只余斷壁殘?jiān)?/p>

　　是保留原貌還是恢復(fù)重建？數(shù)字化給出了一種答案。“圓明園是重要的歷史見證地。我們可以通過數(shù)字化手段，虛擬復(fù)原它的壯美景象，也使遺址所蘊(yùn)含的歷史文化信息得到更好的記錄、保存，推動相關(guān)研究的開展?！北本┦泻５韰^(qū)圓明園管理處主任邱文忠說。

　　數(shù)字存檔

　　采集海量數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)高精度永久留存

　　6月11日，圓明園虛擬仿真田野考古系統(tǒng)上線。人們在平臺上既可以了解圓明園的歷史文化，還可以利用實(shí)景三維模型、全景漫游等方式，參與舍衛(wèi)城南城門考古遺址、澹泊寧靜一期考古遺址3D虛擬體驗(yàn)。“系統(tǒng)將真實(shí)性與趣味性相結(jié)合，吸引青少年來體驗(yàn)考古過程。”北京大學(xué)考古文博學(xué)院副院長張劍葳介紹，系統(tǒng)未來計(jì)劃將虛擬考古與實(shí)景模擬發(fā)掘相結(jié)合，用于公眾考古教學(xué)。

　　圓明園考古始于上世紀(jì)90年代，北京市文物研究所、北京大學(xué)考古文博學(xué)院等單位先后完成藻園、含經(jīng)堂、長春園宮門、正覺寺、遠(yuǎn)瀛觀等10余處遺址的發(fā)掘，明確了遺跡的保存狀況、規(guī)模及其形制、規(guī)格等。

　　考古發(fā)掘中，文物信息的采集和記錄是重要一環(huán)。然而，一般的平面掃描或相機(jī)拍照很難將文物的細(xì)節(jié)與色彩完整保存下來。利用三維掃描，則可以留下高精度的永久數(shù)字化檔案，進(jìn)而完成文物虛擬修復(fù)。“數(shù)字化存檔可以通過信息比對，對文物進(jìn)行長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)病害發(fā)展趨勢，從而更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)防性保護(hù)，同時(shí)為數(shù)字化復(fù)原提供支撐?！睆垊谡f。

　　“文物也有生命周期，尤其裸露在戶外的石刻文物，遭受風(fēng)吹日曬，很容易受損?！眻A明園管理處相關(guān)負(fù)責(zé)人說。近年來，圓明園聯(lián)合北京大學(xué)考古文博學(xué)院開啟石刻文物數(shù)字化存檔工作，以三維掃描、攝影測量和全景攝影等技術(shù)手段，完成西洋樓遺址區(qū)內(nèi)大水法、觀水法、遠(yuǎn)瀛觀、海晏堂以及北大燕園內(nèi)流散石刻文物的數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)字資源數(shù)據(jù)量達(dá)2TB（太字節(jié)）。

　　此外，圓明園持續(xù)對修復(fù)文物、庫藏文物、回歸文物進(jìn)行數(shù)字化掃描，數(shù)據(jù)進(jìn)入圓明園文物數(shù)據(jù)庫和紋樣庫，公眾足不出戶就可以“云觀展”。目前，包括瓷器、玉器、銅器以及石刻等在內(nèi)的118件數(shù)字化文物已在圓明園官方微信公眾號上展出。

　　全景復(fù)原

　　從建筑形制到樹木品種，10多道程序確保精準(zhǔn)

　　行走在圓明園里，面對一處處廢墟，一個(gè)個(gè)問題縈繞在人們心頭：乾隆欽點(diǎn)的圓明園四十景在何處？它們原先是什么模樣？隨著數(shù)字化復(fù)原的推進(jìn)，這些問題得到了解答。

　　2009年，圓明園啟動數(shù)字化復(fù)原工程，80多名參與復(fù)原的研究人員來自圓明園、清華大學(xué)、北京市古代建筑研究所、北京市文物研究所、故宮博物院、承德避暑山莊等50多家單位。

　　圓明園自1707年始建到1860年被毀，150余年間改擴(kuò)建頻繁，許多建筑都是中國乃至世界建筑史上的孤例。大到一座建筑的形制，小到一座山的高低、一池水的寬窄、一棵樹的品種，乃至一塊匾的名稱、字體、顏色，一景一物如何精準(zhǔn)再現(xiàn)，皆是考驗(yàn)。

　　復(fù)原工作始終堅(jiān)持科學(xué)性、真實(shí)性原則，每復(fù)原一個(gè)景區(qū)都有基礎(chǔ)研究、復(fù)原設(shè)計(jì)、場景制作、維護(hù)更新4個(gè)步驟，共10多道程序，包括遺址信息精確采集、文獻(xiàn)資料精細(xì)研讀、樣式房建造技術(shù)分析、殘損構(gòu)件虛擬拼接等。

　　除了實(shí)地勘察測繪，清華大學(xué)建筑學(xué)院教授郭黛姮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深入挖掘史料，對照樣式房遺存圖紙、《圓明園四十景圖》、《圓明園匠作則例》等檔案資料開展研究?！霸诙逊e如山、未經(jīng)梳理的原始史料中仔細(xì)爬梳，尋找線索，才能構(gòu)建出一個(gè)完整的建筑，進(jìn)而再還原合宜的周邊環(huán)境和內(nèi)部陳設(shè)。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、北京清城睿現(xiàn)數(shù)字科技研究院院長賀艷說。

　　據(jù)介紹，一般建筑單體的三維模型包含3000至2萬個(gè)面，已足夠精致，然而，圓明園每個(gè)建筑單體的三維模型則要求包含2萬至15萬個(gè)面。3D復(fù)原模型不僅包含了遺址、建筑，還包含花木、假山等。

　　1萬余件歷史檔案，4000幅復(fù)原設(shè)計(jì)圖紙，2000座數(shù)字建筑模型，67個(gè)景區(qū)的195個(gè)時(shí)空單元……迄今為止，全園108處景區(qū)已完成數(shù)字化復(fù)原，其中約2/3的景區(qū)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)數(shù)字復(fù)原，一些建筑復(fù)原精準(zhǔn)率達(dá)到95%。

　　跨越300多年時(shí)光，“萬園之園”在虛擬中重現(xiàn)。2016年，圓明園數(shù)字化復(fù)原項(xiàng)目通過科技部驗(yàn)收，獲得高度評價(jià)——“為解決我國多達(dá)33萬處古遺址、古墓葬類遺產(chǎn)的展示與利用，開辟了一條全新的途徑”。如今，數(shù)字化復(fù)原成果已應(yīng)用于圓明園移動導(dǎo)覽系統(tǒng)，包括圓明、長春、綺春三園全部景區(qū)，共629項(xiàng)信息、520張景區(qū)復(fù)原圖和19段復(fù)原視頻。

　　“基于有證可查的一磚一瓦進(jìn)行虛擬搭建，今人才可以切身體會‘萬園之園’的不朽魅力?！辟R艷說，“隨著研究的深入，數(shù)字化復(fù)原還將不斷完善?！?/p>

　　交互體驗(yàn)

　　落地多種應(yīng)用場景，讓歷史可觸可感

　　漫步圓明園銀杏大道上的拾光買賣街，步入“御園鶯歌”光影互動空間，蟲鳥窸窣、樹影婆娑、琉璃錯落。用手輕輕觸碰墻上的動態(tài)光點(diǎn)，荷花綻開、仙鶴展翅。坐在西洋幻境·拾光咖啡廳，腳下是青花八寶萬福如意地磚，抬頭可以欣賞古代名畫?！罢媸谴箝_眼界，原來圓明園這么美！”游客張鈺坤連聲稱贊，興奮地拍照發(fā)到朋友圈。

　　數(shù)字+文旅，會迸發(fā)出怎樣的火花？2013年，圓明園和清華大學(xué)共同承擔(dān)了國家科技支撐計(jì)劃“重現(xiàn)輝煌——數(shù)字圓明園研究及文化旅游應(yīng)用示范”項(xiàng)目，組織建筑、歷史、計(jì)算機(jī)、文保、考古、測繪等學(xué)科的專家，開始探索數(shù)字化文旅服務(wù)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化路徑。2021年，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“大遺址文化內(nèi)涵敘事化展示與交互技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目”將圓明園選為首個(gè)應(yīng)用示范園區(qū)。

　　借助虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、感映現(xiàn)實(shí)以及交互現(xiàn)實(shí)游戲，數(shù)字化復(fù)原成果在更多的應(yīng)用場景落地，幫助人們走進(jìn)歷史深處，感受中華文化的脈動。

　　光影圓明園還通過豐富多彩的展覽，來到了更多人身邊。2016年起，5個(gè)空間體驗(yàn)展先后在中國園林博物館亮相，觀眾超40萬人次；鄭州園博園舉辦的數(shù)字感映展中，海晏堂數(shù)字重生全過程呈現(xiàn)于高7米的弧幕上；2020年7月，《重返·萬園之園》數(shù)字交互展在北京首鋼園舉辦，觀眾寫下上萬條留言：“歷史與科技讓人敬畏”“國家只有更強(qiáng)大，歷史文化才能得到更好保護(hù)”；即將推出的移動式體驗(yàn)項(xiàng)目“夢回圓明園”和數(shù)字膠囊影院，打開更多想象空間……

　　“隨著技術(shù)的迭代更新，未來圓明園將以更多更好的方式呈現(xiàn)在公眾面前，讓人們充分感受文化遺產(chǎn)的風(fēng)采。”邱文忠介紹，“通過文化科技融合的方式，為游客帶來新鮮生動的感官體驗(yàn)、酣暢淋漓的文化享受。”

　　[ 責(zé)編：叢芳瑤]