借助三維掃描、虛擬現實(shí)等技術(shù)實(shí)現圓明園數字化復原

　　幀幀光影，重現“萬(wàn)園之園”

　　本報記者 施 芳

　　核心閱讀

　　1萬(wàn)余件歷史檔案，4000幅復原設計圖紙，2000座數字建筑模型……10余年來(lái)，圓明園持續開(kāi)展數字化復原工程，通過(guò)采集文物數字信息、打造線(xiàn)上虛擬展覽、開(kāi)發(fā)互動(dòng)體驗的文旅項目等方式，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處景區已完成數字化復原，約2/3的景區實(shí)現精準數字復原。跨越百年時(shí)光，“萬(wàn)園之園”在虛擬中重現。

　　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(zhù)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(wàn)園之園”只余斷壁殘垣。

　　是保留原貌還是恢復重建？數字化給出了一種答案。“圓明園是重要的歷史見(jiàn)證地。我們可以通過(guò)數字化手段，虛擬復原它的壯美景象，也使遺址所蘊含的歷史文化信息得到更好的記錄、保存，推動(dòng)相關(guān)研究的開(kāi)展。”北京市海淀區圓明園管理處主任邱文忠說(shuō)。

　　數字存檔

　　采集海量數據資源，實(shí)現高精度永久留存

　　6月11日，圓明園虛擬仿真田野考古系統上線(xiàn)。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，參與舍衛城南城門(mén)考古遺址、澹泊寧靜一期考古遺址3D虛擬體驗。“系統將真實(shí)性與趣味性相結合，吸引青少年來(lái)體驗考古過(guò)程。”北京大學(xué)考古文博學(xué)院副院長(cháng)張劍葳介紹，系統未來(lái)計劃將虛擬考古與實(shí)景模擬發(fā)掘相結合，用于公眾考古教學(xué)。

　　圓明園考古始于上世紀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(cháng)春園宮門(mén)、正覺(jué)寺、遠瀛觀(guān)等10余處遺址的發(fā)掘，明確了遺跡的保存狀況、規模及其形制、規格等。

　　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拍照很難將文物的細節與色彩完整保存下來(lái)。利用三維掃描，則可以留下高精度的永久數字化檔案，進(jìn)而完成文物虛擬修復。“數字化存檔可以通過(guò)信息比對，對文物進(jìn)行長(cháng)期監測，發(fā)現病害發(fā)展趨勢，從而更好地實(shí)現預防性保護，同時(shí)為數字化復原提供支撐。”張劍葳說(shuō)。

　　“文物也有生命周期，尤其裸露在戶(hù)外的石刻文物，遭受風(fēng)吹日曬，很容易受損。”圓明園管理處相關(guān)負責人說(shuō)。近年來(lái)，圓明園聯(lián)合北京大學(xué)考古文博學(xué)院開(kāi)啟石刻文物數字化存檔工作，以三維掃描、攝影測量和全景攝影等技術(shù)手段，完成西洋樓遺址區內大水法、觀(guān)水法、遠瀛觀(guān)、海晏堂以及北大燕園內流散石刻文物的數據采集，采集的數字資源數據量達2TB（太字節）。

　　此外，圓明園持續對修復文物、庫藏文物、回歸文物進(jìn)行數字化掃描，數據進(jìn)入圓明園文物數據庫和紋樣庫，公眾足不出戶(hù)就可以“云觀(guān)展”。目前，包括瓷器、玉器、銅器以及石刻等在內的118件數字化文物已在圓明園官方微信公眾號上展出。

　　全景復原

　　從建筑形制到樹(shù)木品種，10多道程序確保精準

　　行走在圓明園里，面對一處處廢墟，一個(gè)個(gè)問(wèn)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(zhù)數字化復原的推進(jìn)，這些問(wèn)題得到了解答。

　　2009年，圓明園啟動(dòng)數字化復原工程，80多名參與復原的研究人員來(lái)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(shù)的品種，乃至一塊匾的名稱(chēng)、字體、顏色，一景一物如何精準再現，皆是考驗。

　　復原工作始終堅持科學(xué)性、真實(shí)性原則，每復原一個(gè)景區都有基礎研究、復原設計、場(chǎng)景制作、維護更新4個(gè)步驟，共10多道程序，包括遺址信息精確采集、文獻資料精細研讀、樣式房建造技術(shù)分析、殘損構件虛擬拼接等。

　　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)團隊深入挖掘史料，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(kāi)展研究。“在堆積如山、未經(jīng)梳理的原始史料中仔細爬梳，尋找線(xiàn)索，才能構建出一個(gè)完整的建筑，進(jìn)而再還原合宜的周邊環(huán)境和內部陳設。”項目負責人之一、北京清城睿現數字科技研究院院長(cháng)賀艷說(shuō)。

　　據介紹，一般建筑單體的三維模型包含3000至2萬(wàn)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(wàn)至15萬(wàn)個(gè)面。3D復原模型不僅包含了遺址、建筑，還包含花木、假山等。

　　1萬(wàn)余件歷史檔案，4000幅復原設計圖紙，2000座數字建筑模型，67個(gè)景區的195個(gè)時(shí)空單元……迄今為止，全園108處景區已完成數字化復原，其中約2/3的景區實(shí)現了精準數字復原，一些建筑復原精準率達到95%。

　　跨越300多年時(shí)光，“萬(wàn)園之園”在虛擬中重現。2016年，圓明園數字化復原項目通過(guò)科技部驗收，獲得高度評價(jià)——“為解決我國多達33萬(wàn)處古遺址、古墓葬類(lèi)遺產(chǎn)的展示與利用，開(kāi)辟了一條全新的途徑”。如今，數字化復原成果已應用于圓明園移動(dòng)導覽系統，包括圓明、長(cháng)春、綺春三園全部景區，共629項信息、520張景區復原圖和19段復原視頻。

　　“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(huì )‘萬(wàn)園之園’的不朽魅力。”賀艷說(shuō)，“隨著(zhù)研究的深入，數字化復原還將不斷完善。”

　　交互體驗

　　落地多種應用場(chǎng)景，讓歷史可觸可感

　　漫步圓明園銀杏大道上的拾光買(mǎi)賣(mài)街，步入“御園鶯歌”光影互動(dòng)空間，蟲(chóng)鳥(niǎo)窸窣、樹(shù)影婆娑、琉璃錯落。用手輕輕觸碰墻上的動(dòng)態(tài)光點(diǎn)，荷花綻開(kāi)、仙鶴展翅。坐在西洋幻境·拾光咖啡廳，腳下是青花八寶萬(wàn)福如意地磚，抬頭可以欣賞古代名畫(huà)。“真是大開(kāi)眼界，原來(lái)圓明園這么美！”游客張鈺坤連聲稱(chēng)贊，興奮地拍照發(fā)到朋友圈。

　　數字+文旅，會(huì )迸發(fā)出怎樣的火花？2013年，圓明園和清華大學(xué)共同承擔了國家科技支撐計劃“重現輝煌——數字圓明園研究及文化旅游應用示范”項目，組織建筑、歷史、計算機、文保、考古、測繪等學(xué)科的專(zhuān)家，開(kāi)始探索數字化文旅服務(wù)產(chǎn)品轉化路徑。2021年，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“大遺址文化內涵敘事化展示與交互技術(shù)研發(fā)項目”將圓明園選為首個(gè)應用示范園區。

　　借助虛擬現實(shí)、增強現實(shí)、混合現實(shí)、感映現實(shí)以及交互現實(shí)游戲，數字化復原成果在更多的應用場(chǎng)景落地，幫助人們走進(jìn)歷史深處，感受中華文化的脈動(dòng)。

　　光影圓明園還通過(guò)豐富多彩的展覽，來(lái)到了更多人身邊。2016年起，5個(gè)空間體驗展先后在中國園林博物館亮相，觀(guān)眾超40萬(wàn)人次；鄭州園博園舉辦的數字感映展中，海晏堂數字重生全過(guò)程呈現于高7米的弧幕上；2020年7月，《重返·萬(wàn)園之園》數字交互展在北京首鋼園舉辦，觀(guān)眾寫(xiě)下上萬(wàn)條留言：“歷史與科技讓人敬畏”“國家只有更強大，歷史文化才能得到更好保護”；即將推出的移動(dòng)式體驗項目“夢(mèng)回圓明園”和數字膠囊影院，打開(kāi)更多想象空間……

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

　　[ 責編：叢芳瑤]