基于信息技术的濒危遗址文物保护修复辅助方法

专利名称：基于信息技术的濒危遗址文物保护修复辅助方法
技术领域：
本发明涉及一种基于信息技术的濒危遗址文物保护修复辅助方法。
濒危文物保护修复需要经历如

图1所示的多个基本阶段濒危文物遗址现场调查；濒危文物病害区域识别与标注；濒危文物材料成份测试分析；濒危文物环境条件监测；濒危文物保护修复及效果评价；建立文物保护与修复档案等。
1)濒危文物遗址现场调查保护研究人员测量并绘制濒危文物遗址现场的图纸；拍摄文物及现场的照片；根据现场观测并对照图纸与照片，制定病害区域标注、材料分析测试与环境监测等工作实施的指导性方案。
2)文物病害区域识别与标注保护研究人员亲临濒危文物遗址现场，在测绘图纸基础上，凭目测与经验判断来标注病害发生的位置区域以及病害类别，如变褪色、酥碱、龟裂、起甲等；并手工完成病害的统计分析工作。
3)文物材料成份测试分析保护研究人员亲临濒危文物遗址现场，对代表性文物发病点的材料进行采样，完成各种化学分析，以研究确定文物发病的内部机理(内因)。
4)文物环境条件监测保护人员亲临濒危文物现场，确定典型环境条件监测点，安装并定时收集气温、湿度、光照等外界条件数据，以研究确定诱发文物发病的外部因素(外因)。
5)文物保护修复实施保护修复人员指定详细的保护与修复方案，并在现场进行实施作业。
6)文物保护修复评价保护修复专家亲临濒危文物遗址现场，对文物所采取的保护措施与修复的手段与结果进行评价。最终完成文物保护修复工程总结报告，建立文物保护研究与修复档案。
传统保护修复方法的缺点1)工作量大；2)时间长；3)耗资大；4)保护人为因素大；5)效果评价困难。
本发明的目的是提供一种改善工作环境，跨越时空限制的基于信息化技术的濒危遗址文物保护修复辅助方法。
为了达到上述目的本发明采取下列措施基于信息技术的濒危遗址文物保护修复辅助方法，它的步骤如下1)文物遗址建筑与环境数据高精度测绘及数字化拍摄；2)采用三维建模工具建立文物遗址数字化三维模型；
3)采用图形开发软件包建立能自由漫游的文物遗址真实感虚拟场景；4)基于文物遗址虚拟场景的文物现状调查、确定文物材料分析取样与环境监测点的具体位置；5)采用软件开发工具建立支持文物保护修复计算机辅助系统；6)计算机辅助文物遗址病害识别、标注及统计分析；7)计算机辅助文物材料测试分析数据录入、查询与分析显示；计算机辅助文物环境监测数据录入、查询与分析显示；8)保护修复后文物遗址的重新数字化拍摄，计算机辅助评价文物保护与修复效果；9)建立包含文物图象、三维结构模型及保护研究与修复档案的多媒体文物保护数据库。
本发明的优点是创造了一种以文物信息化为基础，虚拟漫游与图象处理技术为核心的计算机辅助的文物保护研究与修复方法，是传统保护研究修复方法的补充，提供了新的手段。本方法专利的应用，能为文物保护研究修复工作直接带来如下等方面的优势1)改善工作环境；2)跨越时空限制；3)提高效率；4)改善效果；5)缩断周期；6)节省经费；7)便于合作讨论；8)积累多媒体保护文档等。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图1是濒危遗址文物保护与修复流程图；图2是计算机辅助文物保护修复流程图。
信息技术对濒危文物保护修复的支持1)数字化摄影技术专业型数字相机拍摄的文物彩色图象照片已到达210万以上像素点，色彩具有足够的保真度，能满足文物保护研究鉴赏需要。
2)三维建模技术商品化的建模软件，如3D MAX等，能根据文物遗址现场测绘数据，建立数字化三维模型，精度满足文物保护研究鉴赏需要。
3)虚拟漫游技术商品化的虚拟漫游开发软件包如OpenGL软件等，能利用文物遗址现场模型与现场照片图象方便地开发出支持全方位漫游系统，辅助面向文物保护研究的虚拟现场调查。
4)图象处理技术商品化的图象处理开发软件包，能根据图象色彩、纹理与形状，在文物图象上分割出病害区域并进行标注，辅助对保护研究文物的现场标注；同时与虚拟漫游技术相结合，确定需进行材料测试分析的取样点与环境监测点并在数字图象上进行标记。
5)数据管理技术商品化的数据库管理系统，如SQL Server，能组织管理文物保护研究过程中所产生数据；病害数据、材料分析数据、环境监测数据等。
6)数据分析与可视化技术商品化的软件开发工具，如Visual C++，能将文物保护研究成熟分析方法程序化，并将结果以图表等直观形式显示。
综合应用上述信息技术，就能实现基于信息技术的濒危文物保护研究辅助方法，针对不同类型的濒危文物，构建实用的濒危文物保护研究计算机辅助系统，克服传统方法的一系列缺点，产生巨大的经济效益。
基于信息技术的濒危文物保护研究辅助方法，它的步骤如下1、濒危文物及遗址的数字化1)文物照片信息数字化获取利用数码相机近距离拍摄文物，并记录拍摄的环境条件与摄影参数，使该过程可以重复。具体涉及拍摄条件与参数的确定；拍摄过程及方法的记录；文物图象后处理等。
2)文物数字化精确建模根据文物实地场景绘数据，利用三维建模软件，建立足够精细的文物数字化三维模型。
2、计算机辅助系统开发平台选择1)以SGI IRIX操作系统或MS Window操作系统等为基本的运行与开发平台；2)采用OpenGL、Performer等图形学软件包开发能自由漫游的真实感虚拟文物遗址场景；3)采用SQL Server数据库等来存贮管理保护过程中形成的各种信息与数据；4)采用Visual C++等为基本开发工具来实现文物保护研究与修复计算机辅助系统，具备数据分析、图象处理、图形绘制等功能。
3、如图2所示计算机系统辅助的文物保护研究与修复流程与方法1)计算机虚拟场景漫游辅助的文物遗址现场调查利用文物数字化图象与三维结构模型，计算机辅助虚拟漫游系统提供全方位漫游功能，逼真地显示文物遗址现场环境，让文物保护研究人员能面对计算机屏幕身临其境地对文物现场进行调查与讨论。
2)基于计算机图象处理的病害识别与标注在虚拟现场调查过程中，文物保护研究人员可以选择任意文物场景，计算机将展示文物所对应的高精度图象，操作人员在计算机辅助下识别色彩图象中的病害、绘制病害边缘与范围并用预先定义符号标注。进一步可以分类显示各种病害分布情况，显示病害统计分析数据。
3)计算机辅助材料分析取样位置标记在虚拟现场调查过程中，文物保护研究人员根据计算机屏幕显示的文物病害程度与分布情况，讨论决定材料化学分析取样点位置。
4)计算机辅助环境监测点位置标记在虚拟现场调查过程中，文物保护研究人员根据计算机屏幕显示的文物所处环境与空间位置，讨论决定环境数据监测点位置。
5)计算机辅助记录、分析、显示病害标注、材料分析与环境监测的数据分别与材料取样位置、环境监测点位置相联系，记录一系列材料化学测试分析、环境监测数据，计算机统计分析后显示材料与环境变化情况，提供给保护研究人员们参考决策，以制定具体的保护与修复方案。
6)计算机辅助记录每次保护修复实施工程的决策性文档与实施细节记录并管理对文物采用的每次保护或修复工程详细方案材料，以及实施过程中细节，如施工日期、人员、所用材料等内容。
7)对保护修复结果用数字相机重新拍摄采用与文物数字化过程相同的方法和条件，如相同环境条件与拍摄参数等，对采取了保护或修复措施的文物进行重新的数字化拍摄，并转存入计算机系统。
8)利用计算机保护修复前后效果对照来评价工作效果采用计算机图象处理方法，对保护修复前后的文物图象进行比较操作，从而来作为量化的评价工作效果的重要指标。
9)针对每一轮的文物保护或修复工作，可以重复1)～8)步来辅助。
10)保护研究项目总结并形成该项目数字化多媒体文档计算机辅助文物保护或修复过程中所产生信息，构成了全面而完整的文物保护修复相关的多媒体信息库，能够虚拟重现各阶段文物真实面貌，提供了珍贵的文物保护第一手资料，便于进一步的文物保护修复研究与实施。
实施例现以敦煌莫高窟第85窟的壁画保护研究与修复工作为例，它的步骤如下1)莫高窟第85窟石窟建筑数据测绘，包括前室、甬道与主室三部分；壁画的数字化采用OLYMPUS数字相机拍摄针对每个墙面的壁画，相机距墙70CM，每幅照片范围为横向50CM与垂直方向37．5CM；使用Adobe Photoshop完成壁画图象色彩校正与拼接。
2)采用PC机Window NT环境下的3D MAX建模软件建立第85窟完整的数字化三维结构模型，其中前室壁高5．00米、南北宽8．95米、东西宽3．00米；甬道东西长4．30米、南北宽2．57米、壁画高3．30米、甬道顶至地面高3．76米；主室东西长10．70米、南北宽9．45米、壁画高5．40米、地面至窟顶高8．16米。
3)在PC机Window NT环境下，采用OpenGL图形软件包，建立能自由漫游的第85窟真实感虚拟场景；4)通过计算机屏幕对第85窟真实感虚拟场景自由漫游，完成对窟内环境与壁画保存现状的详细察看，调查后发现壁画中存在七种主要病害空鼓、酥碱、起甲、疱疹状脱落、白霜、泡状起甲、霉变；根据上述壁画病害发生情况，选定壁画上待分析材料取样点，如主室东壁下侧酥碱起甲处取样；再根据虚拟石窟环境情况选定环境监测点，如主室西北角设置环境监测器。
5)在PC机Window NT环境下，采用Visual C++开发建立支持莫高窟石窟壁画文物保护研究与修复计算机辅助系统；6)通过计算机辅助系统，在屏幕显示的壁画彩色图象上识别已发生的各种病害、勾画出壁画轮廓范围并自动计算出大小，如甬道北披东侧出现空鼓约0．27平方米；7)在计算机辅助系统中录入颜料成分、胶结物成分数据，剖面、偏光显微镜、扫描电镜、红外光谱、X衍射等图片，并在保护研究与修复过程中调阅、分析与显示；同时，在计算机辅助系统中录入环境监测器得到的湿度、温度与光照等数据，在保护研究与修复过程中调阅统计绘制得到的年、月分布图；8)实施保护与修复措施后重新数字化拍摄壁画彩色图象，依赖计算机辅助系统与保护修复前的壁画彩色图象的比较分析，供对壁画保护与修复的效果评价参考；9)最终，建立包含壁画图象信息、石窟三维结构模型及保护研究与修复过程档案的第85窟多媒体壁画保护数据库。
权利要求
1．基于信息技术的濒危遗址文物保护修复辅助方法，其特征在于它的步骤如下1)文物遗址建筑与环境数据高精度测绘及数字化拍摄；2)采用三维建模工具建立文物遗址数字化三维模型；3)采用图形开发软件包建立能自由漫游的文物遗址真实感虚拟场景；4)基于文物遗址虚拟场景的文物现状调查、确定文物材料分析取样与环境监测点的具体位置；5)采用软件开发工具建立支持文物保护修复计算机辅助系统；6)计算机辅助文物遗址病害识别、标注及统计分析；7)计算机辅助文物材料测试分析数据录入、查询与分析显示；计算机辅助文物环境监测数据录入、查询与分析显示；8)保护修复后文物遗址的重新数字化拍摄，计算机辅助评价文物保护与修复效果；9)建立包含文物图象、三维结构模型及保护研究与修复档案的多媒体文物保护数据库。
全文摘要
本发明公开了一种基于信息技术的濒危遗址文物保护修复辅助方法,它的步骤如下:1)文物遗址建筑数据测绘及数字化拍摄;2)采用三维建模工具建立文物遗址数字化三维模型;3)采用图形开发软件包,建立自由漫游真实感文物遗址场景;4)采用软件开发工具建立支持文物遗址保护修复计算机辅助系统等。本发明的优点:改善工作环境;跨越时空限制;提高效率;改善效果;缩断周期;节省经费;便于合作讨论;积累多媒体保护文档等。
文档编号G06F17/30GK1282040SQ0012215
公开日2001年1月31日 申请日期2000年7月22日 优先权日2000年7月22日
发明者潘云鹤, 鲁东明 申请人:浙江大学