東南網2月25日報道(福建日報記者 趙文娟 實習生 葉曉諾)
千年古塔的數(shù)字之“身”
福州普光塔，位于連江縣東岱鎮(zhèn)云居山之巔，建于元至正十年(1350年)。在福建，元代所建的塔少之又少，明確記載有建筑年代、建造者和出資者的，更是極為罕見。1961年，普光塔被列為縣級文物保護單位，1996年又被列為省級文物保護單位。
如今，這座千年古塔僅剩2層，存在表面風化、構件缺失、生物附生、塔身傾斜等問題。
“我們需要為它搭建三維模型，作為病害診斷和數(shù)字復原的基礎。”福州大學建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院教授張遠翼說。
清晨第一縷陽光剛剛灑下，普光塔下，張遠翼和學生已架設好一臺立式三維激光掃描儀，開始對普光塔的每一處細節(jié)進行數(shù)據(jù)采集和刻畫。
約一人高的掃描儀不停地發(fā)出嗡鳴，激光掃描頭、四個魚眼相機、光感相機等部件就集成在這個比書包還小一半的四方塊上。
“原本，我們測繪一處建筑，要挨著墻面架梯子爬上爬下，這可能破壞文物，測繪精度也有限，有時會有5厘米之差，而且獲得的是平面測繪圖�，F(xiàn)在，使用三維激光掃描儀，它以每秒50萬點的速率快速掃描，能精準獲取物體表面的三維空間坐標、色彩和紋理信息，進行逼真的三維記錄，精度在2毫米左右�！睆堖h翼說。
這一技術主要采用激光測距原理。對于每個點，掃描儀的激光器發(fā)射脈沖信號，脈沖信號到達物體表面，反射回到掃描儀，可以計算出脈沖信號的飛行時間。由于光速是已知值，因此可以計算出物體表面到三維激光掃描儀的距離。
根據(jù)普光塔平面八角的形制特征，團隊在平面各角點處布設8個測點。前后兩個測點的重疊率達到30%以上，以實現(xiàn)“點云數(shù)據(jù)”的無縫拼接。
普光塔的四壁佛龕內分別雕刻著身著元代風格服飾的武士，第一層四扇石門上的匾額分別鐫刻著“寂照”“光明”“無礙”“融圓”字樣。這些建筑表面的細節(jié)數(shù)據(jù)和塔內的建筑數(shù)據(jù)則采用近景攝影測量結合局部精細掃描獲取。
一邊是地面三維激光掃描儀正在以每秒50萬點的速率采集高精度“點云數(shù)據(jù)”，一邊是無人機在高空盤旋進行多角度航拍，二者配合生成毫米級精度的實景三維模型，就像動態(tài)的電子沙盤。
約一小時，測繪完成。張遠翼和學生匆匆返回辦公室，開始數(shù)據(jù)的后期處理、分析和建設。將三維激光掃描儀、相機、無人機得到的數(shù)據(jù)導入到專業(yè)處理的軟件內運算。經過5天的數(shù)據(jù)處理，最終生成普光塔的三維數(shù)字模型�！叭绻脗鹘y(tǒng)做法采集，需要一個月�！睆堖h翼說。
自此，一份為普光塔量身定制的數(shù)字檔案完成，內容包括：由三維模型和傾斜攝影模型組成的建筑信息模型檔案(BIM檔案)、修繕工程檔案、文物“四有”檔案(保護范圍、標志說明、記錄檔案和專門的管理機構)等。這些檔案將被統(tǒng)一存儲到古塔數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)保護提供數(shù)據(jù)基礎。
“傳統(tǒng)的文物測繪檔案像是一張張‘啞巴照片’，只能告訴你大概的尺寸和形狀，但具體信息很難直觀呈現(xiàn)出來。建筑信息模型(BIM)技術就不一樣，像是一個‘話癆管家’，把建筑的每個細節(jié)都記錄得清清楚楚，而且可以隨時切換視角，讓你從任何角度觀察這座建筑�！睆堖h翼說。
一場“文化基因記錄工程”正在八閩大地悄然推進。激光掃描儀以毫米級精度為鼓浪嶼萬國建筑、福州三坊七巷、漳州古城、泉州開元寺、福建土樓等不可移動文物留底。我省各博物館的“保鮮工程”也同步開展，對館藏珍品開展三維解剖式掃描，為文物修復和展覽提供高精度立體數(shù)字原型。
從不可移動遺產的全息存檔，到館藏文物的數(shù)字孿生，福建正漸漸構建起縱橫古今的文化遺產神經網絡。
為文物修復提供“毫米級”參考
數(shù)字化檔案為文化遺產保護筑牢根基，那么，這些檔案如何具體應用呢？
在實踐層面，我省已有技術路徑較為成熟的修復案例。
李耕作為20世紀中國古典人物畫代表性大師，其作品不僅是福建重要的文化遺產，更被美術界譽為“近代中國人物畫藝術的一座高峰”。在其故里莆田仙游境內，李耕壁畫真跡僅存寥寥幾處。這些創(chuàng)作于20世紀上半葉的藝術瑰寶，普遍遭受了褪色、顏料層剝落、地仗層空鼓以及微生物侵蝕等多重病害的侵襲。
為保護這一珍貴文化遺產，福建省文物保護中心于2024年正式啟動“李耕壁畫數(shù)字化保護項目”。項目團隊通過多重數(shù)字化技術手段來記錄和保存珍貴的壁畫信息：運用近景攝影測量技術進行高精度采集(單幅壁畫平均拍攝190張圖像，相鄰圖像重合率約70%)，最終生成毫米級精度的壁畫二維影像；運用三維激光掃描技術，構建了壁畫本體及其所處環(huán)境(即壁畫的物理賦存環(huán)境)的實景三維模型；運用高光譜成像技術，嘗試解析壁畫中隱藏的線條和色彩信息。經過專業(yè)圖像處理，最終為壁畫建立高精度數(shù)字檔案。
“數(shù)字化技術為壁畫病害勘察和壁畫修復提供了新的解決方案�！备＝ㄊ∥奈锉Ｗo中心數(shù)字化科科長劉學奎介紹，團隊按照《古代壁畫病害與圖示》規(guī)定的圖例，完成了78幅李耕壁畫病害圖的繪制，對各類型病害進行數(shù)字化標注、統(tǒng)計與分析。此外，還選取部分壁畫進行虛擬修復，為后續(xù)的物理修復、藝術研究、展示和傳播提供了科學依據(jù)。
對于殘損嚴重的古建筑，數(shù)字化復原技術正成為修復工程的“科技羅盤”。毫米級精度的三維模型，不僅能完整記錄現(xiàn)存結構，還能通過算法逆向推演文物消逝的形制。
僅存2層的普光塔，因史料缺失，原始層數(shù)成謎。
項目團隊采用“數(shù)字考古”的方法解謎。首先對普光塔與周邊6座同期石塔的層高、基座直徑等參數(shù)進行分析，建立回歸方程來預測塔體各部分的尺寸；再結合《營造法式》中記載的“材分八等”制度——即將建筑構件按尺寸分為八個等級，相鄰層級高度差遵循固定比例——發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存兩層塔體的收分率(即每層高度遞減比例)與七層結構的數(shù)學模型高度匹配。由此推測，普光塔原始設計應為七層結構。
“就像解開一道立體幾何題，當塔身每層高度按等差數(shù)列均勻縮減，整體輪廓會呈現(xiàn)優(yōu)美的拋物線造型，塔身結構也更加穩(wěn)定，這稱為‘等差收分’原則，在宋代石塔中普遍存在�！睆堖h翼解釋道。
數(shù)字技術在世界文化遺產修復中已有突破性實踐。世界文化遺產鼓浪嶼自2009年啟動申遺工作起，就系統(tǒng)性推進文化遺產數(shù)字化保護，完成70處區(qū)級以上文保單位的“四有”數(shù)字化檔案，對9處國保、2處省保建筑進行毫米級三維掃描建模，并建立全島傾斜攝影實景模型；整合5000多張歷史影像形成跨越160年的視覺記憶庫，并將多維數(shù)字檔案接入世界遺產檔案管理系統(tǒng)，方便隨時查看、調用建筑數(shù)據(jù)。在八卦樓穹頂修復過程中，項目團隊運用了BIM技術記錄建筑結構、空間布局等信息，在電腦里模擬不同的修復方案，并建立基于BIM模型的施工管理平臺，方便各方實時查看工程進度、協(xié)同交流，大大提升了建筑遺產修復質量和效率。
創(chuàng)造數(shù)字化體驗
在閩江口百年燈塔的斑駁磚石間，一組數(shù)字代碼正在重新編織歷史經緯。在VR(虛擬現(xiàn)實)世界里，我們看到的不僅是3D建模的精確輪廓，更是一把打開時空之門的密鑰。
2024年羅星塔重建400周年之際，一場數(shù)字世界的“時空修復”行動悄然啟動。福建省海峽物聯(lián)網應用促進中心打造的“重建羅星塔VR體驗”，將精確到磚縫肌理的3D建模技術與XR擴展現(xiàn)實深度融合。
戴上VR眼鏡，閩江潮聲與百年前船工號子穿透時空而來。抓起虛擬手柄，將懸浮在空中的塔體一層一層地放在正確的位置，羅星塔的歷史、羅零標高的含義、羅星塔的建筑和研究價值……關于羅星塔的知識一一呈現(xiàn)，讓更多人在人機交互中了解身邊的“中國塔”。該團隊還利用720°全景攝影等技術，開發(fā)了“船政文化城遠程實景系統(tǒng)”。使用者只需輕點手機，便能化身云端飛鳥，俯瞰船政文化園全景，又能“瞬移”至園區(qū)內部，近距離欣賞園區(qū)的建筑和重點文物展品。
如果說羅星塔項目是單體文物的數(shù)字重生，那么“鼓浪嶼元宇宙”平臺則代表了文化遺產的空間開拓。這一國內首個世遺元宇宙，以毫米級精度，將1.88平方公里琴島化作“數(shù)字雙生子”。
“團隊耗時一年多的3D建模構建和場景復刻，精準還原島上77處特色建筑的每一處細節(jié)，同時積累了大量的數(shù)字資產�！敝袊苿舆涔拘驴展竟睦藥Z項目部負責人段洛宥介紹，該平臺為參與者開啟線上線下雙重體驗：線上通過AI導游提供語音解說及捉迷藏、博餅等民俗互動；線下依托AR＋AI智慧導覽系統(tǒng)，為用戶規(guī)劃主題路線并體驗多種文化場景，例如在國際刻字館參與AR尋寶認知雕刻技藝，在菽莊花園開啟AR詩詞互動……虛實融合技術帶來文旅新體驗。
基于積累的數(shù)字資產，去年暑假，該項目團隊還開發(fā)了以鼓浪嶼為背景的XR探險之旅《琴島奇遇》。體驗者戴上VR眼鏡，手持感應器，就能在鼓浪嶼的數(shù)智風光和人文建筑里暢游，對話歷史名人，聆聽鼓浪嶼背后的故事，在守護管風琴的互動挑戰(zhàn)中重塑對鼓浪嶼的情感認知與感官體驗。
數(shù)字技術也推動著博物館從“櫥窗解說”到“時空漫游”的策展革命。福建博物院的數(shù)字展廳，宋代建盞在虛擬展臺自行旋轉，釉面開片的千年時光被壓縮成瞬息綻放的冰裂紋；在XR沉浸式體驗展廳，觀眾戴上設備，便能沉浸式遨游月海和深藍。漳州市博物館的“探秘圣杯嶼元代古沉船”VR體驗游戲，則將考古機械臂化作觀眾雙手，當虛擬撬棍輕輕撥開海底淤泥，拾起元代龍泉青瓷碎片，絲綢之路的濤聲仿佛在指尖震顫重生。
“現(xiàn)在，我們正在打造福建水下考古XR沉浸式體驗，讓觀眾化身潛水員探索宋代沉船遺址，在虛擬海底體驗文物考古，該項目將在今年暑期面向大眾。同時，自然館也依托全息投影技術和三維建模技術，正在籌備可交互的全息動物園，讓觀眾有身臨其境的感覺，打造集教育、科研、體驗于一體的數(shù)字文博新生態(tài)�！备＝ú┪镌何膭�(chuàng)部負責人黃曉曦介紹。
從閩江潮涌的VR燈塔到鼓浪琴島的云端鏡像，從海底沉船的觸覺復蘇到深海與月宮的身臨其境……每一次技術迭代都在重塑我們與歷史的對話方式。
當文化遺產突破物理桎梏，在數(shù)字維度獲得永生，我們終于懂得：真正的文物保護，不是將歷史封存在玻璃展柜，而是讓文明基因在數(shù)字血脈中持續(xù)進化。這或許是科技賦予文化傳承最深刻的隱喻——用最前沿的數(shù)字心跳，喚醒最古老的文化基因，讓五千年文明史在數(shù)字空間永續(xù)流轉。(本版圖片均由受訪者提供)