用數字心跳，激活沉睡的歷史

福建博物院的XR沉浸式體驗展吸引許多小朋友。

僅存2層的普光塔，採用“數字考古”後還原為7層塔。圖為虛擬修復模型。

福州大學建築與城鄉規劃學院學生正手持三維鐳射掃描器掃描古塔細節。圖片均由受訪者提供

核心提示

　　黨的二十大報告指出，“實施國家文化數字化戰略，健全現代公共文化服務體系，創新實施文化惠民工程”，對推動文化數字化建設指明瞭方向。2024年11月，新修訂的《中華人民共和國文物保護法》發佈，將文物數字化保護寫進法條。

　　在當今世界，文化數字化，包括文化遺産的數字化，正受到越來越多國家的重視。2024年12月，歷經五年半修復的巴黎聖母院重新敞開大門。這場浴火重生的奇跡背後，是藝術史學家安德魯·塔隆從2015年起做的一項前瞻性工作——通過三維鐳射掃描技術創建這一古老建築精準的“數字檔案”，超10億個數據點不僅復刻了哥特尖塔的優雅弧度與飛扶壁的歲月裂痕，更完整記錄了每一塊石材的獨特紋理。

　　在中國，數字技術被運用於古建築保護，同樣創造著傳奇。2022年8月，全國重點文物保護單位寧德屏南萬安橋被一場大火損毀。兩年後，這座全國現存最長的木拱廊橋，也運用三維掃描等數字技術成功復原重生。

　　數字技術的預防性保護，可以讓文化遺産“永生”。當災難降臨時，數字空間的備份成為文明存續的火種。

千年古塔的數字之“身”

　　福州普光塔，位於連江縣東岱鎮雲居山之巔，建於元至正十年（1350年）。在福建，元代所建的塔少之又少，明確記載有建築年代、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，作為病害診斷和數字復原的基礎。”福州大學建築與城鄉規劃學院教授張遠翼説。

　　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台立式三維鐳射掃描器，開始對普光塔的每一處細節進行數據採集和刻畫。

　　約一人高的掃描器不停地發出嗡鳴，鐳射掃描頭、四個魚眼相機、光感相機等部件就整合在這個比書包還小一半的四方塊上。

　　“原本，我們測繪一處建築，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釐米之差，而且獲得的是平面測繪圖。現在，使用三維鐳射掃描器，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。”張遠翼説。

　　這一技術主要採用鐳射測距原理。對於每個點，掃描器的鐳射器發射脈衝信號，脈衝信號到達物體表面，反射回到掃描器，可以計算出脈衝信號的飛行時間。由於光速是已知值，因此可以計算出物體表面到三維鐳射掃描器的距離。

　　根據普光塔平面八角的形制特徵，團隊在平面各角點處布設8個測點。前後兩個測點的重疊率達到30%以上，以實現“點雲數據”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。這些建築表面的細節數據和塔內的建築數據則採用近景攝影測量結合局部精細掃描獲取。

　　一邊是地面三維鐳射掃描器正在以每秒50萬點的速率採集高精度“點雲數據”，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，開始數據的後期處理、分析和建設。將三維鐳射掃描器、相機、無人機得到的數據導入到專業處理的軟體內運算。經過5天的數據處理，最終生成普光塔的三維數字模型。“如果用傳統做法採集，需要一個月。”張遠翼説。

　　自此，一份為普光塔量身定制的數字檔案完成，內容包括：由三維模型和傾斜攝影模型組成的建築信息模型檔案（BIM檔案）、修繕工程檔案、文物“四有”檔案（保護範圍、標誌説明、記錄檔案和專門的管理機構）等。這些檔案將被統一存儲到古塔數據庫中，為後續保護提供數據基礎。

　　“傳統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出來。建築信息模型（BIM）技術就不一樣，像是一個‘話癆管家’，把建築的每個細節都記錄得清清楚楚，而且可以隨時切換視角，讓你從任何角度觀察這座建築。”張遠翼説。

　　一場“文化基因記錄工程”正在八閩大地悄然推進。鐳射掃描器以毫米級精度為鼓浪嶼萬國建築、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字原型。

　　從不可移動遺産的全息存檔，到館藏文物的數字孿生，福建正漸漸構建起縱橫古今的文化遺産神經網路。

為文物修復提供“毫米級”參考

　　數字化檔案為文化遺産保護築牢根基，那麼，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産，更被美術界譽為“近代中國人物畫藝術的一座高峰”。在其故里莆田仙遊境內，李耕壁畫真跡僅存寥寥幾處。這些創作于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産，福建省文物保護中心於2024年正式啟動“李耕壁畫數字化保護項目”。項目團隊通過多重數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採集（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；運用三維鐳射掃描技術，構建了壁畫本體及其所處環境（即壁畫的物理賦存環境）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。經過專業圖像處理，最終為壁畫建立高精度數字檔案。

　　“數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。”福建省文物保護中心數字化科科長劉學奎介紹，團隊按照《古代壁畫病害與圖示》規定的圖例，完成了78幅李耕壁畫病害圖的繪製，對各類型病害進行數字化標注、統計與分析。此外，還選取部分壁畫進行虛擬修復，為後續的物理修復、藝術研究、展示和傳播提供了科學依據。

　　對於殘損嚴重的古建築，數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，不僅能完整記錄現存結構，還能通過演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，原始層數成謎。

　　項目團隊採用“數字考古”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——即將建築構件按尺寸分為八個等級，相鄰層級高度差遵循固定比例——發現現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列均勻縮減，整體輪廓會呈現優美的拋物線造型，塔身結構也更加穩定，這稱為‘等差收分’原則，在宋代石塔中普遍存在。”張遠翼解釋道。

　　數字技術在世界文化遺産修復中已有突破性實踐。世界文化遺産鼓浪嶼自2009年啟動申遺工作起，就系統性推進文化遺産數字化保護，完成70處區級以上文保單位的“四有”數字化檔案，對9處國保、2處省保建築進行毫米級三維掃描建模，並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，並將多維數字檔案接入世界遺産檔案管理系統，方便隨時查看、調用建築數據。在八卦樓穹頂修復過程中，項目團隊運用了BIM技術記錄建築結構、空間佈局等信息，在電腦裏模擬不同的修復方案，並建立基於BIM模型的施工管理平臺，方便各方實時查看工程進度、協同交流，大大提升了建築遺産修復品質和效率。

創造數字化體驗

　　在閩江口百年燈塔的斑駁磚石間，一組數字代碼正在重新編織歷史經緯。在VR（虛擬現實）世界裏，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週年之際，一場數字世界的“時空修復”行動悄然啟動。福建省海峽物聯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、羅星塔的建築和研究價值……關於羅星塔的知識一一呈現，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，開發了“船政文化城遠端實景系統”。使用者只需輕點手機，便能化身雲端飛鳥，俯瞰船政文化園全景，又能“瞬移”至園區內部，近距離欣賞園區的建築和重點文物展品。

　　如果説羅星塔項目是單體文物的數字重生，那麼“鼓浪嶼元宇宙”平臺則代表了文化遺産的空間開拓。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處特色建築的每一處細節，同時積累了大量的數字資産。”中國移動咪咕新空公司鼓浪嶼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導遊提供語音解説及捉迷藏、博餅等民俗互動；線下依託AR+AI智慧導覽系統，為用戶規劃主題路線並體驗多種文化場景，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。

　　基於積累的數字資産，去年暑假，該項目團隊還開發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，就能在鼓浪嶼的數智風光和人文建築裏暢遊，對話歷史名人，聆聽鼓浪嶼背後的故事，在守護管風琴的互動挑戰中重塑對鼓浪嶼的情感認知與感官體驗。

　　數字技術也推動著博物館從“櫥窗解説”到“時空漫遊”的策展革命。福建博物院的數字展廳，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，便能沉浸式遨遊月海和深藍。漳州市博物館的“探秘聖杯嶼元代古沉船”VR體驗遊戲，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，自然館也依託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、體驗于一體的數字文博新生態。”福建博物院文創部負責人黃曉曦介紹。

　　從閩江潮涌的VR燈塔到鼓浪嶼琴島的雲端鏡像，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。

　　當文化遺産突破物理桎梏，在數字維度獲得永生，我們終於懂得：真正的文物保護，不是將歷史封存在玻璃展櫃，而是讓文明基因在數字血脈中持續進化。這或許是科技賦予文化傳承最深刻的隱喻——用最前沿的數字心跳，喚醒最古老的文化基因，讓五千年文明史在數字空間永續流轉。（記者 趙文娟 實習生 葉曉諾）