遺址文物數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用0721課件

遺址文物數(shù)字化

關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用申請(qǐng)單位: 浙江大學(xué) 良渚文化博物館浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目遺址文物數(shù)字化

關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用申請(qǐng)單位: 浙江大學(xué)浙江1背景國(guó)家對(duì)文物保護(hù)越來(lái)越重視,

“保護(hù)為主、搶救第一、合理利用、加強(qiáng)管理”的十六字方針浙江省豐富而眾多的文化遺產(chǎn)資源對(duì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)、傳承與發(fā)揚(yáng)是建設(shè)文化大省，全面推進(jìn)小康社會(huì)建設(shè)的迫切需要在新的歷史條件下，文物保護(hù)研究與開(kāi)發(fā)利用又面臨了各種新的復(fù)雜情況與艱巨的壓力目前許多代表特定時(shí)期文化內(nèi)涵的文化遺址在地域上分布較為廣泛信息技術(shù)的發(fā)展為遺址文物的數(shù)字化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)背景國(guó)家對(duì)文物保護(hù)越來(lái)越重視,“保護(hù)為主、搶救第一、合理利2研究應(yīng)用現(xiàn)狀數(shù)字化文物保存與存檔數(shù)字化虛擬博物館虛擬文物遺址再現(xiàn)虛擬文物修復(fù)與復(fù)原研究應(yīng)用現(xiàn)狀數(shù)字化文物保存與存檔3數(shù)字化文物保存與存檔三維掃描儀數(shù)字化米開(kāi)朗基羅計(jì)劃3d-MURALE重建的酒神狄厄尼索斯像IDP項(xiàng)目使用精密數(shù)碼照相掃描儀獲取二維文物信息二維文物信息數(shù)字化獲取(掃描,拍攝)計(jì)算機(jī)視覺(jué)方法數(shù)字化文物保存與存檔數(shù)字化米開(kāi)朗基羅計(jì)劃3d-MURALE4數(shù)字化虛擬博物館以文字圖片為主要展示內(nèi)容的系統(tǒng)以IBR技術(shù)為核心的三維場(chǎng)景和三維展品的展示建立于虛擬環(huán)境上的博物館美國(guó)本土學(xué)校的教育項(xiàng)目4D/NMAIVirtualMuseumsProjectMultimediaMulti-UserDungeon(MMMUD)System提供了共享的虛擬環(huán)境和一個(gè)建立在虛擬環(huán)境上的虛擬博物館數(shù)字化虛擬博物館以文字圖片為主要展示內(nèi)容的系統(tǒng)美國(guó)本土學(xué)校5虛擬文物遺址再現(xiàn)虛擬信息疊加于真實(shí)場(chǎng)景中,也可以在真實(shí)場(chǎng)景中提供虛擬的注釋ARCHEOGUIDEEname虛擬文物遺址再現(xiàn)虛擬信息疊加于真實(shí)場(chǎng)景中,也可以在真實(shí)場(chǎng)景中6虛擬文物修復(fù)與復(fù)原二維文物修復(fù)或文物表面的修復(fù)三維模型的修復(fù)意大利佛羅倫薩大學(xué)研究了兩種普通的圖像處理技術(shù)：除塵技術(shù)和除裂痕技術(shù)日本和歌山大學(xué)和日本奈良科技學(xué)院研究了對(duì)遺物碎片的三維重建虛擬文物修復(fù)與復(fù)原二維文物修復(fù)或文物表面的修復(fù)意大利佛羅倫薩7國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析與趨勢(shì)國(guó)際上文物數(shù)字化技術(shù)研究的涵蓋面已經(jīng)比較全面,但國(guó)內(nèi)起步較晚，研究水平相對(duì)于美國(guó)西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家還處于較低的水平雖然使用了大量的最新技術(shù)，但是有些關(guān)鍵性技術(shù)使用的是通用技術(shù)(如大幅面二維文物獲取,三維文物中紋理獲取)先前的文物數(shù)字化研究集中于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在文物中的應(yīng)用，但是深度廣度不夠隨著大量文物數(shù)字化存檔的完成，文物數(shù)字化的研究與應(yīng)用將朝著更廣的方向發(fā)展國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析與趨勢(shì)國(guó)際上文物數(shù)字化技術(shù)研究的涵蓋面已經(jīng)比較8項(xiàng)目目標(biāo)將針對(duì)當(dāng)前遺址文物合理開(kāi)發(fā)利用與有效保護(hù)之間沖突，以及人們鑒賞研究的文物需求與傳統(tǒng)博物館陳列方式之間的矛盾，提出一個(gè)遺址文物數(shù)字化的技術(shù)研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)解決方案；建立一個(gè)以計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的數(shù)字化虛擬遺址文物博物館環(huán)境，使參觀者或研究保護(hù)人員能夠通過(guò)電腦屏幕或者三維投影設(shè)備觀賞、查閱文物信息；結(jié)合浙江省典型的遺址文物，如：良渚文化，進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。我們的總體目標(biāo)如下頁(yè)圖所示，是由獲取專(zhuān)門(mén)技術(shù)、設(shè)備與工具軟件；數(shù)字遺址文物博物館軟件；良渚文化的應(yīng)用示范三個(gè)具體目標(biāo)組成的項(xiàng)目目標(biāo)將針對(duì)當(dāng)前遺址文物合理開(kāi)發(fā)利用與有效保護(hù)之間沖突，以9項(xiàng)目目標(biāo)總體圖設(shè)備平臺(tái)：數(shù)字化獲取設(shè)備配套系列軟件包軟件平臺(tái)：遺址文物信息開(kāi)發(fā)利用軟件平臺(tái)綜合型的數(shù)字遺址文物博物館通用平臺(tái)應(yīng)用層：良渚文化遺址應(yīng)用示范關(guān)鍵支撐技術(shù)：精確定位及誤差控制技術(shù)多媒體虛擬場(chǎng)景混合建模技術(shù)多媒體虛擬場(chǎng)景協(xié)調(diào)展示技術(shù)紋理貼圖自動(dòng)生成技術(shù)項(xiàng)目目標(biāo)總體圖設(shè)備平臺(tái)：數(shù)字化獲取設(shè)備配套系列軟件包軟件平臺(tái)10項(xiàng)目?jī)?nèi)容（一）遺址文物場(chǎng)景信息獲取的現(xiàn)有技術(shù)、設(shè)備和工具軟件的分析和選擇，配置一套適合遺址文物場(chǎng)景信息獲取的經(jīng)濟(jì)、高效的設(shè)備及具體實(shí)施方案。遺址文物物體信息獲取設(shè)備及工具軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足遺址文物物體多角度照片的快速獲取及建模、三維紋理貼圖的精確獲取及快速生成。(1)數(shù)字化信息獲取技術(shù)及軟硬件設(shè)備研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目?jī)?nèi)容（一）遺址文物場(chǎng)景信息獲取的現(xiàn)有技術(shù)、設(shè)備和工11項(xiàng)目?jī)?nèi)容（二）(2)遺址文物信息開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)研究面向遺址文物博物館的多媒體虛擬場(chǎng)景建模技術(shù)的研究和設(shè)計(jì)。多媒體虛擬場(chǎng)景協(xié)調(diào)展示技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。面向遺址文物博物館虛擬場(chǎng)景繪制技術(shù)的研究。適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈奈锝：驼故炯夹g(shù)的研究。項(xiàng)目?jī)?nèi)容（二）(2)遺址文物信息開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)研究面向12項(xiàng)目?jī)?nèi)容（三）(3)綜合型的數(shù)字遺址文物博物館原型系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)綜合型遺址文物博物館框架軟件的設(shè)計(jì)和建構(gòu)。面向?qū)＜椅奈镅芯亢丸b賞的軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。面向參觀旅游者文物觀賞的軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。面向?qū)＜耶惖匚奈镅杏懙能浖脚_(tái)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目?jī)?nèi)容（三）(3)綜合型的數(shù)字遺址文物博物館原型系統(tǒng)的研13項(xiàng)目?jī)?nèi)容（四）(4)良渚文化的應(yīng)用示范以良渚文化博物館作為良渚文化數(shù)字化的試點(diǎn)單位，使用我們的數(shù)字化獲取設(shè)備對(duì)個(gè)別文物做數(shù)字化獲取示范。以良渚文化博物館作為試點(diǎn)，驗(yàn)證我們的綜合型數(shù)字遺址文物博物館原型系統(tǒng)以及其他通用軟件構(gòu)件。項(xiàng)目?jī)?nèi)容（四）(4)良渚文化的應(yīng)用示范以良渚文化博物館作為14關(guān)鍵技術(shù)文物對(duì)象位置和角度的精確定位和紋理貼圖生成技術(shù)。此關(guān)鍵技術(shù)主要解決如何利用機(jī)械裝置來(lái)獲得能夠滿(mǎn)足數(shù)字化獲取軟件中需要的各種位置、角度等參數(shù)，以及如何通過(guò)這些精確的參數(shù)進(jìn)行紋理得合成算法與技術(shù)。多媒體虛擬場(chǎng)景混合建模技術(shù)。此關(guān)鍵技術(shù)主要解決如何在虛擬場(chǎng)景中對(duì)數(shù)量龐大的文物多媒體信息進(jìn)行有效的組織和建模，如何便捷的將文物的多媒體信息集成到虛擬場(chǎng)景建模中去的問(wèn)題。多媒體虛擬場(chǎng)景協(xié)調(diào)展示技術(shù)。此關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)于混合建模的虛擬場(chǎng)景，如何能夠?qū)⑿问蕉鄻拥奈奈锒嗝襟w信息，如三維場(chǎng)景、視頻、圖象、語(yǔ)音及文字等協(xié)調(diào)地展示出來(lái)。綜合型遺址文物博物館框架構(gòu)建。此關(guān)鍵技術(shù)解決如何構(gòu)建綜合型的遺址文物博物館的框架以滿(mǎn)足通用性的需要，解決各個(gè)軟件構(gòu)件之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題以及數(shù)據(jù)通信協(xié)議的定義。關(guān)鍵技術(shù)文物對(duì)象位置和角度的精確定位和紋理貼圖生成技術(shù)。此關(guān)15預(yù)期目標(biāo)成果形式：專(zhuān)利1項(xiàng)；論文3篇；軟件若干；

技術(shù)指標(biāo)：1.數(shù)字化文物信息獲取硬件設(shè)備及相關(guān)軟件多角度高精度快速數(shù)碼照相拍攝獲取,三維紋理貼圖自動(dòng)生成;拍攝精度應(yīng)該達(dá)到每平方毫米9個(gè)pixel以上;2.基于多種媒體混合建模與繪制軟件對(duì)由多種媒體混和建模的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行協(xié)調(diào)展示;能夠在當(dāng)前主流的PC機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)的繪制和展示3.綜合型的數(shù)字遺址文物博物館原型系統(tǒng)數(shù)字博物館的場(chǎng)景漫游功能，精細(xì)文物的鑒賞功能，多種媒體混合展示功能以及導(dǎo)游功能;能夠在大范圍的實(shí)際環(huán)境中使用并實(shí)際完成大規(guī)模的數(shù)字博物館建設(shè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：1.生產(chǎn)成本數(shù)字化文物信息獲取設(shè)備，由數(shù)碼相機(jī)3.5萬(wàn)元，機(jī)械裝置等配套設(shè)備7000元共計(jì)4.2萬(wàn)元。三維掃描儀可由用戶(hù)任意選擇。2.市場(chǎng)比較彩色三維掃描儀與單色三維掃描儀，價(jià)格相差三倍,通過(guò)彩色三維紋理貼圖獲取設(shè)備的研發(fā)，以較低的價(jià)格可以獲得相同的效果混合建模的軟件,典型的有RealViz公司的SceneWeaver軟件，價(jià)格約為500美元。而基于多種媒體混合的建模與繪制軟件具有更強(qiáng)的多種媒體混合建模功能，價(jià)格也將更具有競(jìng)爭(zhēng)力目前市面上使用最多的數(shù)字博物館的基本是按照以QTVR為中心的模式建立的，這樣的模式限制了參觀者的參觀角度和運(yùn)動(dòng)范圍

3.市場(chǎng)收益直接經(jīng)濟(jì)效益:項(xiàng)目的成果可以廣泛的應(yīng)用于各種文物數(shù)字化項(xiàng)目間接經(jīng)濟(jì)效益:促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展，全面帶動(dòng)旅游市場(chǎng)預(yù)期目標(biāo)成果形式：專(zhuān)利1項(xiàng)；論文3篇；軟件若干；16應(yīng)用前景文物的永久保存浙江省具有豐富的文物資源，到1999年底，已有國(guó)家級(jí)文物保護(hù)單位28處，省級(jí)文物保護(hù)單位323處。但是，許多文物資源面臨著保護(hù)困難的局面，有些甚至遭到人為的破壞。文物研究分散的文物遺址與文物的分散館藏給文物研究帶來(lái)了較大的困難,虛擬遺址文物的集中存儲(chǔ)為文物研究提供了新的科技手段。文物的普及教育與宣傳中國(guó)博物館數(shù)目眾多，截至2000年底，國(guó)內(nèi)博物館的總數(shù)為1384座，加上其他部門(mén)及民間那博物館，各類(lèi)博物館已達(dá)2000余座，預(yù)計(jì)到2015年，博物館的數(shù)目還要在這基礎(chǔ)上增加1000座。然而，與如此眾多博物館相對(duì)應(yīng)的是，許多博物館缺乏充分的藏品，館舍及相應(yīng)的展出條件。數(shù)字化虛擬博物館為文物的普及，教育與宣傳提供了更豐富的手段。應(yīng)用前景文物的永久保存17組織方式浙江大學(xué)人工智能所良渚文化博物館建立由良渚博物館負(fù)責(zé)人和課題組負(fù)責(zé)人組成的聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)課題研究及實(shí)施的總體協(xié)調(diào)與所需各方面資源的保證。建立以課題負(fù)責(zé)人為組長(zhǎng)的規(guī)劃及技術(shù)組，負(fù)責(zé)課題研究的總體設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)、質(zhì)量控制保證以及系統(tǒng)集成；聘請(qǐng)專(zhuān)職技術(shù)管理人員負(fù)責(zé)項(xiàng)目的規(guī)范化管理。按照課題的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分解，將本項(xiàng)目劃分為文物獲取設(shè)備及配套軟件研制、多媒體虛擬混和場(chǎng)景協(xié)調(diào)展示平臺(tái)、綜合型的數(shù)字遺址文物博物館原型系統(tǒng)。具體分工：1.以課題組負(fù)責(zé)人、各子項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人為主，項(xiàng)目組成員共 同研究系統(tǒng)總體框架。

2.良渚文化博物館參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)和研究。

3.良渚文化博物館對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。組織方式浙江大學(xué)人工智能所良渚文化博物館建立由良渚博物館負(fù)責(zé)18技術(shù)路線整個(gè)項(xiàng)目技術(shù)路線總體需求分析和調(diào)研總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)數(shù)字化獲取設(shè)備設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)遺址文物信息開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)有獲取設(shè)備和軟件綜合方案綜合遺址文物博物館平臺(tái)良渚文化博物館文物獲取示范良渚文化應(yīng)用示范技術(shù)路線整個(gè)項(xiàng)目技術(shù)路線總體需求分析和調(diào)研總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)數(shù)字19技術(shù)路線面向遺址文物的數(shù)字化信息獲取設(shè)備技術(shù)路線設(shè)備調(diào)研和需求分析設(shè)備總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)硬件初步設(shè)計(jì)硬件初步定型硬件設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵算法研究和測(cè)試軟件原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件正式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試硬件調(diào)整軟件修改技術(shù)路線面向遺址文物的數(shù)字化信息獲取設(shè)備技術(shù)路線設(shè)備調(diào)研和20技術(shù)路線遺址文物信息開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)路線遺址文物信息開(kāi)發(fā)利用調(diào)研關(guān)鍵技術(shù)總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)混和建模技術(shù)研究傳統(tǒng)虛擬場(chǎng)景繪制算法研究多媒體展示方式研究混和建模設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)探索混和場(chǎng)景協(xié)調(diào)展示研究及原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)混和建模改進(jìn)展示形式改進(jìn)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試展示平臺(tái)正式開(kāi)發(fā)技術(shù)路線遺址文物信息開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)路線遺址文物信息開(kāi)發(fā)21技術(shù)路線綜合型的數(shù)字遺址文物博物館原型系統(tǒng)技術(shù)路線綜合型的數(shù)字遺址文物調(diào)研和需求分析原型系統(tǒng)總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)和框架程序開(kāi)發(fā)虛擬場(chǎng)景多媒體協(xié)調(diào)展示平臺(tái)開(kāi)發(fā)文物數(shù)字化獲取設(shè)備研制原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)集成實(shí)際文物獲取為原型系統(tǒng)提供內(nèi)容實(shí)際應(yīng)用測(cè)試技術(shù)路線綜合型的數(shù)字遺址文物博物館原型系統(tǒng)技術(shù)路線綜合型的22進(jìn)度安排進(jìn)度安排23現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件浙江大學(xué)人工智能研究所先進(jìn)的研究設(shè)備，為研究和應(yīng)用項(xiàng)目的展開(kāi)提供了較好的基礎(chǔ)條件研究隊(duì)伍壯大，由博導(dǎo)、副教授、講師與博士、碩士生和本科生所構(gòu)成的合理的專(zhuān)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)在計(jì)算機(jī)各學(xué)科領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，在國(guó)際上也有一定的影響和知名度良渚文化博物館博物館占地12.88畝，建筑面積1600平方米，內(nèi)設(shè)一個(gè)序廳三個(gè)展廳，共展出良渚文化器物400余件（組）已接待青少年學(xué)生及社會(huì)各界人士20余萬(wàn)人次,其中包括原國(guó)務(wù)院總理朱镕基，原全國(guó)政協(xié)主席李瑞環(huán)等黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人以及省部級(jí)以上領(lǐng)導(dǎo)干部百余人雖然良渚文化在國(guó)內(nèi)、國(guó)際上具有了一定的知名度，但隨著科技的發(fā)展，原有的種種陳列手段已不能滿(mǎn)足人們的需求現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件浙江大學(xué)人工智能研究所24經(jīng)費(fèi)預(yù)算(1)支出科目金額（萬(wàn)元）計(jì)算根據(jù)及理由合計(jì)77.81.設(shè)備費(fèi)55.8全景獲取設(shè)備3用于獲取場(chǎng)景全景圖單色三維掃描儀30單色文物三位模型獲取數(shù)碼相機(jī)10文物表面紋理獲取服務(wù)器及PC6數(shù)字博物館試點(diǎn)服務(wù)；開(kāi)發(fā)設(shè)備更新配件3設(shè)備配件（相機(jī)鏡頭等）VisualStudio1開(kāi)發(fā)軟件3dmax2.8三維場(chǎng)景建模其他設(shè)備折舊費(fèi)1.5已有開(kāi)發(fā)設(shè)備（如PC等）折舊費(fèi)2.資料印刷費(fèi)3.5論文資料2IEEE,ACM等資料費(fèi)用圖書(shū)資料1文物相關(guān)，虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)圖書(shū)資料印刷復(fù)印費(fèi)0.5有關(guān)材料的印刷及復(fù)制經(jīng)費(fèi)預(yù)算(1)支出科目金額計(jì)算根據(jù)