文化艺术研究    A Study of  Culture and Art
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古典家具数字博物馆构建的关键技术研究
肖宇帆
（武汉纺织大学，湖北 武汉 430073）
摘要：古典家具的工艺继承与保护是一项重要的研究工作，其中的数字化保护方法对于文物保护具有一定的实际意义和实用价值。数字博物馆的建设是博物馆适应时代发展的必然需求，是提高博物馆管理水平、促进其自身发展的必然选择。本文就古典家具数字博物馆构建的关键技术展开探讨。
关键词：古典家具；数字博物馆；信息化
一、引言
在文化遗产的保护传承中，数字化技术的运用已经成为一种全球化的趋势。基于图片的绘制和重建、基于三维扫描的重构和漫游、图片检索及其修复、版权保护和沉浸式虚拟系统等多种数字化技术为人们提供高
精度高逼真的数字化信息，弥补了传统文化遗产保护中信息易老化、易失真等缺陷，在文化遗产的保护中发挥着越来越重要的作用。数字化技术不仅能保护和传承文化遗产，而且赋予文化遗产以崭新的生命。
二、古典家具艺术价值及数字化保护
中国古典家具做工精湛、造型优美、图案精致，承载着我国古代人民生活方式、意识形态和价值取向等诸多信息，形成富有特的东方家具体系，在世界家具发展史上特鲜明。古典家具数字化保护作为一种新型的研究手段，其主要形式是通过建立古典家具数据库（包括三维数据和相关的信息数据），清晰展现我国传统家具的发展脉络，为构建家具文化理论奠定基础。目前国外针对数字化保护已经形成比较完整的体系，而古典家具数据库的建立在国内仍处于探索阶段。
三、数字博物馆的信息化建设（一）数据采集
数据采集一般通过三维扫描设备对古典家具实物进行测量，并利用计算机技术转换为离散的几何坐标数据。目前，主要的三维测量技术有摄影测量技术、三维激光扫描技术等。其中，摄影测量技术通过多角度采集二维图像，采用三角计算法将平面数据转换为三维立体图像；三维激光扫描技术利用两束激光，一束照射到物体表面，另一束直接照到底片上。利用两束激光所走距离不同，快速准确地获取静态物体的空间三维信息。相比于直接测量法，虽然技术难度较大，但测量精度明显提升，通过改变扫描角度可
实现古典家具全面的空间环境数据采集。在实际测量时，提出应综合使用直接测量古典家具法、摄影测量法和三维激光扫描3种测量方法，才能最好最全面地采集到古典家具的信息。（二）数据处理
通过图像数据处理软件完成视图拼合、噪声去除、数据简化、点云分块等处理。由于复杂的曲面往往由多个曲面整合构成，要将整个三维数据分成多个小曲面数据分块，并单独对每块数据进行数据处理。为实现将不同视域下的三维数据统一到同一个坐标系下，需进行三维数据配准。典型算法有迭代就近点算法（ICP算法）和基于特征的配准方法。由于配准算法在扫描精度较低的状况下产生的误差较大，以激光采样点为配准单元，提出一种新的基于反向投影的快速配准算法。通过马氏距离搜索最近点，并利用反向投影加速最近点搜索，依靠插值方法修正最近点，避开了采样分辨率影响。
（三）建立系统完整的古典家具三维数据库
三维数据库的建立是一个复杂的过程。开发人员在信息采集和后期处理的基础之上，设定数据库的基本框架和关系结构，依托Revit软件平台的API接口进行开发。这样不仅充分利用了Revit软件强大的三维建模功能，而且又为Revit软件平台的文件管理提供便捷合理的存储方式。三维数据库与传统二维数据库有相同之处，也有不同之处。传统二维家具数据库一般是利用Delphi可视化开发工具进行数据库开发，数据库的功能以查询浏览数据为主。用户使用数据库时通过输入一些关键词，检索获取家具的二维信息，例如规格、形式、结构、尺寸、图案等信息。而三维数据库不仅可以获得上述的二维信息，还可以获得
古典家具的实证案例、造型特点、形制、装饰特征、技术特征、榫卯结构等诸多数字化的信息，实现三维动态浏览。用户根据需要还可将数据导出，进行逆向设计。建立古典家具的三维数据库不仅有利于家具企业对设计文件进行查阅和管理，而且方便设计人员共享和调用设计文件。（四）古典家具力学结构分析
针对参数化模型的拓扑优化设计，利用有限元软件对箱式家具结构中角接头的应力及应变状态进行分析，准确预测家具所受的挠度。提出基于ANSYS对板式家具进行有限元分析的方法，在提高设计效率的同时，实现了家具的可靠性及模块化设计。对于复杂结构家具模型的有限元分析，以榫卯结构为例，主张预先将模型导入参数化三维设计软件，然后经过数据格式转化后再将模型导入到ANSYS中进行网格划分，最后进行外载荷加载并求解。该步骤实现了家具的部分结构整体化结构分析，并进一步验证了ANSYS软件对家具进行力学结构分析的可行性。对于家具关键节点结构优化问题，通过ANSYS语言编程，分析了丁字榫结构强度和刚度最大情况下的榫长和榫厚比，为国内局部结构关键节点的分析提供思路。
模块化设计家具四、结语
目前，我国古典家具数字化进程已步入成熟阶段，通过不断学习国外先进技术，已利用数字化技术完成古典家具的信息化处理，并通过有限元分析思想优化家具结构，为后续的古典家具文化传承和创新提供
新思路。古典家具数据库的构建不仅是对古典家具最好的保护途径，也为后续建设以古典家具为主题的的数字博物馆提供数据支撑。
参考文献：
[1]林海.基于数字化技术的中国古典家具研究[J].家具与室内  装饰,2019(1):28.
[2]冉险生.近景摄影测量在三维数据采集中的应用[J].现代制  造工程,2018(3):100-104．
（责任编辑：董冉达）
作者简介：肖宇帆，武汉纺织大学。