借助三维扫描、虚拟现实等技术实现圆明园数字化复原

帧帧光影，重现“万园之园”

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本报记者 施 芳

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1万余件历史档案，4000幅复原设计图纸，2000座数字建筑模型……10余年来，圆明园持续开展数字化复原工程，通过采集文物数字信息、打造线上虚拟展览、开发互动体验的文旅项目等方式，让人们穿越时空，感受历史文化遗产的光彩。如今，全园108处景区已完成数字化复原，约2/3的景区实现精准数字复原。跨越百年时光，“万园之园”在虚拟中重现。

上下天光、夹镜鸣琴、坐石临流、茹古涵今……一个个意味隽永的名字，承载着圆明园的昔日盛景。

然而，160多年前遭遇破坏，大量文物珍宝流失海外，“万园之园”只余断壁残垣。

是保留原貌还是恢复重建？数字化给出了一种答案。“圆明园是重要的历史见证地。我们可以通过数字化手段，虚拟复原它的壮美景象，也使遗址所蕴含的历史文化信息得到更好的记录、保存，推动相关研究的开展。”北京市海淀区圆明园管理处主任邱文忠说。

数字存档

采集海量数据资源，实现高精度永久留存

6月11日，圆明园虚拟仿真田野考古系统上线。人们在平台上既可以了解圆明园的历史文化，还可以利用实景三维模型、全景漫游等方式，参与舍卫城南城门考古遗址、澹泊宁静一期考古遗址3D虚拟体验。“系统将真实性与趣味性相结合，吸引青少年来体验考古过程。”北京大学考古文博学院副院长张剑葳介绍，系统未来计划将虚拟考古与实景模拟发掘相结合，用于公众考古教学。

圆明园考古始于上世纪90年代，北京市文物研究所、北京大学考古文博学院等单位先后完成藻园、含经堂、长春园宫门、正觉寺、远瀛观等10余处遗址的发掘，明确了遗迹的保存状况、规模及其形制、规格等。

考古发掘中，文物信息的采集和记录是重要一环。然而，一般的平面扫描或相机拍照很难将文物的细节与色彩完整保存下来。利用三维扫描，则可以留下高精度的永久数字化档案，进而完成文物虚拟修复。“数字化存档可以通过信息比对，对文物进行长期监测，发现病害发展趋势，从而更好地实现预防性保护，同时为数字化复原提供支撑。”张剑葳说。

“文物也有生命周期，尤其裸露在户外的石刻文物，遭受风吹日晒，很容易受损。”圆明园管理处相关负责人说。近年来，圆明园联合北京大学考古文博学院开启石刻文物数字化存档工作，以三维扫描、摄影测量和全景摄影等技术手段，完成西洋楼遗址区内大水法、观水法、远瀛观、海晏堂以及北大燕园内流散石刻文物的数据采集，采集的数字资源数据量达2TB（太字节）。

此外，圆明园持续对修复文物、库藏文物、回归文物进行数字化扫描，数据进入圆明园文物数据库和纹样库，公众足不出户就可以“云观展”。目前，包括瓷器、玉器、铜器以及石刻等在内的118件数字化文物已在圆明园官方微信公众号上展出。

全景复原

从建筑形制到树木品种，10多道程序确保精准

行走在圆明园里，面对一处处废墟，一个个问题萦绕在人们心头：乾隆钦点的圆明园四十景在何处？它们原先是什么模样？随着数字化复原的推进，这些问题得到了解答。

2009年，圆明园启动数字化复原工程，80多名参与复原的研究人员来自圆明园、清华大学、北京市古代建筑研究所、北京市文物研究所、故宫博物院、承德避暑山庄等50多家单位。

圆明园自1707年始建到1860年被毁，150余年间改扩建频繁，许多建筑都是中国乃至世界建筑史上的孤例。大到一座建筑的形制，小到一座山的高低、一池水的宽窄、一棵树的品种，乃至一块匾的名称、字体、颜色，一景一物如何精准再现，皆是考验。

复原工作始终坚持科学性、真实性原则，每复原一个景区都有基础研究、复原设计、场景制作、维护更新4个步骤，共10多道程序，包括遗址信息精确采集、文献资料精细研读、样式房建造技术分析、残损构件虚拟拼接等。

除了实地勘察测绘，清华大学建筑学院教授郭黛姮带领团队深入挖掘史料，对照样式房遗存图纸、《圆明园四十景图》、《圆明园匠作则例》等档案资料开展研究。“在堆积如山、未经梳理的原始史料中仔细爬梳，寻找线索，才能构建出一个完整的建筑，进而再还原合宜的周边环境和内部陈设。”项目负责人之一、北京清城睿现数字科技研究院院长贺艳说。

据介绍，一般建筑单体的三维模型包含3000至2万个面，已足够精致，然而，圆明园每个建筑单体的三维模型则要求包含2万至15万个面。3D复原模型不仅包含了遗址、建筑，还包含花木、假山等。

1万余件历史档案，4000幅复原设计图纸，2000座数字建筑模型，67个景区的195个时空单元……迄今为止，全园108处景区已完成数字化复原，其中约2/3的景区实现了精准数字复原，一些建筑复原精准率达到95%。

跨越300多年时光，“万园之园”在虚拟中重现。2016年，圆明园数字化复原项目通过科技部验收，获得高度评价——“为解决我国多达33万处古遗址、古墓葬类遗产的展示与利用，开辟了一条全新的途径”。如今，数字化复原成果已应用于圆明园移动导览系统，包括圆明、长春、绮春三园全部景区，共629项信息、520张景区复原图和19段复原视频。

“基于有证可查的一砖一瓦进行虚拟搭建，今人才可以切身体会‘万园之园’的不朽魅力。”贺艳说，“随着研究的深入，数字化复原还将不断完善。”

交互体验

落地多种应用场景，让历史可触可感

漫步圆明园银杏大道上的拾光买卖街，步入“御园莺歌”光影互动空间，虫鸟窸窣、树影婆娑、琉璃错落。用手轻轻触碰墙上的动态光点，荷花绽开、仙鹤展翅。坐在西洋幻境·拾光咖啡厅，脚下是青花八宝万福如意地砖，抬头可以欣赏古代名画。“真是大开眼界，原来圆明园这么美！”游客张钰坤连声称赞，兴奋地拍照发到朋友圈。

数字+文旅，会迸发出怎样的火花？2013年，圆明园和清华大学共同承担了国家科技支撑计划“重现辉煌——数字圆明园研究及文化旅游应用示范”项目，组织建筑、历史、计算机、文保、考古、测绘等学科的专家，开始探索数字化文旅服务产品转化路径。2021年，国家重点研发计划“大遗址文化内涵叙事化展示与交互技术研发项目”将圆明园选为首个应用示范园区。

借助虚拟现实、增强现实、混合现实、感映现实以及交互现实游戏，数字化复原成果在更多的应用场景落地，帮助人们走进历史深处，感受中华文化的脉动。

光影圆明园还通过丰富多彩的展览，来到了更多人身边。2016年起，5个空间体验展先后在中国园林博物馆亮相，观众超40万人次；郑州园博园举办的数字感映展中，海晏堂数字重生全过程呈现于高7米的弧幕上；2020年7月，《重返·万园之园》数字交互展在北京首钢园举办，观众写下上万条留言：“历史与科技让人敬畏”“国家只有更强大，历史文化才能得到更好保护”；即将推出的移动式体验项目“梦回圆明园”和数字胶囊影院，打开更多想象空间……

“随着技术的迭代更新，未来圆明园将以更多更好的方式呈现在公众面前，让人们充分感受文化遗产的风采。”邱文忠介绍，“通过文化科技融合的方式，为游客带来新鲜生动的感官体验、酣畅淋漓的文化享受。”

关键词： 复原设计 虚拟复原