幀幀光影，重現“萬園之園”
借助三維掃描、虛擬現實等技術實現圓明園數字化復原
幀幀光影，重現“萬園之園”
本報記者 施 芳
核心閱讀
1萬餘件歷史檔案，4000幅復原設計圖紙，2000座數字建築模型……10餘年來，圓明園持續開展數字化復原工程，通過採集文物數字資訊、打造線上虛擬展覽、開發互動體驗的文旅項目等方式，讓人們穿越時空，感受歷史文化遺産的光彩。如今，全園108處景區已完成數字化復原，約2/3的景區實現精準數字復原。跨越百年時光，“萬園之園”在虛擬中重現。
上下天光、夾鏡鳴琴、坐石臨流、茹古涵今……一個個意味雋永的名字，承載著圓明園的昔日盛景。
然而，160多年前遭遇破壞，大量文物珍寶流失海外，“萬園之園”只余斷壁殘垣。
是保留原貌還是恢復重建？數字化給出了一種答案。“圓明園是重要的歷史見證地。我們可以通過數字化手段，虛擬復原它的壯美景象，也使遺址所蘊含的歷史文化資訊得到更好的記錄、保存，推動相關研究的開展。”北京市海澱區圓明園管理處主任邱文忠説。
數字存檔
採集海量數據資源，實現高精度永久留存
6月11日，圓明園虛擬倣真田野考古系統上線。人們在平臺上既可以了解圓明園的歷史文化，還可以利用實景三維模型、全景漫遊等方式，參與舍衛城南城門考古遺址、澹泊寧靜一期考古遺址3D虛擬體驗。“系統將真實性與趣味性相結合，吸引青少年來體驗考古過程。”北京大學考古文博學院副院長張劍葳介紹，系統未來計劃將虛擬考古與實景模擬發掘相結合，用於公眾考古教學。
圓明園考古始於上世紀90年代，北京市文物研究所、北京大學考古文博學院等單位先後完成藻園、含經堂、長春園宮門、正覺寺、遠瀛觀等10余處遺址的發掘，明確了遺跡的保存狀況、規模及其形制、規格等。
考古發掘中，文物資訊的採集和記錄是重要一環。然而，一般的平面掃描或相機拍照很難將文物的細節與色彩完整保存下來。利用三維掃描，則可以留下高精度的永久數字化檔案，進而完成文物虛擬修復。“數字化存檔可以通過資訊比對，對文物進行長期監測，發現病害發展趨勢，從而更好地實現預防性保護，同時為數字化復原提供支撐。”張劍葳説。
“文物也有生命週期，尤其裸露在戶外的石刻文物，遭受風吹日曬，很容易受損。”圓明園管理處相關負責人説。近年來，圓明園聯合北京大學考古文博學院開啟石刻文物數字化存檔工作，以三維掃描、攝影測量和全景攝影等技術手段，完成西洋樓遺址區內大水法、觀水法、遠瀛觀、海晏堂以及北大燕園內流散石刻文物的數據採集，採集的數字資源數據量達2TB（太字節）。
此外，圓明園持續對修復文物、庫藏文物、回歸文物進行數字化掃描，數據進入圓明園文物數據庫和紋樣庫，公眾足不出戶就可以“雲觀展”。目前，包括瓷器、玉器、銅器以及石刻等在內的118件數字化文物已在圓明園官方微信公眾號上展出。
全景復原
從建築形制到樹木品種，10多道程式確保精準
行走在圓明園裏，面對一處處廢墟，一個個問題縈繞在人們心頭：乾隆欽點的圓明園四十景在何處？它們原先是什麼模樣？隨著數字化復原的推進，這些問題得到了解答。
2009年，圓明園啟動數字化復原工程，80多名參與復原的研究人員來自圓明園、清華大學、北京市古代建築研究所、北京市文物研究所、故宮博物院、承德避暑山莊等50多家單位。
圓明園自1707年始建到1860年被毀，150餘年間改擴建頻繁，許多建築都是中國乃至世界建築史上的孤例。大到一座建築的形制，小到一座山的高低、一池水的寬窄、一棵樹的品種，乃至一塊匾的名稱、字體、顏色，一景一物如何精準再現，皆是考驗。
復原工作始終堅持科學性、真實性原則，每復原一個景區都有基礎研究、復原設計、場景製作、維護更新4個步驟，共10多道程式，包括遺址資訊精確採集、文獻資料精細研讀、樣式房建造技術分析、殘損構件虛擬拼接等。
除了實地勘察測繪，清華大學建築學院教授郭黛姮帶領團隊深入挖掘史料，對照樣式房遺存圖紙、《圓明園四十景圖》、《圓明園匠作則例》等檔案資料開展研究。“在堆積如山、未經梳理的原始史料中仔細爬梳，尋找線索，才能構建出一個完整的建築，進而再還原合宜的周邊環境和內部陳設。”項目負責人之一、北京清城睿現數字科技研究院院長賀艷説。
據介紹，一般建築單體的三維模型包含3000至2萬個面，已足夠精緻，然而，圓明園每個建築單體的三維模型則要求包含2萬至15萬個面。3D復原模型不僅包含了遺址、建築，還包含花木、假山等。
1萬餘件歷史檔案，4000幅復原設計圖紙，2000座數字建築模型，67個景區的195個時空單元……迄今為止，全園108處景區已完成數字化復原，其中約2/3的景區實現了精準數字復原，一些建築復原精準率達到95%。
跨越300多年時光，“萬園之園”在虛擬中重現。2016年，圓明園數字化復原項目通過科技部驗收，獲得高度評價——“為解決我國多達33萬處古遺址、古墓葬類遺産的展示與利用，開闢了一條全新的途徑”。如今，數字化復原成果已應用於圓明園移動導覽系統，包括圓明、長春、綺春三園全部景區，共629項資訊、520張景區復原圖和19段復原視頻。
“基於有證可查的一磚一瓦進行虛擬搭建，今人才可以切身體會‘萬園之園’的不朽魅力。”賀艷説，“隨著研究的深入，數字化復原還將不斷完善。”
交互體驗
落地多種應用場景，讓歷史可觸可感
漫步圓明園銀杏大道上的拾光買賣街，步入“禦園鶯歌”光影互動空間，蟲鳥窸窣、樹影婆娑、琉璃錯落。用手輕輕觸碰墻上的動態光點，荷花綻開、仙鶴展翅。坐在西洋幻境·拾光咖啡廳，腳下是青花八寶萬福如意地磚，抬頭可以欣賞古代名畫。“真是大開眼界，原來圓明園這麼美！”遊客張鈺坤連聲稱讚，興奮地拍照發到朋友圈。
數字+文旅，會迸發出怎樣的火花？2013年，圓明園和清華大學共同承擔了國家科技支撐計劃“重現輝煌——數字圓明園研究及文化旅遊應用示範”項目，組織建築、歷史、電腦、文保、考古、測繪等學科的專家，開始探索數字化文旅服務産品轉化路徑。2021年，國家重點研發計劃“大遺址文化內涵敘事化展示與交互技術研發項目”將圓明園選為首個應用示範園區。
借助虛擬現實、增強現實、混合現實、感映現實以及交互現實遊戲，數字化復原成果在更多的應用場景落地，幫助人們走進歷史深處，感受中華文化的脈動。
光影圓明園還通過豐富多彩的展覽，來到了更多人身邊。2016年起，5個空間體驗展先後在中國園林博物館亮相，觀眾超40萬人次；鄭州園博園舉辦的數字感映展中，海晏堂數字重生全過程呈現于高7米的弧幕上；2020年7月，《重返·萬園之園》數字交互展在北京首鋼園舉辦，觀眾寫下上萬條留言：“歷史與科技讓人敬畏”“國家只有更強大，歷史文化才能得到更好保護”；即將推出的移動式體驗項目“夢回圓明園”和數字膠囊影院，打開更多想像空間……
“隨著技術的迭代更新，未來圓明園將以更多更好的方式呈現在公眾面前，讓人們充分感受文化遺産的風采。”邱文忠介紹，“通過文化科技融合的方式，為遊客帶來新鮮生動的感官體驗、酣暢淋漓的文化享受。”
