2024年3月30日发(作者：乜傲云)
三维数字化在国外文化遗产领域的应用
*
刘芳，吴振新
摘要文章以3D-ICONS、Sketchfab、史密森尼学会、Europeana等项目为例，分析国外文化遗
产领域在三维数字化方面取得的研究与实践经验；从数据采集与后期处理、数据格式与呈现载体、
数据标准与存储结构、数据版权保护等4个方面分析三维数字化过程中的关键性要素；探讨国外文
化遗产三维数字化在数据模型的科学研究、可检索性和互操作性、版权控制和长期保存等方面存在
的问题。
关键词三维数字化文化遗产数据组织
引用本文格式刘芳，吴振新.三维数字化在国外文化遗产领域的应用[J].图书馆论坛，2023，43
（11）：130-137.
Studyon3DDigitizationofCulturalHeritageAbroad
LIUFang&WUZhenxin
AbstractTaking3D-ICONS，Sketchfab，SmithsonianInstitution，Europeanaandothersimilarprojectsasexam⁃
ples，thispaperfirstanalyzesthepracticeof3Ddigitizationofculturalheritageabroadaswellascurrentstudieson
datacopyrightprotection，aimingto
preservationofthedatamodelof3Ddigitization，whichdeserveourfurtherexplorationandimprovement.
Keywords3Ddigitization；culturalheritage；dataorganization
introducessomekeyproblemsintheprocessof3Ddigitizationfromfouraspects，i.e.，data
resultshowsthatthoughhavingmadegreatachievementsin3Ddigitizationofculturalheritageabroad，thereare
someunsolvedproblemsinthescientificresearch，retrievalandinteroperation，copyrightcontrolandlong-term
collectionandpost-processing，dataformatandpresentationcarrier，datastandardandstoragestructure，and
0引言
文化遗产是人类认识历史，并从现象与本质
的辩证角度探索社会与科学发展规律的客观依
据，具备重要的研究价值。遗憾的是，不同于文
献类实体的广泛数字化应用和传播，文化遗产的
不可移动和不可获取性(本文中俱指物质文化遗
产)依然为直观性研究带来一定的困难。三维重建
技术的发展与成熟，让文化遗产能够以数字形态
重现，并为其研究和保护提供了新的路径。
伴随新技术产生的是新的数字资源类型。文
化遗产的三维重建作为一个跨越计算机技术、文
化遗产保护与研究的发展中的交叉领域，展现出
了强大的生命力和广泛的应用前景，受到各国政
府、科研机构和文化遗产保护单位的高度重视。
在计算机视觉技术与算法改进、应用实践与成果
展示等方面，取得了显著成绩及宝贵经验。但
是，鲜少有项目或文献从信息资源管理角度，
对三维模型的采集、加工、存储、管理与应用
等方面取得的成绩和存在的问题进行梳理与分
*本文系2022年度公共数字文化服务课题研究项目“文化馆数字化叙事的应用模式研究”（项目编号：GGSZWHFW2022-
006）研究成果。
130
析。随着三维数字资源的不断丰富，这方面存
在的问题将愈加凸显。本文通过分析研究国外
三维数字化取得的成果，为国内相关研究的深
化提供借鉴。
激光测距仪技术，在意大利为米开朗基罗创作
的、以大卫为代表的10余具雕塑创建高精度的
三维模型，并对外公开研究成果，以推动技术
发展
[1]
。自此，利用三维重建技术实现文化遗产
的保护与应用开启了新篇章。部分相关三维数
字化项目如表1所示，这些项目的侧重点各有
不同。
1研究现状
1998年斯坦福大学和华盛顿大学团队利用
表1三维数字化案例
项目名称
3D-ICONS
{2}
3D-COFORM
[3]
3DDigitization
BuildingforTomorrow
[4]
CityGML
[5]
CyArk
[6]
DigitalMichelangelo
DigitalHammurabi
[7]
Europeana
Flyoverzone
[8]
INCEPTION
[9]
IIIF3DWorkgroup
Nexus
[10]
RomeReborn
[11]
Sketchfab
TurboSquid
[12]
项目内容
欧盟委员会欧洲知名建筑、考古遗迹和文物的三维重建
英国布莱顿大学三维资源的工作流程整合，提高工作效率
史密森尼学会馆藏文物的三维重建、管理与应用
哈佛大学数字建筑文物的保存与利用
慕尼黑工业大学等在标准空间关系数据库之上存储、表示和管理虚拟的三维城市模型
CyArk与40多个国家合作，建立文化遗产的三维数字档案
斯坦福大学以大卫为代表的巨型雕塑三维重建
约翰霍普金斯大学楔形文字的三维可视化识别
Europeana欧盟支持的文化遗产数字转型计划
Flyoverzone交互式商业平台，对雅典、罗马、埃及古城等遗址的三维重建，实现虚拟漫游
欧盟地平线2020研究和创新计划文化遗产的三维重建，创建具有通用性的基于开放标准的语义资源平台
国际图像互操作性框架解决三维资源的跨平台互操作问题
视觉计算实验室基于OpenGL的三维可视化浏览工具
加州大学洛杉矶分校等基于虚拟现实技术实现罗马古城的三维重建
Sketchfab
交互式商业平台，便于三维资源的自由共享
Shutterstock
参与机构
3D-ICONS、RomeReborn、DigitalMi-
chelangelo、BuildingforTomorrow等项目更
注重三维数字化技术在文化遗产领域的应用实
践。比如，3D-ICONS是2012年由欧盟委员会
资助、16家机构参与的试点项目，为欧洲4，000
件具有显著文化特征的建筑、考古遗迹和文物制
作三维模型，满足民众基于互联网实现文化遗产
可视化浏览的需求。项目为同一件文化遗产对照
使用摄影、结构光、激光、飞行时间、相位法等
测量方式，详实记录数字化过程中使用的设备型
号、后期处理软件、技术路线及采集精度标准
等，通过研判不同方式的技术特性为每件文化遗
产制定最佳的数据采集策略，以提高工作效率。
文化遗产保护单位是三维数字化的重要参与
者，但大部分单位不具备相应的设备和技术能
力，需与第三方共同完成。Sketchfab与大英图
书馆、维也纳艺术史博物馆、爱尔兰考古与创新
中心等机构合作
[13]
，将三维模型发布到自营平台
◎2023年第11期◎
实现展示与管理，但需商定合作协议，明晰各方
的权利与义务。史密森尼学会作为世界上最大的
博物馆、教育和研究综合体，拥有约1.55亿件藏
品和标本，2009年成立数字计划办公室，下设
三维技术小组与欧特克、威瑞森、法如、谷歌等
科技公司合作探索技术解决方案，以完成馆藏的
三维模型创建与在线共享
[14]
；创建Voyager
Stories在线图像查看器，不仅支持文字与二维图
像、三维模型的混合编辑，还使用开源模式支持
软件的二次开发；在使用摄影测量技术实现复杂
结构对象的三维模型重建方面做了大量的研究工
作，强调对定位关系、照明位置、采集设备、算
法和UV贴图类型等信息进行详细记录的必要性。
CyArk、Europeana、INCEPTION等项目致
力于三维模型的跨平台聚合与资源共享。
Europeana作为欧洲文化遗产数字资源的聚合平
台，现有合作机构4，000余家，三维模型约
8，400余件。Europeana创建MINT2系统，实
131
现三维模型元数据统一格式的可视化转换和映
射，然后交付至MORE2存储，并对摄入元数据
的质量进行监控与统计；同时，追踪用户的使用
体验(包括数据质量、获取难易程度等)与需
求，以探寻能够得到共识的技术框架和操作指
南
[15]
。Sketchfab、TurboSquid等商业平台也随
着三维模型生产和消费市场的壮大应运而生。
Sketchfab于2012年成立于法国，以基于网络的
自由分享与交易三维模型为目标。目前平台存储
约400万件三维模型，其中文化遗产类约10万余
件。平台对主流浏览器、操作系统与三维数据格
式具备良好的兼容性，不需要安装任何插件即
可在线查看商品的网格、纹理、材质的渲染质
量，并提供评级；支持基于API的资源导入与
导出，并可嵌入到iFrame框架中实现基于
OAuth协议的资源授权。
选型。以采集对象为例，其体积大小、内外部结
构、是否可移动、颜色纹理、材质(吸光度/反光
度/透射率)等，对技术选型具有重要影响。采集
到的数据以结构或非结构化的点云进行存储，校
验完整性后进入后期处理程序。
数据的后期处理程序包括几何重建、模型构
造、视觉增强和假设重建四部分。几何重建：需
在保证采集对象几何特征的前提下，对原始点云
数据进行去噪处理；然后转换成曲面检查网格的
完整性，并对缺失部分进行填充处理；为满足在
线展示的需要，应对模型的网格数量进行简化，
然后利用UV、法线、实景等贴图方式进行渲染
以保证视觉效果的完整性，见图1(a)。模型构
造：对于结构复杂的文化遗产对象，如建筑、遗
址、结构复杂的文物，需由领域专家依据各组成
部分的功用、层次关系或者保存状态等，拆解成
简单结构进行数据采集，并在结束后将模型拼合
复原，见图1(b)。视觉增强：应用视觉技术对模
型进行物理渲染和视觉丰富，增强其在线展示的
真实性，见图1(c)。假设重建：参照保存的文
字、照片、图纸或相似物体，将模型恢复到损毁
前状态，见图1(d)。可根据三维模型的状态和用
途，有选择性地完成相应程序。作为科学研究素
材，三维模型的精准度、透明度和重现度是必然
要求。在数据采集前，应针对不同类型的文物设
计采集标准，从环境、点间距及拼合误差、数据
冗余度、色彩参数、纹理清晰度和贴图精度等方
面进行规范，便于实现质量控制。
2三维数字化的关键要素
文化遗产的三维数字化以物理对象的几何模
型和视觉纹理捕获为目标，具有数据精度高、成
本高、耗时长、技术更替快、存储消耗大等特
点。它是一个庞大的系统性工程，涉及数据采
集、后期处理、数字内容管理与衍生应用等程
序，关键要素包括以下方面。
2.1数据采集与后期处理
鉴于对文化遗产脆弱性保护的要求，数据采
集多采用非接触性的能量辐射设备完成，可分为
被动测量和主动测量两种类型。被动测量大部分
基于对二维图像的视觉计算实
现，例如摄影测量技术。在图
像特征识别算法得到充分改进
后，该方法因其易操作性和数
据透明性在文化遗产领域得到
普遍应用。主动测量方法可分
为激光测量、结构光测量、距
离测量(如相位法和飞行时间)
等常用类型。应在充分考虑数
据采集对象特点、环境、时
间、预算、成本效益、组织管
理难度等因素后，再决定技术
132
(a)几何重建(d)模型构造
(c)视觉增强(d)假设重建
图1三维模型的后期处理程序
[16]
格式名称
3DPDF(.pdf)
[19]
AliasWavefront(.obj)
[20]
AutodeskFilmbox，FBX(.fbx)
[21]
Collada，digitalassetexchange
(.dae)
[22]
GLTransmissionFormat(.gitf，
.glb)
[23]
PolygonFileFormat；Stanford
TriangleFormat(.ply)
[24]
(ptc)
(+)ptx
Stereolitography(.stl)
[25]
USDZ(AppleAR)
[26]
X3D(.x3d)
[27]
表2主要的三维数据格式
描述
将三维对象嵌入到PDF中，可进行旋转、缩放、平移等操作
基于ASCII/文本的格式，包括一个描述材料属性的同级MTL文
件，互操作性强
基于ASCII/文本的专有格式，可基于C++和Python进行编辑
开放标准XML模式，可在不同应用程序之间转化格式；被ISO采
用，可对视觉场景进行全编码
基于JSON标准开发，可互操作、可实时渲染的资产交付格式，无
需进行格式转化即可传输给图形API
基于ASCII/文本编码的格式，可存储曲面、点云、颜色、纹理坐
标和法线
法如点云格式
莱卡点云格式
没有颜色或纹理信息的三维对象，以ASCII和二进制形式存在；主
要用于三维打印与快速原型制作
专为AR设计的、专有的文件格式，仅在iOS设备使用
专为万维网设计的三维模型标记语言，基于XML格式开发，是
VRML标准的升级版本，是通过ISO认证的国际标准
使用目的
数据展示
数据交换
数据交换
数据保存
开发者
Adobe
Wavefront
Technologies
Autodesk
KhronosGroup
数据展示与交换KhronosGroup
数据交换
数据保存
数据保存
数据打印
斯坦福图形实验室
法如
莱卡
3DSystems
数据展示与交换Apple，Pixar
Web3D
数据展示与保存
Consortium
2.2数据格式与呈现载体
数据格式是用于描述数据的记录规则，可分
为数值、字符或二进制数等形式，不同的数据格
式在逻辑结构和长度上存在较大区别。三维模型
数据体量大且缺乏标准化的定义，目前存在约
140多种存储格式，文化遗产领域常见的数据格
式见表2
[17]
。从使用目的方面，可以分为展示、
保存、交换和打印四种，不同的数据格式将会对
数据的采集、存储、检索、比较和渲染方式产生
重要影响
[18]
。因此在项目开始前应根据最终产品
的用途，充分考虑格式的优缺点后进行选择。
相应地，也存在多种在线图像查看器与三维
制作软件，用于满足不同数据格式的编辑要求，
这为三维模型的在线展示、数据融合
和虚拟场景制作带来困难。目前市场
常见的在线图像查看器有3DHop、
Potree、INCEPTIONViewer、Hexal-
ab、Sketchfab、SmithsonianViewer
等，常用的制作软件有Blender、
MeshLab、LightWave3D、3DSOM、
CloudCompare等，这些软件在数据逻
辑、数据精度、技术标准、视觉处理算
法和图形渲染方式上存在较大区别。制
作一个三维模型，有时需要2—3种数
据处理软件的协同配合。
数据格式与软件载体中，有一部
◎2023年第11期◎
分是受到商业保护的。相较于开源技术，商业模
式的服务更加完善，但是对跨平台的数据编辑和
格式转换有诸多限制；且随着市场的不断变革和
细分，版本更替十分频繁，会间接导致三维数字
资产的损耗和浪费，需要一种通用的资产交付格
式满足跨平台的数据展示及创意衍生。HTML5
及Web平台发布的配套标准，为X3D与GL
TransmissionFormat提供了强大的应用前景。
它们都可以基于图形API(OpenGL或Web
GL)，在无需安装插件的前提下实现三维模型的
导入、解析、加载与转换，并在实时运行过程中
以标准化的内容形式高效传输并渲染简单或复杂
三维场景(模型)如图2所示。区别在于，X3D格式
图2基于gITF的数据展示与交互
[28]
133
对投影纹理映射(PTM)和物理渲染(PBR)等新技术
的支持性更强，更适用于虚拟场景的融合与展
示；而gITF格式的读取效率更高，更适用于网络
与终端间的资产交付。
2.3数据标准与存储结构
数据标准用于解决三维模型在识别、检索、
定位和重用中存在的可用性、互操作性和可持续
性等问题。相关标准应满足三维模型的重新发现
和访问、数据溯源及技术表征、物理对象(即文化
遗产)等信息描述。应著录如下内容：一是项目信
息，包括：项目的目标、范围和日期；影响数据
采集及处理方式的相关因素；使用的数据处理方
法、技术和仪器(包括规格和校准细节)；参与人
员。二是文化遗产对象，包括：文化遗产类别和
物理特征；文化象征意义、地理位置和时间信
息；参考文献。三是数字对象(可存在多个)，包
括：数字对象的名称、主题、类别、所有权和访
问许可证等基本信息；数据信息，如几何体、三
角面、顶点、纹理、物理渲染、材质、颜色、
UV层、动画和注释的具体数值与描述；出处，
如高精度模型衍生的应用版本。四是存档文件，
包括：数字对象的数据文件和源文件清单、在线
展示和编辑时需使用的软硬件环境等
[29]
。常见的
三维数据标准和特点如下。
(1)Smithsonian
[30]
。该标准由史密森尼学会
创建，主要用于满足学会对三维数字资产的管理
需求，标准细节仍处于修订状态。其中，详细规
范了应用摄影测量方式实现数据采集及后期处理
的技术程序；对恐龙骨骼化石标本等结构复杂的
可移动文化遗产进行拆解采集和重构尝试，结构化
保存各组成部分的几何数据及其组合关系；对应文
化遗产的物理特征描述不包含在该标准中；创建了
虚拟重建描述项，但尚不保存相关数据。
(2)LIDO
[31]
。由国际博物馆理事会下CIDOC
CRM委员会创建，主要用于从各博物馆的藏品
管理系统中获取数据，是常见的数据交换标准。
LIDO对文化遗产的概念模型及相应的数字对象
构建了详细的架构和描述规范，能够在对象间建
立丰富的关联关系，但是相对弱化了对三维重建
过程的描述。
(3)CARARE
[32]
。由CARARE和ICONS项目
共同创建，主要面向考古遗迹和建筑遗址等不可
移动文化遗产的三维模型重建。对数据采集及后
期处理程序进行了详细的规范，同时定义了文化
遗产描述信息、高清三维模型及其衍生数字资源
的存档封装结构。
(4)EuropeanaDataModel
[33]
。主要用于欧
洲文化遗产数字对象的资源整合与在线展示，与
其他标准具有兼容性和互操作性；不包含数据的
溯源信息；虽然创建event类数据类型对数字化
过程进行描述，但内容有限；应27个欧洲国家
呼吁，2020年发布文化遗产三维数字化的10项
指导原则与提示，以助其取得最佳实践效果。
在文档存储结构方面，ICONS项目给出基
于CARARE标准制定的操作指南。以图3所示色
雷斯奥斯曼帝国纪念碑(OttomanMonuments
图3基于CARARE创建的存档文件封装结构
134
inThrace)为例，封装数据包中存放3个主文件：
文化遗产描述信息、高清三维模型以及由高清模
型衍生的在线展示模型。每个主文件都保存对文
件内容的说明性文档。在每个模型的主文件中，
还保存了数字化过程和模型数据子文件，以保证
数据的长期可用性；在封装的数据包中定义了
start元素，便于记录多个主文件(如需拆解处理
的复杂模型或存在多个衍生模型时)的关系结构。
2.4数据版权保护
文化遗产的三维模型是古典艺术品、考古文
物或历史遗迹的数字化表现形式，具备保护与应
用价值。若没有完善的保护策略，在网络存储、
展示和传播过程中，可能失去对数字资产的版权
控制，这是相关机构不愿集中共享资源的主要原
因之一。可能的数据攻击方式见图4：(a)具有访
问权限的用户，可借助逆向工程破坏加密程序并
获得数据文件；(b)采用程序跟踪、内存转储和代
码替换等方式，通过篡改在线图像查看器
(viewer)程序获得数据文件；(c)通过篡改或攻击
图形驱动程序的方式获得数据文件；(d)从帧缓冲
区获得精确的场景渲染参数，然后利用视觉技术重
建数据文件；(e)依据最终显示图像重建数据文件。
图4三维模型的数据攻击方式
目前可用的版权保护策略包括：一是远程渲
染技术。斯坦福大学数字米开朗基罗项目开发了
基于客户端-服务器的远程渲染系统，以提供三
维模型的受控访问。在系统中，用户可对低分辨
率版本的三维模型进行旋转、缩放和照亮等操
作；当用户停止操作后，远程系统调用高清模
型，生成与当前显示角度匹配的高清二维图片对
低分辨率模型进行渲染。该过程在数据传输延时
足够低的情况下不会影响用户的体验效果
[34]
。二
是数字水印与数字指纹技术。可将版权信息制作
成脆弱性或鲁棒性水印嵌入到三维模型中。例
◎2023年第11期◎
如，脆弱性水印在模型受到裁剪或者几何变换攻
击导致水印损毁时，数据的完整性也会遭到破坏
并无法展示。三是基于区块链的版权认证与交易
系统。创建不可伪造和篡改的分布式账本，实现
三维模型数字版权的认证、发布、溯源和维权取
证
[35]
。四是基于GPU的硬件解密。利用公钥对三
维模型的数据文件加密，然后在客户端解密数据
并进行渲染，同时防止缓冲区回读数据。五是几
何形变。在几何顶点通过图形驱动程序之前，对
其进行细微的形变，该形变可随着视角的变化恢
复正常值；使得攻击者无法从最终图像捕获原始
坐标点，若强行视觉重建将导致数据失真。
3存在问题与对策
3.1三维模型的科学研究
在三维模型的数据采集和后期处理程序中，
存在大量软件和人工的干预因素，这会对模型的
透明性、重现性和准确性产生影响。例如，在激
光测量中，数据采集软件对点云、曲面网格的成
像以及数据格式转换的过程控制是不透明的；同
时，在后期处理程序中，无法记录技术人员为了
达到既定的视觉展示效果对模型数据进行了哪些
操作(存在修饰的可能性)；反之，摄影测量解决
了模型再现问题，在采集时为TIF、RAW、DNG
等生成的数据格式嵌入了可交换图像文件(Exif)，
详细记录了数据的创建时间、ISO速度、快门速
度、焦距和光圈信息，提供了原始的书面证据。
再如，假设重建过程包含了大量的、推理性的不
确定性因素。作为研究素材，学者们更倾向于对
模型的修饰情况和不确定部位进行显著的标注，
而不是应用图像渲染技术将其掩盖或者隐藏。
2006年起草的《伦敦宪章：关于基于计算
机的文化遗产可视化》要求，应记录足够的信
息，保证基于计算机的可视化方法和结果能够根
据其应用的情景和目的进行有效的理解和评估；
特别要求保存可视化过程中具有评估性、分析
性、演绎性、解释性和创造性的决定性文件，用
以研究溯源并理解其中的隐性知识、显性推理和
可视化结果之间的关系，保证数据的透明性和严
谨性
[36]
。优化建议：尽量使用开源的软件完成数
135
据的采集和处理过程；创建指示不确定性的标准
化图标，并在模型上进行标注；应用透明度、假
着色等非真实的渲染技术对不确定部分进行渲
染；采用动画的方式描述文化遗产随时间发生的
形态变化；对于复杂的需要解释的内容(如材质、
几何尺寸)，可在互动过程中适当地显示文本标注
信息，并与二维图像搭配展示。相关数据标准和
执行方案还有待进一步讨论和确定。
3.2三维模型的可检索性和互操作性
大部分资源平台的三维模型检索依赖于从描
述性文件中抽取元数据，然后基于分类或关键词
匹配的方式实现，期望探索新的检索方式。目前
主要的研究方向包括基于模型匹配的方法和基于
视图匹配的方法
[37]
。基于模型匹配的方法在早期
较为常见，该方法直接从几何模型中抽取几何
矩、骨架描述因子等特征用于图像匹配，但计算
复杂度高且耗时长，难以广泛应用；基于视图匹
配的方法，则应用深度神经网络算法，将不同视
角提取的二维图像特征通过加权处理后得到三维
模型特征，再进行相似度匹配。但是相关研究在
稳步推进中，尚不具备大规模推广应用的条件。
文化遗产的三维模型作为可视化方式，优点
在于能被不同专业和学科背景的受众轻松认知，
在教育与研究领域中发挥着愈加重要的作用，但
不能代替文字传达的丰富知识与经验。文字、视
频、二维图像、三维模型、虚拟现实等数字资
源，以互操作的方式进行组织，能产生更强的叙
事效果，让受众从语言、视觉、听觉等方面实现
认知融合，以深层次感受人物、事件、因果、冲
突和价值等因素在文化遗产上的综合表现。此
外，基于同一坐标系的、跨机构的三维模型融合
及互操作、基于三维地理空间可视化系统的考古
遗址定位与集成等，也是未来重要的研究方向。
3.3三维模型的版本控制和长期保存
版本控制也称修订控制或源代码控制，是用
于管理同一个数字化对象的多个版本的技术体
系。三维模型的版本控制需求主要体现在两个方
面：一是记录物态变化过程，对于材质不稳定性
高，或暴露在自然环境中易受损的文化遗产，不
同时间节点的三维模型对其状态监测和修复具有
136
重要的参考作用，需依次存档并从中挖掘有价值
的信息；二是保存不同精度和用途的三维模型，
高精度的三维模型用于研究和三维打印，低精度
的三维模型用于在线浏览，或加工成新的版本用
于虚拟场景展示，可对不同版本的三维模型和其
衍生关系进行妥善保存，以节约二次利用成本。
因此，在开发版本控制系统时可遵循以下原则：
一是保存对三维模型的修改和删除操作，并保存
对操作的描述性信息，如修改原因、修改日期和
修改结果；二是利用几何分析与图像识别算法发
现不同版本三维模型的差异，并提供基于可视化
的展示与对比分析；三是在保存版本差异的前提
下，研究三维模型的增量压缩算法，以提高数据
的存储效率。
此外，三维数字化技术的迭代更新会影响模
型的完整性和真实性，使其相较于物理对象变得
更加脆弱。在国际古迹遗址理事会(ICOMOS)主
持的项目中，部分数字化成果仅在2—3年内就失
去了原有的功能和信息
[38]
。可参照LOCKSS学术
期刊长期保存系统，创建一个涵盖数据创建、
管理、保存和应用等功能的资源管理系统和操
作指南，以点对点、高度复制的技术架构，以
开源的数据格式，主动地、集中性地实现文化遗
产三维模型的数据迁移和长期保存
[39]
。
4结语
本文在案例分析的基础上，总结了国外相关
机构在文化遗产领域实现三维数字化的一般技术
路线以及尚需解决的技术性和政策性问题。与国
外日趋完善的文化遗产三维数字资源体系不同，
我国的相关项目通常以单一的展览或机构为单
位，并将大部分精力投入在数据质量控制与展示
效果上，不利于下游产业与相关研究工作的开
展。国外取得的相关研究成果与实践经验对我们
具有一定的借鉴意义。可根据我国的实际情况及
未来发展需求，建立有效的资源规划策略，释放
市场潜力，加快创建完整的资源管理体系，提升
三维数字资产的应用价值。
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ropeana.
[18]AnOverviewof3DDataContent，FileFormatsand
Viewers.[EB/OL].[2022-06-16].https：//⁃
/files/applied-research/ncsa/8-an-over⁃
view-of-3d-data-content-file-formats-and-view⁃
.
[19]3DPDF.[EB/OL].[2022-07-16].https：//www.3dp⁃
/en/.
[20]Alias/Wavefront.[EB/OL].[2022-07-16].https：//dir⁃
/docs/new/.
[21]FBX.[EB/OL].[2022-07-16].https：//rmat.
com/3d/fbx/.
[22]DigitalAssetExchange.[EB/OL].[2022-07-16].https：//
/3d/dae/.
[23]GLTransmissionFormat.[EB/OL].[2022-07-16].https：//
/gltf/.
[24]PolygonFileFormat.[EB/OL].[2022-07-16].https：//
/3d/ply/.
◎2023年第11期◎
[25]STLfiles.[EB/OL].[2022-07-16].https：//⁃
/creativecloud/file-types/image/vector/stl-file.
html#stl.
[26]USDZ.[EB/OL].[2022-07-16].https：///
extension/usdz.
[27]X3D.[EB/OL].[2022-07-16].https：//3d.
org/x3d.
[28]gITFTutorial.[EB/OL].[2022-07-16].https：//
/KhronosGroup/glTF-Tutorials/blob/mas⁃
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07-16].https：///files/Europeana_Pro⁃
fessional/Europeana_Network/Europeana_Network_
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作者简介刘芳（通信作者，****************），中国
科学院文献情报中心、中国科学院大学经济与
管理学院图书情报与档案管理系博士研究生，
中国国家博物馆副研究馆员；吴振新，研究
馆员，中国科学院文献情报中心、中国科学院
大学经济与管理学院图书情报与档案管理系
博士生导师。
收稿日期2022-08-31
（责任编辑：刘木子；英文编辑：郑锦怀）
137
2024年3月30日发(作者：乜傲云)
三维数字化在国外文化遗产领域的应用
*
刘芳，吴振新
摘要文章以3D-ICONS、Sketchfab、史密森尼学会、Europeana等项目为例，分析国外文化遗
产领域在三维数字化方面取得的研究与实践经验；从数据采集与后期处理、数据格式与呈现载体、
数据标准与存储结构、数据版权保护等4个方面分析三维数字化过程中的关键性要素；探讨国外文
化遗产三维数字化在数据模型的科学研究、可检索性和互操作性、版权控制和长期保存等方面存在
的问题。
关键词三维数字化文化遗产数据组织
引用本文格式刘芳，吴振新.三维数字化在国外文化遗产领域的应用[J].图书馆论坛，2023，43
（11）：130-137.
Studyon3DDigitizationofCulturalHeritageAbroad
LIUFang&WUZhenxin
AbstractTaking3D-ICONS，Sketchfab，SmithsonianInstitution，Europeanaandothersimilarprojectsasexam⁃
ples，thispaperfirstanalyzesthepracticeof3Ddigitizationofculturalheritageabroadaswellascurrentstudieson
datacopyrightprotection，aimingto
preservationofthedatamodelof3Ddigitization，whichdeserveourfurtherexplorationandimprovement.
Keywords3Ddigitization；culturalheritage；dataorganization
introducessomekeyproblemsintheprocessof3Ddigitizationfromfouraspects，i.e.，data
resultshowsthatthoughhavingmadegreatachievementsin3Ddigitizationofculturalheritageabroad，thereare
someunsolvedproblemsinthescientificresearch，retrievalandinteroperation，copyrightcontrolandlong-term
collectionandpost-processing，dataformatandpresentationcarrier，datastandardandstoragestructure，and
0引言
文化遗产是人类认识历史，并从现象与本质
的辩证角度探索社会与科学发展规律的客观依
据，具备重要的研究价值。遗憾的是，不同于文
献类实体的广泛数字化应用和传播，文化遗产的
不可移动和不可获取性(本文中俱指物质文化遗
产)依然为直观性研究带来一定的困难。三维重建
技术的发展与成熟，让文化遗产能够以数字形态
重现，并为其研究和保护提供了新的路径。
伴随新技术产生的是新的数字资源类型。文
化遗产的三维重建作为一个跨越计算机技术、文
化遗产保护与研究的发展中的交叉领域，展现出
了强大的生命力和广泛的应用前景，受到各国政
府、科研机构和文化遗产保护单位的高度重视。
在计算机视觉技术与算法改进、应用实践与成果
展示等方面，取得了显著成绩及宝贵经验。但
是，鲜少有项目或文献从信息资源管理角度，
对三维模型的采集、加工、存储、管理与应用
等方面取得的成绩和存在的问题进行梳理与分
*本文系2022年度公共数字文化服务课题研究项目“文化馆数字化叙事的应用模式研究”（项目编号：GGSZWHFW2022-
006）研究成果。
130
析。随着三维数字资源的不断丰富，这方面存
在的问题将愈加凸显。本文通过分析研究国外
三维数字化取得的成果，为国内相关研究的深
化提供借鉴。
激光测距仪技术，在意大利为米开朗基罗创作
的、以大卫为代表的10余具雕塑创建高精度的
三维模型，并对外公开研究成果，以推动技术
发展
[1]
。自此，利用三维重建技术实现文化遗产
的保护与应用开启了新篇章。部分相关三维数
字化项目如表1所示，这些项目的侧重点各有
不同。
1研究现状
1998年斯坦福大学和华盛顿大学团队利用
表1三维数字化案例
项目名称
3D-ICONS
{2}
3D-COFORM
[3]
3DDigitization
BuildingforTomorrow
[4]
CityGML
[5]
CyArk
[6]
DigitalMichelangelo
DigitalHammurabi
[7]
Europeana
Flyoverzone
[8]
INCEPTION
[9]
IIIF3DWorkgroup
Nexus
[10]
RomeReborn
[11]
Sketchfab
TurboSquid
[12]
项目内容
欧盟委员会欧洲知名建筑、考古遗迹和文物的三维重建
英国布莱顿大学三维资源的工作流程整合，提高工作效率
史密森尼学会馆藏文物的三维重建、管理与应用
哈佛大学数字建筑文物的保存与利用
慕尼黑工业大学等在标准空间关系数据库之上存储、表示和管理虚拟的三维城市模型
CyArk与40多个国家合作，建立文化遗产的三维数字档案
斯坦福大学以大卫为代表的巨型雕塑三维重建
约翰霍普金斯大学楔形文字的三维可视化识别
Europeana欧盟支持的文化遗产数字转型计划
Flyoverzone交互式商业平台，对雅典、罗马、埃及古城等遗址的三维重建，实现虚拟漫游
欧盟地平线2020研究和创新计划文化遗产的三维重建，创建具有通用性的基于开放标准的语义资源平台
国际图像互操作性框架解决三维资源的跨平台互操作问题
视觉计算实验室基于OpenGL的三维可视化浏览工具
加州大学洛杉矶分校等基于虚拟现实技术实现罗马古城的三维重建
Sketchfab
交互式商业平台，便于三维资源的自由共享
Shutterstock
参与机构
3D-ICONS、RomeReborn、DigitalMi-
chelangelo、BuildingforTomorrow等项目更
注重三维数字化技术在文化遗产领域的应用实
践。比如，3D-ICONS是2012年由欧盟委员会
资助、16家机构参与的试点项目，为欧洲4，000
件具有显著文化特征的建筑、考古遗迹和文物制
作三维模型，满足民众基于互联网实现文化遗产
可视化浏览的需求。项目为同一件文化遗产对照
使用摄影、结构光、激光、飞行时间、相位法等
测量方式，详实记录数字化过程中使用的设备型
号、后期处理软件、技术路线及采集精度标准
等，通过研判不同方式的技术特性为每件文化遗
产制定最佳的数据采集策略，以提高工作效率。
文化遗产保护单位是三维数字化的重要参与
者，但大部分单位不具备相应的设备和技术能
力，需与第三方共同完成。Sketchfab与大英图
书馆、维也纳艺术史博物馆、爱尔兰考古与创新
中心等机构合作
[13]
，将三维模型发布到自营平台
◎2023年第11期◎
实现展示与管理，但需商定合作协议，明晰各方
的权利与义务。史密森尼学会作为世界上最大的
博物馆、教育和研究综合体，拥有约1.55亿件藏
品和标本，2009年成立数字计划办公室，下设
三维技术小组与欧特克、威瑞森、法如、谷歌等
科技公司合作探索技术解决方案，以完成馆藏的
三维模型创建与在线共享
[14]
；创建Voyager
Stories在线图像查看器，不仅支持文字与二维图
像、三维模型的混合编辑，还使用开源模式支持
软件的二次开发；在使用摄影测量技术实现复杂
结构对象的三维模型重建方面做了大量的研究工
作，强调对定位关系、照明位置、采集设备、算
法和UV贴图类型等信息进行详细记录的必要性。
CyArk、Europeana、INCEPTION等项目致
力于三维模型的跨平台聚合与资源共享。
Europeana作为欧洲文化遗产数字资源的聚合平
台，现有合作机构4，000余家，三维模型约
8，400余件。Europeana创建MINT2系统，实
131
现三维模型元数据统一格式的可视化转换和映
射，然后交付至MORE2存储，并对摄入元数据
的质量进行监控与统计；同时，追踪用户的使用
体验(包括数据质量、获取难易程度等)与需
求，以探寻能够得到共识的技术框架和操作指
南
[15]
。Sketchfab、TurboSquid等商业平台也随
着三维模型生产和消费市场的壮大应运而生。
Sketchfab于2012年成立于法国，以基于网络的
自由分享与交易三维模型为目标。目前平台存储
约400万件三维模型，其中文化遗产类约10万余
件。平台对主流浏览器、操作系统与三维数据格
式具备良好的兼容性，不需要安装任何插件即
可在线查看商品的网格、纹理、材质的渲染质
量，并提供评级；支持基于API的资源导入与
导出，并可嵌入到iFrame框架中实现基于
OAuth协议的资源授权。
选型。以采集对象为例，其体积大小、内外部结
构、是否可移动、颜色纹理、材质(吸光度/反光
度/透射率)等，对技术选型具有重要影响。采集
到的数据以结构或非结构化的点云进行存储，校
验完整性后进入后期处理程序。
数据的后期处理程序包括几何重建、模型构
造、视觉增强和假设重建四部分。几何重建：需
在保证采集对象几何特征的前提下，对原始点云
数据进行去噪处理；然后转换成曲面检查网格的
完整性，并对缺失部分进行填充处理；为满足在
线展示的需要，应对模型的网格数量进行简化，
然后利用UV、法线、实景等贴图方式进行渲染
以保证视觉效果的完整性，见图1(a)。模型构
造：对于结构复杂的文化遗产对象，如建筑、遗
址、结构复杂的文物，需由领域专家依据各组成
部分的功用、层次关系或者保存状态等，拆解成
简单结构进行数据采集，并在结束后将模型拼合
复原，见图1(b)。视觉增强：应用视觉技术对模
型进行物理渲染和视觉丰富，增强其在线展示的
真实性，见图1(c)。假设重建：参照保存的文
字、照片、图纸或相似物体，将模型恢复到损毁
前状态，见图1(d)。可根据三维模型的状态和用
途，有选择性地完成相应程序。作为科学研究素
材，三维模型的精准度、透明度和重现度是必然
要求。在数据采集前，应针对不同类型的文物设
计采集标准，从环境、点间距及拼合误差、数据
冗余度、色彩参数、纹理清晰度和贴图精度等方
面进行规范，便于实现质量控制。
2三维数字化的关键要素
文化遗产的三维数字化以物理对象的几何模
型和视觉纹理捕获为目标，具有数据精度高、成
本高、耗时长、技术更替快、存储消耗大等特
点。它是一个庞大的系统性工程，涉及数据采
集、后期处理、数字内容管理与衍生应用等程
序，关键要素包括以下方面。
2.1数据采集与后期处理
鉴于对文化遗产脆弱性保护的要求，数据采
集多采用非接触性的能量辐射设备完成，可分为
被动测量和主动测量两种类型。被动测量大部分
基于对二维图像的视觉计算实
现，例如摄影测量技术。在图
像特征识别算法得到充分改进
后，该方法因其易操作性和数
据透明性在文化遗产领域得到
普遍应用。主动测量方法可分
为激光测量、结构光测量、距
离测量(如相位法和飞行时间)
等常用类型。应在充分考虑数
据采集对象特点、环境、时
间、预算、成本效益、组织管
理难度等因素后，再决定技术
132
(a)几何重建(d)模型构造
(c)视觉增强(d)假设重建
图1三维模型的后期处理程序
[16]
格式名称
3DPDF(.pdf)
[19]
AliasWavefront(.obj)
[20]
AutodeskFilmbox，FBX(.fbx)
[21]
Collada，digitalassetexchange
(.dae)
[22]
GLTransmissionFormat(.gitf，
.glb)
[23]
PolygonFileFormat；Stanford
TriangleFormat(.ply)
[24]
(ptc)
(+)ptx
Stereolitography(.stl)
[25]
USDZ(AppleAR)
[26]
X3D(.x3d)
[27]
表2主要的三维数据格式
描述
将三维对象嵌入到PDF中，可进行旋转、缩放、平移等操作
基于ASCII/文本的格式，包括一个描述材料属性的同级MTL文
件，互操作性强
基于ASCII/文本的专有格式，可基于C++和Python进行编辑
开放标准XML模式，可在不同应用程序之间转化格式；被ISO采
用，可对视觉场景进行全编码
基于JSON标准开发，可互操作、可实时渲染的资产交付格式，无
需进行格式转化即可传输给图形API
基于ASCII/文本编码的格式，可存储曲面、点云、颜色、纹理坐
标和法线
法如点云格式
莱卡点云格式
没有颜色或纹理信息的三维对象，以ASCII和二进制形式存在；主
要用于三维打印与快速原型制作
专为AR设计的、专有的文件格式，仅在iOS设备使用
专为万维网设计的三维模型标记语言，基于XML格式开发，是
VRML标准的升级版本，是通过ISO认证的国际标准
使用目的
数据展示
数据交换
数据交换
数据保存
开发者
Adobe
Wavefront
Technologies
Autodesk
KhronosGroup
数据展示与交换KhronosGroup
数据交换
数据保存
数据保存
数据打印
斯坦福图形实验室
法如
莱卡
3DSystems
数据展示与交换Apple，Pixar
Web3D
数据展示与保存
Consortium
2.2数据格式与呈现载体
数据格式是用于描述数据的记录规则，可分
为数值、字符或二进制数等形式，不同的数据格
式在逻辑结构和长度上存在较大区别。三维模型
数据体量大且缺乏标准化的定义，目前存在约
140多种存储格式，文化遗产领域常见的数据格
式见表2
[17]
。从使用目的方面，可以分为展示、
保存、交换和打印四种，不同的数据格式将会对
数据的采集、存储、检索、比较和渲染方式产生
重要影响
[18]
。因此在项目开始前应根据最终产品
的用途，充分考虑格式的优缺点后进行选择。
相应地，也存在多种在线图像查看器与三维
制作软件，用于满足不同数据格式的编辑要求，
这为三维模型的在线展示、数据融合
和虚拟场景制作带来困难。目前市场
常见的在线图像查看器有3DHop、
Potree、INCEPTIONViewer、Hexal-
ab、Sketchfab、SmithsonianViewer
等，常用的制作软件有Blender、
MeshLab、LightWave3D、3DSOM、
CloudCompare等，这些软件在数据逻
辑、数据精度、技术标准、视觉处理算
法和图形渲染方式上存在较大区别。制
作一个三维模型，有时需要2—3种数
据处理软件的协同配合。
数据格式与软件载体中，有一部
◎2023年第11期◎
分是受到商业保护的。相较于开源技术，商业模
式的服务更加完善，但是对跨平台的数据编辑和
格式转换有诸多限制；且随着市场的不断变革和
细分，版本更替十分频繁，会间接导致三维数字
资产的损耗和浪费，需要一种通用的资产交付格
式满足跨平台的数据展示及创意衍生。HTML5
及Web平台发布的配套标准，为X3D与GL
TransmissionFormat提供了强大的应用前景。
它们都可以基于图形API(OpenGL或Web
GL)，在无需安装插件的前提下实现三维模型的
导入、解析、加载与转换，并在实时运行过程中
以标准化的内容形式高效传输并渲染简单或复杂
三维场景(模型)如图2所示。区别在于，X3D格式
图2基于gITF的数据展示与交互
[28]
133
对投影纹理映射(PTM)和物理渲染(PBR)等新技术
的支持性更强，更适用于虚拟场景的融合与展
示；而gITF格式的读取效率更高，更适用于网络
与终端间的资产交付。
2.3数据标准与存储结构
数据标准用于解决三维模型在识别、检索、
定位和重用中存在的可用性、互操作性和可持续
性等问题。相关标准应满足三维模型的重新发现
和访问、数据溯源及技术表征、物理对象(即文化
遗产)等信息描述。应著录如下内容：一是项目信
息，包括：项目的目标、范围和日期；影响数据
采集及处理方式的相关因素；使用的数据处理方
法、技术和仪器(包括规格和校准细节)；参与人
员。二是文化遗产对象，包括：文化遗产类别和
物理特征；文化象征意义、地理位置和时间信
息；参考文献。三是数字对象(可存在多个)，包
括：数字对象的名称、主题、类别、所有权和访
问许可证等基本信息；数据信息，如几何体、三
角面、顶点、纹理、物理渲染、材质、颜色、
UV层、动画和注释的具体数值与描述；出处，
如高精度模型衍生的应用版本。四是存档文件，
包括：数字对象的数据文件和源文件清单、在线
展示和编辑时需使用的软硬件环境等
[29]
。常见的
三维数据标准和特点如下。
(1)Smithsonian
[30]
。该标准由史密森尼学会
创建，主要用于满足学会对三维数字资产的管理
需求，标准细节仍处于修订状态。其中，详细规
范了应用摄影测量方式实现数据采集及后期处理
的技术程序；对恐龙骨骼化石标本等结构复杂的
可移动文化遗产进行拆解采集和重构尝试，结构化
保存各组成部分的几何数据及其组合关系；对应文
化遗产的物理特征描述不包含在该标准中；创建了
虚拟重建描述项，但尚不保存相关数据。
(2)LIDO
[31]
。由国际博物馆理事会下CIDOC
CRM委员会创建，主要用于从各博物馆的藏品
管理系统中获取数据，是常见的数据交换标准。
LIDO对文化遗产的概念模型及相应的数字对象
构建了详细的架构和描述规范，能够在对象间建
立丰富的关联关系，但是相对弱化了对三维重建
过程的描述。
(3)CARARE
[32]
。由CARARE和ICONS项目
共同创建，主要面向考古遗迹和建筑遗址等不可
移动文化遗产的三维模型重建。对数据采集及后
期处理程序进行了详细的规范，同时定义了文化
遗产描述信息、高清三维模型及其衍生数字资源
的存档封装结构。
(4)EuropeanaDataModel
[33]
。主要用于欧
洲文化遗产数字对象的资源整合与在线展示，与
其他标准具有兼容性和互操作性；不包含数据的
溯源信息；虽然创建event类数据类型对数字化
过程进行描述，但内容有限；应27个欧洲国家
呼吁，2020年发布文化遗产三维数字化的10项
指导原则与提示，以助其取得最佳实践效果。
在文档存储结构方面，ICONS项目给出基
于CARARE标准制定的操作指南。以图3所示色
雷斯奥斯曼帝国纪念碑(OttomanMonuments
图3基于CARARE创建的存档文件封装结构
134
inThrace)为例，封装数据包中存放3个主文件：
文化遗产描述信息、高清三维模型以及由高清模
型衍生的在线展示模型。每个主文件都保存对文
件内容的说明性文档。在每个模型的主文件中，
还保存了数字化过程和模型数据子文件，以保证
数据的长期可用性；在封装的数据包中定义了
start元素，便于记录多个主文件(如需拆解处理
的复杂模型或存在多个衍生模型时)的关系结构。
2.4数据版权保护
文化遗产的三维模型是古典艺术品、考古文
物或历史遗迹的数字化表现形式，具备保护与应
用价值。若没有完善的保护策略，在网络存储、
展示和传播过程中，可能失去对数字资产的版权
控制，这是相关机构不愿集中共享资源的主要原
因之一。可能的数据攻击方式见图4：(a)具有访
问权限的用户，可借助逆向工程破坏加密程序并
获得数据文件；(b)采用程序跟踪、内存转储和代
码替换等方式，通过篡改在线图像查看器
(viewer)程序获得数据文件；(c)通过篡改或攻击
图形驱动程序的方式获得数据文件；(d)从帧缓冲
区获得精确的场景渲染参数，然后利用视觉技术重
建数据文件；(e)依据最终显示图像重建数据文件。
图4三维模型的数据攻击方式
目前可用的版权保护策略包括：一是远程渲
染技术。斯坦福大学数字米开朗基罗项目开发了
基于客户端-服务器的远程渲染系统，以提供三
维模型的受控访问。在系统中，用户可对低分辨
率版本的三维模型进行旋转、缩放和照亮等操
作；当用户停止操作后，远程系统调用高清模
型，生成与当前显示角度匹配的高清二维图片对
低分辨率模型进行渲染。该过程在数据传输延时
足够低的情况下不会影响用户的体验效果
[34]
。二
是数字水印与数字指纹技术。可将版权信息制作
成脆弱性或鲁棒性水印嵌入到三维模型中。例
◎2023年第11期◎
如，脆弱性水印在模型受到裁剪或者几何变换攻
击导致水印损毁时，数据的完整性也会遭到破坏
并无法展示。三是基于区块链的版权认证与交易
系统。创建不可伪造和篡改的分布式账本，实现
三维模型数字版权的认证、发布、溯源和维权取
证
[35]
。四是基于GPU的硬件解密。利用公钥对三
维模型的数据文件加密，然后在客户端解密数据
并进行渲染，同时防止缓冲区回读数据。五是几
何形变。在几何顶点通过图形驱动程序之前，对
其进行细微的形变，该形变可随着视角的变化恢
复正常值；使得攻击者无法从最终图像捕获原始
坐标点，若强行视觉重建将导致数据失真。
3存在问题与对策
3.1三维模型的科学研究
在三维模型的数据采集和后期处理程序中，
存在大量软件和人工的干预因素，这会对模型的
透明性、重现性和准确性产生影响。例如，在激
光测量中，数据采集软件对点云、曲面网格的成
像以及数据格式转换的过程控制是不透明的；同
时，在后期处理程序中，无法记录技术人员为了
达到既定的视觉展示效果对模型数据进行了哪些
操作(存在修饰的可能性)；反之，摄影测量解决
了模型再现问题，在采集时为TIF、RAW、DNG
等生成的数据格式嵌入了可交换图像文件(Exif)，
详细记录了数据的创建时间、ISO速度、快门速
度、焦距和光圈信息，提供了原始的书面证据。
再如，假设重建过程包含了大量的、推理性的不
确定性因素。作为研究素材，学者们更倾向于对
模型的修饰情况和不确定部位进行显著的标注，
而不是应用图像渲染技术将其掩盖或者隐藏。
2006年起草的《伦敦宪章：关于基于计算
机的文化遗产可视化》要求，应记录足够的信
息，保证基于计算机的可视化方法和结果能够根
据其应用的情景和目的进行有效的理解和评估；
特别要求保存可视化过程中具有评估性、分析
性、演绎性、解释性和创造性的决定性文件，用
以研究溯源并理解其中的隐性知识、显性推理和
可视化结果之间的关系，保证数据的透明性和严
谨性
[36]
。优化建议：尽量使用开源的软件完成数
135
据的采集和处理过程；创建指示不确定性的标准
化图标，并在模型上进行标注；应用透明度、假
着色等非真实的渲染技术对不确定部分进行渲
染；采用动画的方式描述文化遗产随时间发生的
形态变化；对于复杂的需要解释的内容(如材质、
几何尺寸)，可在互动过程中适当地显示文本标注
信息，并与二维图像搭配展示。相关数据标准和
执行方案还有待进一步讨论和确定。
3.2三维模型的可检索性和互操作性
大部分资源平台的三维模型检索依赖于从描
述性文件中抽取元数据，然后基于分类或关键词
匹配的方式实现，期望探索新的检索方式。目前
主要的研究方向包括基于模型匹配的方法和基于
视图匹配的方法
[37]
。基于模型匹配的方法在早期
较为常见，该方法直接从几何模型中抽取几何
矩、骨架描述因子等特征用于图像匹配，但计算
复杂度高且耗时长，难以广泛应用；基于视图匹
配的方法，则应用深度神经网络算法，将不同视
角提取的二维图像特征通过加权处理后得到三维
模型特征，再进行相似度匹配。但是相关研究在
稳步推进中，尚不具备大规模推广应用的条件。
文化遗产的三维模型作为可视化方式，优点
在于能被不同专业和学科背景的受众轻松认知，
在教育与研究领域中发挥着愈加重要的作用，但
不能代替文字传达的丰富知识与经验。文字、视
频、二维图像、三维模型、虚拟现实等数字资
源，以互操作的方式进行组织，能产生更强的叙
事效果，让受众从语言、视觉、听觉等方面实现
认知融合，以深层次感受人物、事件、因果、冲
突和价值等因素在文化遗产上的综合表现。此
外，基于同一坐标系的、跨机构的三维模型融合
及互操作、基于三维地理空间可视化系统的考古
遗址定位与集成等，也是未来重要的研究方向。
3.3三维模型的版本控制和长期保存
版本控制也称修订控制或源代码控制，是用
于管理同一个数字化对象的多个版本的技术体
系。三维模型的版本控制需求主要体现在两个方
面：一是记录物态变化过程，对于材质不稳定性
高，或暴露在自然环境中易受损的文化遗产，不
同时间节点的三维模型对其状态监测和修复具有
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重要的参考作用，需依次存档并从中挖掘有价值
的信息；二是保存不同精度和用途的三维模型，
高精度的三维模型用于研究和三维打印，低精度
的三维模型用于在线浏览，或加工成新的版本用
于虚拟场景展示，可对不同版本的三维模型和其
衍生关系进行妥善保存，以节约二次利用成本。
因此，在开发版本控制系统时可遵循以下原则：
一是保存对三维模型的修改和删除操作，并保存
对操作的描述性信息，如修改原因、修改日期和
修改结果；二是利用几何分析与图像识别算法发
现不同版本三维模型的差异，并提供基于可视化
的展示与对比分析；三是在保存版本差异的前提
下，研究三维模型的增量压缩算法，以提高数据
的存储效率。
此外，三维数字化技术的迭代更新会影响模
型的完整性和真实性，使其相较于物理对象变得
更加脆弱。在国际古迹遗址理事会(ICOMOS)主
持的项目中，部分数字化成果仅在2—3年内就失
去了原有的功能和信息
[38]
。可参照LOCKSS学术
期刊长期保存系统，创建一个涵盖数据创建、
管理、保存和应用等功能的资源管理系统和操
作指南，以点对点、高度复制的技术架构，以
开源的数据格式，主动地、集中性地实现文化遗
产三维模型的数据迁移和长期保存
[39]
。
4结语
本文在案例分析的基础上，总结了国外相关
机构在文化遗产领域实现三维数字化的一般技术
路线以及尚需解决的技术性和政策性问题。与国
外日趋完善的文化遗产三维数字资源体系不同，
我国的相关项目通常以单一的展览或机构为单
位，并将大部分精力投入在数据质量控制与展示
效果上，不利于下游产业与相关研究工作的开
展。国外取得的相关研究成果与实践经验对我们
具有一定的借鉴意义。可根据我国的实际情况及
未来发展需求，建立有效的资源规划策略，释放
市场潜力，加快创建完整的资源管理体系，提升
三维数字资产的应用价值。
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作者简介刘芳（通信作者，****************），中国
科学院文献情报中心、中国科学院大学经济与
管理学院图书情报与档案管理系博士研究生，
中国国家博物馆副研究馆员；吴振新，研究
馆员，中国科学院文献情报中心、中国科学院
大学经济与管理学院图书情报与档案管理系
博士生导师。
收稿日期2022-08-31
（责任编辑：刘木子；英文编辑：郑锦怀）
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