体育文化遗产数字化保护研究与应用，本文主要内容关键词为：文化遗产论文,体育论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：G80-05 文献标识码：A 文章编号：1000-677X(2007)03-0012-05
中华民族五千余年绵延不绝的历史，留下了丰富而珍贵的体育文化遗产，它们是中华民族创造智慧的结晶，集中体现了中华民族独特的体育文化。然而，随着时间的流逝，人类社会的发展和生活方式的演变，今天，许多传统体育文化遗产不断遭到破坏，一些传统体育项目不能得以流传，具有独特中华文化内涵的民族体育文化的记忆正在逐步丧失。如何利用先进的科学技术手段来保护中华民族宝贵的体育文化遗产，以留住我们民族的记忆，这已日益成为令人关注的重要问题。
1 研究对象的概念界定
体育文化遗产保护的方式多种多样，如体育文化遗产的活态保护、体育文化遗产的考察与记录、体育文物的修复与保护、体育博物馆建设、体育文化遗产的宣传等等。运用这些传统的保护手段，我们的体育文化遗产保护已经取得了许许多多的成果。但是，由于时间、经费、保护手段自身固有的缺陷等因素的限制，原有的保护手段已经越来越难以满足文化遗产保护发展的需要。运用数字化技术，对体育文化遗产进行保护，为我们提供了一种新的保护方法和途径。
体育文化遗产的数字化保护是一个跨学科、多层次、多维度的研究与应用领域，它综合应用计算机图形图像技术、网络技术、数据库技术、多媒体技术、人工智能技术和虚拟现实技术等手段，对体育文化遗产［如体育运动项目、体育文物、体育场（馆）或遗址、体育文献、体育历史人物、体育制度、体育教育和体育文化习俗等内容］进行数字化保存与存档，对体育活动进行数字化仿真，对体育文物进行数字化复原或虚拟修复和演变模拟，对体育文化遗产进行数字化展示，构建体育文化遗产信息系统等等。
2 研究现状分析
文化遗产的数字化保护作为文化遗产保护的新手段和内容，受到世界各国学者的广泛重视。在国外，越来越多的学者开展了数字化文化遗产的研究工作，如美国斯坦福大学的数字米开朗基罗项目[1]，美国布朗大学的 SHAPE项目[2]，美国亚利桑那州立大学的PRISM(Partnership for Research in Spatial Modeling)项目[3,4]，欧盟的虚拟文物ViHAP3D项目[5]，罗马大学、费拉拉大学与加州大学伯克利分校合作的罗马大剧场数字化项目[6]，日本奥兹大学对日本奥兹地区的活态文化遗产狮子舞的数字化保护工程等等[7]。一些多媒体、虚拟现实技术或图形学方面的国际会议，如虚拟系统与多媒体会议(Virtual System and Multimedia,VSMM)就开设了文化遗产专题——到2005年为止已经进行了7次关于文物方面的会议主题；其他一些会议，如电子图像与视觉艺术会议(Electronic Imaging and the Visual Arts,EVA)，也都包含了大量将多媒体与虚拟现实技术应用于数字化文物的内容[8,9]。
目前，许多发达国家正在大规模地启动数字化文化遗产工程。1992年，为了便于永久性地保存和最大限度地为公众公平地享有文化遗产，联合国教科文组织 (UNESCO)开始推动“世界的记忆”(Memory of the World)项目，在世界范围内推动文化遗产数字化。1999年，在芬兰的倡议下，欧盟国家开始启动一项多国框架性合作项目“内容创作启动计划”，在该计划中，文化遗产数字化被确定为基础性内容[7]。
国内在文化遗产数字化保护领域也作了一些探索性的研究与应用工作。近年来，浙江大学计算机科学与技术学院先后承担国家自然科学基金重点项目“多媒体与智能技术集成及艺术复原”、国际合作项目“敦煌艺术石窟虚拟展示技术研究”、国家重点基础研究973项目“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”、863国际合作项目“古代珍贵壁画的数字化保护与临摹技术研究”、国际合作项目“数字图书馆”等十多项与文物数字化技术相关的国家级、省部级项目，在国内、外重要的期刊和会议上发表50多篇相关研究论文，并取得多项数字化文物方面的国家专利[8,10]。 1998年底，敦煌研究院与美国西北大学共同开展“数字化敦煌壁画合作研究”项目[9]。2000年10月，日本凸版印刷公司与中国故宫博物院签订了第一期文化资产数字化应用研究合作协议。在双方的共同努力下，于2003年10月在故宫博物院内建成了“故宫文化资产数字化应用研究所”，这个研究所是我国博物馆界第一个中外合作的实体，建有我国博物馆界第一个“虚拟现实”演播厅，安装了最先进的计算机系统和播放设备。通过双方合作，制作并推出了我国第一部大型虚拟现实作品《紫禁城·天子的宫殿》，作品一经问世，立刻引起轰动。故宫博物院利用自身的文化优势和人才资源，引进国外先进的科学技术，开创了一条博物馆信息化建设的新路，为弘扬中华传统文化的精华做出了贡献，对推进我国博物馆建设的现代化进程具有普遍的指导意义[11]。
近年来，具有民族特色的体育文化受到了高度重视。 1990年9月，中国体育博物馆建成并对外开放，它是我国第一座收藏、陈列和研究中国体育史料，宣传中国体育文化的专业博物馆。2005年9月，山东临淄足球博物馆开馆，该博物馆陈列了古今中外150多件珍贵文物和300多幅历史图片，复原场景20多个，系统展示了2400多年以来足球的起源、发展和传播过程。2005年11月，中国武术博物馆在上海体育学院开馆，这是我国第一个以武术历史与文化为题材，全方位展示中国武术悠久历史，再现中华民族传统文化的专业博物馆。目前，浙江大学正承担着国家自然科学基金重点项目“远程沉浸式虚拟奥运博物馆关键技术研究”的研究工作，这是我国与体育文化遗产数字化保护相关的重要的研究项目；另外，北京航空航天大学正在从事“虚拟五禽戏交互系统”的研制[12]。
从总体上说，文化遗产的数字化保护研究与应用在世界各国已经得到了广泛地开展。在我国，体育文化遗产的保护主要侧重于体育文化遗产的考察与文本整理、硬件建设和保护等方面，体育文化遗产的数字化保护工作尚处在起步阶段。
3 研究的内容与层次
体育文化遗产的数字化保护是一个复杂的系统工程，从总体上说，它包括体育文化遗产内容的考察、挖掘与整理和数字化体育文化遗产两个阶段，数字化体育文化遗产是研究的主体，体育文化遗产内容的考察、挖掘与整理工作是实施数字化工程的前提和基础。在两个阶段，又依照要求、研究计划、研究周期、资金、人员和技术条件的不同而分为不同的层次和内容（图1）。
图1 体育文化遗产数字化保护的内容和层次框图
3.1 体育文化遗产的考察、挖掘与整理
体育文化遗产数字化保护的首要工作，是对体育文化遗产进行系统的考察、挖掘和整理。我国的体育文化具有历史悠久、体育项目种类丰富、民族和地域特色十分明显等特点。面对浩如烟渺的体育文化遗产，对于它们的整理工作在保持整体性的同时，需要结合自身的研究条件，注意突出重点，有计划、分步骤地进行。
体育文化遗产的考察、挖掘和整理，包括3个阶段：1)体育文化遗产研究内容的界定与选取；2)体育文化遗产的考察和挖掘；3)体育文化遗产的综合整理。就体育文化遗产研究内容的选取而言，又可以分为单一体育文化遗产内容、多个的体育文化遗产内容、特定时期或特定地域或特定民族体育文化遗产、中华民族总体的体育文化遗产4个层次。在对体育文化遗产进行考察的过程中，需要综合运用人类学、历史学和社会学的理论和研究方法，将田野考察、问卷调查、专家访谈和文献查阅等方法有机结合起来，对所选择的研究内容进行深入分析与整理，从而获得全面、完整、真实、科学的认识结果。这一阶段的工作，是下一步进行数字化工作的重要基础，应该以从事体育人文社会学、体育史学、考古学等研究的专业人员为主导来实施和完成。
3.2 数字化体育文化遗产
数字化体育文化遗产的内容主要包括[13]：1)体育文化遗产内容的数字化保存与存档；2)体育运动的数字化仿真；3)体育文物数字化复原或虚拟修复和演变模拟；4)体育文化遗产信息系统的构建；5)体育文化遗产的数字化展示等。
3.2.1 体育文化遗产内容的数字化保存与存档
体育文化遗产内容的数字化保存与存档包含体育文化遗产内容的数字化获取、处理、表达、存储等内容。体育文化遗产内容数字化存档的手段表现为多途径、多层次。随着扫描仪、数码相机、摄像机等高性能数字化工具的普及，大大简化了数字化采集、获取的过程。而且，越来越多的硬件厂商还在不断推出高精度、高性能的数字化仪器，使得数字化操作更加便捷、精确。
数字化获取的手段主要有以下几类（表1）：1)运用数码相机、平板扫描仪等设备，可以采集、获取二维图形图像信息；2)运用摄像机可以实现对动态影像信息的采集、获取；3)运用动作捕获设备，可以对人体动态信息进行采集，在计算机硬件和软件系统的支持下，可以对获取的运动数据进行编辑和重用；4)运用激光三维扫描技术，可以对体育文物的三维形态和表面特征信息加以数字化采集，通过对点云图的处理，可以形成一个完整的三维模型，在对模型赋予相应的材质、光照效果的基础上，可以构建出精确的、高分辨率的三维虚拟物体（图2[1]）；5)运用数字化照相测量法或基于图像的建模技术(Image-Based Modeling)，可以构建较为简单的三维模型[13]。
图2 斯坦福大学研究人员利用非接触式三维激光扫描技术完成的大卫雕塑高分辨率三维数字模型图
运用数字化手段获取体育文化遗产信息以后，借助专业的图形图像处理软件和可视化技术手段，可以对获取的数字信息进行处理和可视化表达，从而得到最终的数字化文档。通过对数字化文件进行分类、编目，借助计算机存储设备，可以实现数据的保存。
3.2.2 体育运动的数字化仿真
体育运动信息是体育文化遗产的重要内容，由于历史的演进、社会生活的发展变化等因素的影响，许多富有民族特色的体育运动已经遗失或正处于濒临消失的边缘；另外，由于技术条件的限制，即使采取了保护措施，许多体育活动的信息也没能得到完整的保存，而仅仅是以文字或图片的方式加以记录。运用数字化技术，实现对传统体育活动的数字化仿真，就可以帮助解决上述的一些问题。
体育运动的数字化仿真，包括虚拟人体和场景的建模、虚拟人的运动控制、虚拟体育运动的可视化等内容[14]。虚拟人体和场景的建模，主要包含了两个层次的研究内容，即虚拟人的几何表示方法和虚拟人体的建模方法。虚拟人的几何表示可采用棒模型、体模型、表面模型和分层表示模型等方法；虚拟人体的建模则可以采用基于三维测量的人体建模技术、基于图像的人体建模技术等方法。虚拟人除了有几何属性外，还需要有逼真的运动和行为特性，虚拟人的运动控制就是关于这两类特性的数字化再现，其目的是实现逼真的虚拟人运动或人体动画，借助关键帧方法、基于物理的方法、逆运动学方法、动作捕获的方法等动作信息获取手段，可以生成大量逼真的运动片断，在此基础上，运用运动编辑与合成技术，则可以生成更为完整的虚拟人的运动数据。虚拟体育运动的可视化，则是在上述基础上，将虚拟人体、场景的三维模型信息（包括纹理）与虚拟人的运动信息进行融合，通过渲染计算，实现单个或群体体育运动的虚拟仿真。浙江大学计算机学院现代工业设计研究所研制的编钟乐舞系统[15]，借助了激光三维扫描、动作捕获和动画制作等技术手段，实现了具有楚文化特征的人物舞蹈活动场景的虚拟仿真（图3）[15]。
图3 编钟乐舞系统中舞蹈场景的虚拟仿真图
3.2.3 体育文物的数字化复原或虚拟修复和演变模拟
体育文物是体育文化遗产中的重要组成部分，由于自然风化的破坏、重大灾害的威胁以及自身的寿命限制，许多体育文物已经破损。通过参考相关的文物资料，在科学推理的基础上，利用数字化技术，可以对已经遭到损坏的文物进行数字化重建和复原，这对于文物保存、文物复制均具有重大的意义。另外，传统的文物修复具有不可逆性，有较大的风险，运用计算机技术，能够对体育文物进行虚拟修复和演变模拟[10]，（图4[8]）。体育文物的数字化修复为文物的物理保护、修复过程提供了充足的科学依据和测试环境，将保护工作的危险性降至最低。
图4 浙江大学承担的敦煌壁画数字化保护项目中对壁画褪色的演变模拟图
3.2.4 体育文化遗产信息系统的构建
体育文化遗产信息系统的构建，是体育文化遗产数字化保护工程的重要内容之一。运用计算机软件技术和人工智能技术，通过分类、编目和归档，可以建立体育文化遗产信息的数据库，开发体育文化遗产的管理信息平台。对于信息系统来说，检索是一种必备的工具，它可以包含文字检索、二维图像检索、三维模型检索或多媒体信息的检索。建立体育文化遗产的综合信息平台，可以方便专业人员实现对体育文化遗产信息的科学管理、查询、检索和研究。
3.2.5 体育文化遗产的数字化展示
体育文化遗产的数字化展示是一项重要的研究内容。数字化展示的方式多种多样，其中，数字博物馆是十分重要的展示方式。传统的博物馆是一个收集、研究和展示历史、文学、艺术、工业技术、自然科学等实物资料的场所；博物馆的收藏向公众开放，可以达到教育、学习、研究和娱乐等目的。然而，在一般的博物馆中，由于种种原因，我们通常只能看到其中一部分藏品，大多数收藏品都没有展示出来，即便是展示出来的文物，也只能看到它们的某几个角度的外部形态而不能看到全貌，另外，参观者必须亲临展出现场才能观看。数字博物馆通过文字、图形图像、三维数据、视频、声音等的综合使用，可以使参观者获得全方位的信息。
数字博物馆的建设是一项复杂的系统工程，它包含电信基础设施建设、计算机硬件支持系统、信息检索、数字信息处理、数字信息存储、数字信息交换、数字信息组织以及界面设计等内容，其中，数字信息处理、存储、交换，数字信息的组织和界面设计是数字博物馆建设中较为核心的要素，这些要素决定着数字博物馆最终的使用效率、可靠性和可用性[16]。
数字博物馆的类型多样，主要包括基于网络的数字博物馆、CD-ROM光盘虚拟博物馆、基于虚拟现实技术的数字博物馆等类型。
1.基于网络的数字博物馆。基于网络的数字博物馆是借助网络，在分布式系统环境下，建立的一个数字展示空间。用户可以透过网络，通过登陆数字博物馆界面，对数字博物馆的信息进行浏览、检索和下载。基于网络的数字博物馆，不受时间和地点的限制，可以实现观众在任何时间、任何地点对它进行参观浏览，增强了信息传播的便利性和参观者的自主性。
2.CD-ROM光盘数字博物馆。CD-ROM光盘数字博物馆是指以演示光盘的形式、主要运行于个人计算机上的数字博物馆。用户通过运行光盘，通过显示终端可以对数字信息进行浏览。这种以数字出版物为载体的展示方式，大大方便了用户进行信息浏览和数据保存。
3.基于虚拟现实技术的的数字博物馆。虚拟现实技术(Virtual Reality)，简称VR，又译为临境技术、灵境技术等，它通常是指用头盔显示器和传感手套等一系列新型交互设备构造出的一种计算机软硬件环境，人们通过这些设施，以自然的技能（如头的转动、手的动作、身体的运动等）向计算机输入各种指令，并得到计算机对用户的视觉、听觉及触觉等多种器官的反馈，随着人们动作的变化，这些感官反馈也随之改变[17]。运用虚拟现实技术建立的数字博物馆，可以让用户通过桌面数字终端、多投影面设备或大屏幕，在沉浸式虚拟环境下，对虚拟场景、虚拟文物及其他多媒体信息进行具有真实感的浏览和人机交互。
4 研究实例——“中华体育多媒体演示系统”的开发
“中华体育多媒体演示系统”的开发是我们在体育文化遗产数字化保护领域的前期研究工作，它是国家自然科学基金重点项目——“远程沉浸式虚拟奥运博物馆关键技术研究”(60533080)的子课题。该多媒体演示系统旨在通过计算机技术与体育人文社会学的交叉融合，对中华体育文化遗产进行挖掘、整理并进行数字化构建与展示，进而达到保护民族体育文化遗产资源、弘扬中华体育文化的目的。
4.1 总体思路
本演示系统的开发主要包括两个阶段：1)体育内容的考察、挖掘和整理；2)多媒体演示系统的研制。体育内容的考察、挖掘和整理，由从事体育人文社会学研究的专业人员通过团队合作的方式进行。在内容整理过程中，研究人员以《中国古代体育史》、《中国近代体育史》、《中国现代体育史》以及其他专门的体育文献资料为基础，结合对体育博物馆的考察，进而对体育研究内容形成较为全面、清晰地认识。多媒体演示系统的研制，包括演示系统技术路线分析、系统设计、系统开发、系统测试和系统评估等内容。
本演示系统从内容上包括中华体育文化总体面貌的介绍和具有代表性的体育个案内容的集中展示两大部分，最终以CD-ROM系列演示光盘的形式进行展示。第一部分（综述篇）着眼于从宏观上梳理、归纳和展示中华体育上下五千年的整体面貌；第二部分（分论篇）主要从微观的角度，对具有中华民族自身特色的体育内容的个案（如代表性的传统体育运动项目蹴鞠、武术等）进行深入研究和数字化构建与展示。目前，第一部分（综述篇）的研制已经基本完成。
4.2 “中华体育——综述篇”系统结构
“中华体育”综述部分在内容上以时间为主线，分成中华古代体育（原始社会～清朝末期）、中华近代体育（清朝末期—1949年）、中华现代体育（1949年至今）三大板块。古代部分重点介绍具有民族特色的9大类体育项目：蹴鞠、武术、马球、摔跤、投壶、围棋、养生、长跑和民俗体育；近代部分重点展示近代中国体育发展的4个重要阶段的面貌，即西方近代体育传人和早期发展（1840-1911年）、近代中国体育的演变（1912-1927年）、近代中国体育体制的形成（1927-1937年）和战时状态下的体育（1937-1949年）；现代部分着重展示新中国体育事业初创时期（1949-1956年）、新中国体育的曲折发展时期（1957-1966年）、“文革”时期（1966-1976年）和体育事业开创新局面时期（1976年至今）我国体育的发展状况（图5）。
图5 “中华体育——综述篇”演示系统结构框图
4.3 “中华体育——综述篇”演示系统功能和技术手段
本演示系统（图6）整合了文字、图像、视频、音频、动画和游戏等多媒体要素，提供文字、图像、视频和动画的浏览功能，互动游戏功能。在系统研制过程中，体育内容的获取采用了数字扫描技术，图像、文字的处理、界面设计使用了Photoshop、CorelDraw等软件，3D建模及动画制作使用了Maya软件和Flash软件，互动游戏采用C++程序语言进行开发，视频剪辑采用Premier软件，最终以Authorware多媒体软件作为系统整合平台。
图6 演示系统界面截屏图
4.4 系统评价
通过测试和修改，该演示系统稳定性、可用性较强。系统制作完成以后，由体育领域专业人员和计算机领域专业人员先后对该系统作出评价意见，认为该部分系统的内容全面，表现手段丰富，达到了展现中华体育总体面貌的目的。
4.5 今后工作的方向
结合本课题研究的要求、研究周期以及技术条件，下一阶段的研究和开发的重点将主要是以下几个方面：
1.对“中华体育——综述篇”多媒体演示系统进行完善，充实该部分的素材库，进一步提高系统的交互性和演示效果；
2.加强中华体育文化遗产内容的深度挖掘和数字化保护，选取具有代表性的体育内容进行深入研究和集中展示，在此基础上，完成“中华体育多媒体演示系统”第二大部分——“分论篇”的研制。
5 结论
体育文化遗产的数字化保护是一个多维度、多层次、多学科交叉的研究领域，由于我国体育文化遗产资源的丰富多样，需要我们依照自身的条件有计划、有步骤、分阶段地将这项工程逐步推进。体育文化遗产的数字化保护与应用，使体育文化遗产的保护跨上了一个新的台阶，具有非常广泛的研究和应用前景。随着2008年第29届奥林匹克运动会的日益临近，随着“科技奥运”、“人文奥运”理念的提出与实施，体育文化遗产的数字化保护工程将会在普及奥林匹克精神、弘扬中华民族优秀文化、推进文化体育事业的繁荣发展、增强中华民族的凝聚力和自豪感等方面发挥重要的作用。
收稿日期：2006-11-15；修订日期：2007-01-31