發(fā)布時(shí)間：2024-02-29 16:27:25
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的航天航空的意義樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：編譯原理；Timeliner語言；腳本；TSCL語言
中圖分類號(hào)：TP314 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.06.021
Design and Implement of Timeliner-based Spacecraft Control Language
LIU lei1, YaN Hui2, Gao Yong-ming3, waNG Bin4
(1.Graduate School of Management brigade ,The Academy of Equipment,101416 Beijing;
2.Scientific Research Department ,The Academy of Equipment,101416 Beijing; 3.Department of Information Equipment ,The Academy of Equipment,101416 Beijing; 4.Department of Aerospace Equipment ,The Academy of Equipment,101416 Beijing)
【Abstract】In the past 30 years, the timeliner language was successfully applied in many aspects of the International Space Station and orbital express mission management, core operating and payload operations, launch vehicles to provide independent emission control system. However, the timeliner the related technologies are mostly concentrated in the developed countries in europe and the United States, to carry out and grasp the Timeliner related technology to promote the related fields in China and raise the level of significance. This article is based on in-depth analysis of the Timeliner language and its successful experience in the field of autonomous mission planning and scheduling applications, drawing the timeliner thinking design tSCL (timeliner-based Spacecraft Control Language) scripts to control the language specification, a simple compilation and execution environment prototypelay a good foundation for future research and application.
【Key words】Compiler theory;Timeliner language; script; Collaborative Computing; TSCL language
0 引 言
Timeliner語言是1982年由Draper實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的，1992年被選為國際空間站計(jì)劃的用戶接口語言。Timeliner既是一種腳本或者過程程序設(shè)計(jì)語言也是一種執(zhí)行環(huán)境，用來編寫可以基于事件、時(shí)間、地面或者是人工命令驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)執(zhí)行腳本，執(zhí)行環(huán)境是國際空間站指令和數(shù)據(jù)處理軟件與相關(guān)地面軟件的結(jié)合[1]。Timeliner語言在國際空間站、軌道快車和商業(yè)領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，但在我國的研究和應(yīng)用較為滯后[2]。本文基于對Timeliner語言的深入分析和將其在自主任務(wù)規(guī)劃調(diào)度領(lǐng)域應(yīng)用[3]的經(jīng)驗(yàn)，借鑒其設(shè)計(jì)思想，從實(shí)現(xiàn)的角度，設(shè)計(jì)了一種航天器控制語言——TSCL。
Timeliner語言是專門設(shè)計(jì)用來允許簡單的腳本定義，提供控制復(fù)雜系統(tǒng)的序列。Timeliner控制序列可以是預(yù)編程的Timeliner腳本，也可以是來自實(shí)時(shí)、交互式輸入的系統(tǒng)操作[4]。 Timeliner系統(tǒng)（如圖1所示）包括一個(gè)高級腳本語言，一個(gè)包含命令和數(shù)據(jù)對象的數(shù)據(jù)庫，一個(gè)命令編譯器，一個(gè)命令執(zhí)行器和監(jiān)控界面。
4 結(jié) 論
本文基于對Timeliner語言，設(shè)計(jì)了TSCL語言的語法規(guī)范，闡述了該語言的編譯執(zhí)行方案，初步實(shí)現(xiàn)了編譯器原型。對下一步將Timeliner思想引入到我國航天器領(lǐng)域打下了良好的基礎(chǔ)，具有一定的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
[1] Robert A. Brown, Automating Space Operations Using Timeliner and ADEPT[J], The Charles Stark Draper Laboratory, 2006.
[2] 申璐榕，Timeliner機(jī)制及其在機(jī)器人控制中的應(yīng)用研究[D],國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.
順利完成12天太空飛行后，4月18日下午，我國首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“實(shí)踐十號(hào)”回收艙于16時(shí)30分準(zhǔn)確降落在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定著陸區(qū)域?；厥张摂y帶有小鼠胚胎等“乘客”，著陸狀態(tài)正常、外觀良好，衛(wèi)星搜索回收任務(wù)順利完成。
“實(shí)踐十號(hào)”科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的重要研究項(xiàng)目之一，是把6000余枚小鼠早期胚胎帶上了太空，研究表明，小鼠早期胚胎在太空中順利完成從2個(gè)細(xì)胞到囊胚的全程發(fā)育。這是世界上第一次實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物胚胎在太空發(fā)育。
這個(gè)研究是中國科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員段恩奎等人主持進(jìn)行的，研究的目的是探索未來在太空環(huán)境中，人類能否正常生活、繁衍后代。空間微重力和輻射等特殊環(huán)境會(huì)不會(huì)對生殖造成不良影響。
無論是前瞻性還是現(xiàn)實(shí)性，這個(gè)研究的意義通俗地說就是探索在太空環(huán)境下可否造人以及能造出什么樣的人。不過，就目前來說，這只是動(dòng)物研究，真正要應(yīng)用到人類，可能還有很長的路要走，但這并不妨礙把動(dòng)物試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)用到人類的生育上。
太空是一個(gè)迥然不同于地球的環(huán)境，表現(xiàn)為微重力、強(qiáng)輻射（包括伽瑪射線、高能質(zhì)子和宇宙射線）和高真空，這樣的環(huán)境顯然對生育是不利的。因?yàn)?，這樣的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致生物基因產(chǎn)生種種突變，如染色體缺失、基因重復(fù)、易位、倒置等。
人鼠大不同
過去的研究已初步證明，太空環(huán)境不利于造人。1996年，美國人捷足先登，把49枚小鼠胚胎放到哥倫比亞航天飛機(jī)送上太空，結(jié)果無一發(fā)育。2006年，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所的段恩奎團(tuán)隊(duì)利用我國實(shí)踐八號(hào)育種衛(wèi)星留軌艙，把小鼠胚胎送上太空進(jìn)行發(fā)育試驗(yàn)，首次獲取了太空中的小鼠胚胎圖片，遺憾的是它們在太空未能完成發(fā)育。
研究太空胚胎發(fā)育這一次獲得了初步成功，第一次證明哺乳動(dòng)物早期胚胎在太空微重力條件下，完全可以發(fā)育到囊胚階段，而且，發(fā)育的時(shí)間與在地面上的時(shí)間基本一致。但是，這并不意味著太空造人就可行，原因在于，除了這是動(dòng)物試驗(yàn)外，還在于，這次發(fā)育到囊胚階段的胚胎并未植入到小鼠子宮發(fā)育，發(fā)育成囊胚的胚胎如果沒有及時(shí)在母體子宮著床，就會(huì)慢慢死亡。
順理成章地，下一步的研究是，在短時(shí)間回收在太空發(fā)育的胚胎，如3天，帶回地面植入小鼠子宮中發(fā)育，看其是否能孕育成后代。當(dāng)然，也可以在太空環(huán)境中把胚胎植入小鼠子宮，看其是否能孕育并分娩。更直接的研究是，把小鼠帶入太空環(huán)境，看看它們能否和懷孕，并生下后代。另一個(gè)辦法是，在地面上待小鼠懷孕后再放置到太空飛船或衛(wèi)星上并送到太空，看其能否正常孕育和分娩后代。
這樣的試驗(yàn)可能會(huì)有人質(zhì)疑和反對，地球上還有如此多的人不孕不育，占總?cè)丝诘?0%～15%，為何要研究在太空上造人。如果要這樣問，就需要登高用望遠(yuǎn)鏡來看未來。由于地球資源面臨耗盡和枯竭，以及人類的侵略性、貪婪和好奇心等，不僅是航天航空專家，就連霍金這樣的科學(xué)大V都看好人類未來的出路在于太空旅行和星際移民，因此，在太空和其他星球繁衍和生育是人類必做的功課。
姑且不論霍金為人類描繪的用激光驅(qū)動(dòng)的宇宙飛船到達(dá)距地球4.37光年的半人馬星座的阿爾法星要用20年時(shí)間，就是目前人類心儀的火星移民按現(xiàn)有的航天飛行器的速度平均也需要200多天，在移民途中和到了火星人類都面臨著造人的任務(wù)。
但是，無論是在太空還是在火星上，人類也都面臨著微重力、強(qiáng)輻射的環(huán)境，火星的大小只有地球的一半，質(zhì)量只有地球的1/10，并且有強(qiáng)烈的輻射。所以，現(xiàn)在用動(dòng)物模式研究太空生育是在為未來人類移民其他星球做準(zhǔn)備。
女航天員的重任
太空生育的另一個(gè)前提是，在太空的微重力環(huán)境下，還需要，這個(gè)研究據(jù)說美國和蘇聯(lián)已經(jīng)讓宇宙飛行員進(jìn)行過，總體結(jié)論是，由于微重力環(huán)境，只有4種姿勢適宜在失重狀態(tài)下進(jìn)行。但是，進(jìn)入女性體內(nèi)比較困難，并且有可能造成宮外孕，因此太空生育存在一定難度。
太空也是人類的環(huán)境
僅從常識(shí)來看待這次衛(wèi)星相撞事件就有很多理由建立太空行為準(zhǔn)則。其一，避免垃圾碎片污染太空；其二，規(guī)避危險(xiǎn)的太空戰(zhàn)爭發(fā)生；其三，減少事故雙方的損失等。但是，建立太空行為規(guī)范更為重要的理由應(yīng)當(dāng)是環(huán)境理論和環(huán)境法，同時(shí)也與國際關(guān)系理論和法律有關(guān)。
美國海洋生物學(xué)家蕾切爾?卡遜于1962年出版了具有歷史意義的著作《寂靜的春天》后，不僅促發(fā)了人們對保護(hù)環(huán)境的思考和行動(dòng)，也引發(fā)了公眾探索用法律來保護(hù)環(huán)境的討論。當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為美國憲法和民法中都沒有保護(hù)公民的環(huán)境權(quán)的法律，因而促使美國公眾思考，公民要求保護(hù)環(huán)境，要求在良好環(huán)境中生活的憲法依據(jù)是什么?
按照傳統(tǒng)的憲法和民法理論，公民無權(quán)對與自己無關(guān)的財(cái)產(chǎn)提出權(quán)利要求，公民對作為“無主物”的空氣、水、陽光等環(huán)境要素不能提出權(quán)利要求。但是，美國密執(zhí)安大學(xué)薩克斯教授提出了“環(huán)境公共財(cái)產(chǎn)論”和“環(huán)境公共信托論”作為公民要求在良好的環(huán)境中生活的理由，或者說法理基礎(chǔ)。
他認(rèn)為，空氣、水等環(huán)境要素在受到嚴(yán)重污染和破壞并威脅到人類正常生活時(shí)，就不應(yīng)再視為“自由財(cái)產(chǎn)”和“無主物”。公共環(huán)境資源或國家環(huán)境資源應(yīng)當(dāng)是全體公民的共享資源和公共財(cái)產(chǎn)，任何人不能任意對其占有、支配和損害。但是，為了合理支配、利用和保護(hù)這一公共財(cái)產(chǎn)，全體公民可以作為共有人委托國家對環(huán)境資源進(jìn)行管理。因此，陽光、水等環(huán)境要素不是“無主物”，而是全體公民的公共財(cái)產(chǎn)和共享資源。
此后，這一理論被稱為國家環(huán)境權(quán)，意思是基于一個(gè)國家全體公民的共同委托而產(chǎn)生的權(quán)利。但是，既然國家環(huán)境權(quán)的運(yùn)作單位是國家，就必然會(huì)在國際環(huán)境中涉及國與國之間的關(guān)系。所以，在公民委托政府管理國內(nèi)的環(huán)境外，也委托國家管理與本國相關(guān)的國際環(huán)境，即國家還負(fù)有國際環(huán)境義務(wù)。而太空行為涉及地球上的所有國家，也與整個(gè)地球和地球的空間環(huán)境密切相關(guān)。所以，《人類環(huán)境宣言》第24條指出，“關(guān)于保護(hù)和改善環(huán)境的國際問題，應(yīng)由所有國家，無論大小，在平等的基礎(chǔ)上，以合作精神進(jìn)行討論。為有效限制、預(yù)防、減少和消除在任何領(lǐng)域進(jìn)行的活動(dòng)所造成的環(huán)境損害，必須通過多邊或雙邊協(xié)定或其他適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行合作，同時(shí)尊重所有國家的和利益?！?/p>
由此，應(yīng)當(dāng)由所有飛行器進(jìn)入太空或希望自己的飛行器將來進(jìn)入太空的國家來共同制定太空行為準(zhǔn)則。
太空行為準(zhǔn)則的目的和歷程
太空行為準(zhǔn)則主要涉及的是太空環(huán)境和太空秩序。所以，制定太空行為準(zhǔn)則是要求相關(guān)國家確保在其管轄范圍內(nèi)或在其控制下的太空活動(dòng)不致?lián)p害其他國家或在各國管轄范圍以外地區(qū)的環(huán)境和資源，同時(shí)太空行為準(zhǔn)則也要求相關(guān)國家根據(jù)國際法和國際環(huán)境法公平、合理地承擔(dān)保護(hù)和改善在各國管轄之外但對全人類的生存和發(fā)展有影響的環(huán)境與資源，主要是太空環(huán)境和資源、極地環(huán)境和資源以及海洋環(huán)境和資源等。
基于這樣的目的，早在1967年1月，聯(lián)合國就頒布了《關(guān)于各國探索和利用包括月球和其他天體在內(nèi)外層空間活動(dòng)的原則條約》，中國也是該條約的簽字國。該條約擬定了一些基本原則，明確規(guī)定，各國不得通過要求，使用或占領(lǐng)等方法，以及其他任何措施，把外層空間(包括月球和其他天體)據(jù)為己有。而且，各締約國在進(jìn)行探索和利用外層空間(包括月球和其他天體)的各種活動(dòng)方面，應(yīng)遵守國際法和聯(lián)合國，以維護(hù)國際和平與安全，促進(jìn)國際合作和了解。
各締約國探索和利用外層空間(包括月球和其他天體)，應(yīng)以合作和互助原則為準(zhǔn)則；各締約國在外層空間(包括月球和其他天體)所進(jìn)行的一切活動(dòng)，應(yīng)妥善照顧其他締約國的同等利益。各締約國從事研究、探索外層空間(包括月球和其他天體)時(shí)，應(yīng)避免使其遭受有害的污染；如必要，各締約國應(yīng)為此目的采取適當(dāng)?shù)拇胧Ｈ艟喖s國有理由相信，該國或其國民在外層空間(包括月球和其他天體)計(jì)劃進(jìn)行的活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)，會(huì)對本條約其他締約國和平探索和利用外層空間(包括月球和其他天體)的活動(dòng)，造成潛在的有害干擾，該國應(yīng)保證于實(shí)施這種活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)前，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膰H磋商。
而且，凡進(jìn)行發(fā)射或促成把實(shí)體射入外層空間(包括月球和其他天體)的締約國，及為發(fā)射實(shí)體提供領(lǐng)土或設(shè)備的締約國，對該實(shí)體及其組成部分在地球、天空、或外層空間(包括月球和其他天體)使另一締約國或其自然人或法人受到損害，應(yīng)負(fù)國際上的責(zé)任。
從上述內(nèi)容來看。國際上早就對太空行為準(zhǔn)則有了規(guī)定，當(dāng)然還不具體。所以，這次美俄衛(wèi)星在太空相撞后，國際社會(huì)可能會(huì)建立更為細(xì)致和具體的，同時(shí)操作性強(qiáng)的太空行為準(zhǔn)則。
太空行為準(zhǔn)則的具體內(nèi)容
現(xiàn)在，有一些國家和共同體制定了較為具體的太空行為準(zhǔn)則。例如，美國于2007年8月頒布了《美國國家宇航局限制空間碎片的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)過程》，歐盟于2008年12月頒布了《外層空間活動(dòng)行為準(zhǔn)則》。中國目前已經(jīng)頒布了第一份控制空間碎片產(chǎn)生的航天業(yè)界行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《空間碎片減緩要求》，下一步將實(shí)現(xiàn)我國對空間碎片控制的立法。
可以看出，空間行為準(zhǔn)則的重點(diǎn)有幾個(gè)。一是建立太空飛行器的交通規(guī)則，以避免發(fā)生太空碰撞和事故，就像在陸地上行駛有交通安全法，在海洋中行船有海洋交通法一樣。二是如果出現(xiàn)事故，如何處理。例如，迅速有效地處理空間碎片，防止污染擴(kuò)大，區(qū)分肇事者和非肇事者，以責(zé)任大小來進(jìn)行處置等。
歐盟的《外層空間活動(dòng)行為準(zhǔn)則》中對太空行為和交通法提出了一些設(shè)想，包括一整套“透明和信任措施”，與上世紀(jì)70年代重大軍控協(xié)議措施比較相似。該準(zhǔn)則鼓勵(lì)各國提前通報(bào)各自在太空的活動(dòng)，包括衛(wèi)星發(fā)射、軌道操作、衛(wèi)星運(yùn)行、脫離軌道等，以避免造成對方的誤解。同時(shí)，“行為準(zhǔn)則”還鼓勵(lì)各國不要進(jìn)行加劇太空新碎片產(chǎn)生的活動(dòng)。這種提醒首先是指在試驗(yàn)反衛(wèi)星武器或蓄意攻擊時(shí)摧毀衛(wèi)星的行為。
另外，由于所有的航天國。家都會(huì)制造空間碎片，因而減緩和清除空間碎片應(yīng)當(dāng)是太空行為準(zhǔn)則的中心內(nèi)容之一。“機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(huì)”是唯一專門從事空間碎片研究的國際組織，編制了《空間碎片減緩指南》，聯(lián)合國和平利用外層空間委員會(huì)以此為藍(lán)本，于2008年2月通過了所有聯(lián)合國會(huì)員國都應(yīng)遵照執(zhí)行的碎片減緩指南。
為了有效清除太空垃圾和碎片，包括中國在內(nèi)的世界主要航天國家(組織)則共同倡議在地球外層空間劃出兩個(gè)必須受到保護(hù)的空域。在這兩個(gè)保護(hù)區(qū)工作的航天器以及在這里形成的碎片需要采取一定的措施離開這一區(qū)域。與保護(hù)區(qū)配套的是把某些區(qū)域設(shè)置為“棄置區(qū)”，將新形成的碎片棄置在這些區(qū)域，它距離保護(hù)區(qū)較近，因此將空間碎片從保護(hù)區(qū)移到棄置區(qū)需要較少的能量，比較容易實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】高句麗遺址 虛擬再現(xiàn) 保護(hù)與研究 展示與傳播
虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。同時(shí)，它更是人們通過計(jì)算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。
一、虛擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域
虛擬技術(shù)最早應(yīng)用于20世紀(jì)70年代的航天航空領(lǐng)域，并用此技術(shù)來模擬培訓(xùn)宇航員，為之提供了一種省錢、安全且行之有效的訓(xùn)練方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)被推廣應(yīng)用到諸多領(lǐng)域當(dāng)中，陸續(xù)得到廣泛應(yīng)用。如軍事領(lǐng)域應(yīng)用虛擬再現(xiàn)技術(shù)可以多快好省地研究戰(zhàn)爭、演習(xí)推演和訓(xùn)練；科技開發(fā)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)可縮短開發(fā)周期，減少費(fèi)用；娛樂領(lǐng)域應(yīng)用虛擬技術(shù)可讓人足不出戶就身臨其境地感受交互游戲或體驗(yàn)訓(xùn)練技能；建筑與城市規(guī)劃應(yīng)用虛擬技術(shù)為城市的風(fēng)格和合理布局，以及旅游交通等提供可視化空間地理信息服務(wù)；醫(yī)療領(lǐng)域運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為培訓(xùn)、臨床診斷、手術(shù)治療提供更好的服務(wù)……由此可見，虛擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。正是基于虛擬技術(shù)的高度逼真的三維圖像和實(shí)時(shí)交互的體驗(yàn)等功能，這項(xiàng)數(shù)字技術(shù)也開始應(yīng)用于古跡遺址和文物保護(hù)領(lǐng)域。虛擬技術(shù)同時(shí)借助全息影像技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)媒介，可以將古跡及文物的研究與保護(hù)、展示與傳播提高到一個(gè)新階段。例如，希臘科學(xué)家利用虛擬技術(shù)建立了一個(gè)古希臘建筑的影像系統(tǒng)，讓古希臘的古跡原貌真實(shí)、鮮活地呈現(xiàn)在游客面前，游客只需戴上導(dǎo)游儀裝置，就可以如身臨其境般地感受璀璨的古希臘文明。
我國五千多年的歷史積淀了豐富的文化遺跡，其中被列入世界文化遺產(chǎn)名錄的古跡達(dá)30余項(xiàng)，很多地區(qū)歷史文化遺產(chǎn)、建筑遺跡以及文物保護(hù)方面的工作仍然停留在傳統(tǒng)的圖片與文字的記錄等原始的管理形式， 文化遺產(chǎn)的展示也大多是建立在游客與珍貴文物或遺跡直接接觸的基礎(chǔ)上，一些遺跡或文物遭到了不同程度的破壞。同時(shí)，還有很多消失的遺跡需要復(fù)原以供開發(fā)與研究，這些都需要借助數(shù)字化技術(shù)等手段介入，因此應(yīng)用虛擬技術(shù)再現(xiàn)遺跡，保護(hù)和展示文物具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，國內(nèi)很多歷史文化遺跡和古建筑已經(jīng)開始陸續(xù)將虛擬技術(shù)用于保護(hù)與開發(fā)，如故宮博物院運(yùn)用虛擬技術(shù)成像系統(tǒng)展示了輝煌的故宮建筑群和中國古代工匠們高超的建筑構(gòu)造方法；陜西利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將方圓100平方公里的乾陵進(jìn)行了三維數(shù)字化虛擬，真實(shí)再現(xiàn)了氣勢宏偉的乾陵，同時(shí)為了更好地了解乾陵的外形和內(nèi)涵，利用交互技術(shù)，讓參觀者多角度、全方位地觀看乾陵；山東曲阜孔子博物院利用虛擬技術(shù)將大成殿制作成影像系統(tǒng)，使游客在計(jì)算機(jī)上便可瀏覽大成殿的建筑細(xì)節(jié)，同時(shí)可以在虛擬的大成殿內(nèi)進(jìn)行漫游。除此之外，國內(nèi)還有古跡建筑運(yùn)用虛擬技術(shù)的案例，如圓明園遺址的復(fù)原、消失的阿房宮、虛擬再現(xiàn)紫禁城以及尚未發(fā)掘的秦始皇陵，等等。穿越了時(shí)間的壁壘，歷史得以數(shù)字化再現(xiàn)，文化得以信息化傳承，虛擬技術(shù)為文物保護(hù)、考古研究開辟了新的途徑。我們再也不用抱著化石想象著恐龍的模樣了。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對吉林省集安高句麗遺址的作用
吉林省很多精美的古建筑或歷史遺址，由于觀念落后、資金缺少、人才匱乏、保護(hù)不當(dāng)?shù)葐栴}，正面臨著被遺忘、破壞甚至逐漸消失的嚴(yán)重威脅，局勢不容樂觀。目前，吉林省運(yùn)用虛擬技術(shù)還局限于地產(chǎn)與規(guī)劃領(lǐng)域，在虛擬技術(shù)運(yùn)用于古跡復(fù)原與文物保護(hù)方面的研究與嘗試還處于初級階段，應(yīng)用于交互體驗(yàn)或網(wǎng)絡(luò)旅游還停留在嘗試層面。作為吉林省重要的古跡遺址，被聯(lián)合國教科文組織列為《世界遺產(chǎn)名錄》（2004）的集安高句麗王城、王陵及貴族墓葬，亟需借助虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)多方面的應(yīng)用與支持。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高句麗遺址的全面三維再現(xiàn)，不僅可以真實(shí)復(fù)原遺址的歷史原貌，為文物保護(hù)與研究、展示與傳播提供更加有效的手段，而且對修繕、保護(hù)吉林省古跡和古建筑有極大的促進(jìn)作用。
（一）體現(xiàn)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與保護(hù)研究方面
高句麗遺址位于中國吉林省集安市，這里作為高句麗政權(quán)的都城長達(dá)425年之久，東鄰朝鮮，保存著世界上最多的高句麗文物古跡，包括山城（國內(nèi)城、丸都山城兩座高句麗早中期都城）、陵墓（14座王陵和26座貴族墓葬）、碑石、上萬座古墓和眾多的出土文物，構(gòu)成令世界矚目的洞溝文化。這些聞名遐邇的文物古跡，從不同側(cè)面反映了高句麗的歷史，為世界留下了彌足珍貴的文化遺產(chǎn)。為更好地獲取數(shù)據(jù)與相關(guān)資料，在充分研究遺址的歷史與考古方面的成就基礎(chǔ)上，借助安全的三維激光飛行時(shí)間法非接觸測量技術(shù)對高句麗遺址進(jìn)行高精度的全面測繪，同時(shí)通過影像采集周圍空間關(guān)系的真實(shí)圖像等資源，記錄原有各項(xiàng)相關(guān)真實(shí)數(shù)據(jù)，并為此建立模型數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)高句麗遺址相關(guān)數(shù)據(jù)資源科學(xué)的永久保存，以便以后的人們能更好地學(xué)習(xí)和傳承。
首先，這些精準(zhǔn)科學(xué)的數(shù)據(jù)是高句麗遺址建筑與營造、文物物品等圖像復(fù)原的基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)可以把遺址建筑設(shè)計(jì)的模型內(nèi)容、古老的施工工藝、搭接手法等用三維圖像軟件進(jìn)行精確的實(shí)體建模，從而更好地呈現(xiàn)在人們的眼前。伴隨著虛擬技術(shù)所推出的衍生產(chǎn)品，旅游產(chǎn)品也將得到極好的推廣。其次，可以用來提高遺址和相關(guān)文物復(fù)原的精度，以及為選擇將要采取的技術(shù)手段做出預(yù)先判斷和提供依據(jù)，并可以節(jié)約成本、縮短修復(fù)周期、提高工作效率。對于那些出現(xiàn)脆化、脫色、剝落等現(xiàn)象的易損文物，可以結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬修復(fù)和保護(hù)，從而檢驗(yàn)修復(fù)保護(hù)技術(shù)和手段的可行性，考察修復(fù)保護(hù)過程中的各項(xiàng)環(huán)節(jié)和修復(fù)保護(hù)后的耐久性，有助于制定科學(xué)合理的修復(fù)保護(hù)方案。總之，這些數(shù)據(jù)庫的建立可以為遺址和文物多方面的研究帶來便利。最后，建立古代建筑保護(hù)修復(fù)信息服務(wù)平臺(tái)把古代建筑知識(shí)庫信息錄入管理，可以為古代建筑知識(shí)庫查詢服務(wù)和古代建筑多媒體知識(shí)提供檢索服務(wù)。
此外，虛擬技術(shù)還可以對文化遺產(chǎn)進(jìn)行旅游開發(fā)規(guī)劃的模擬， 旅游模擬系統(tǒng)中按高句麗遺址地理信息建立了計(jì)算機(jī)模型， 記錄了每個(gè)王陵的位置、路線等。通過該系統(tǒng)模擬各個(gè)環(huán)節(jié)、不同管理策略，合理高效利用各個(gè)環(huán)節(jié)硬件設(shè)施的最優(yōu)管理策略。通過虛擬技術(shù)呈現(xiàn)的規(guī)劃方案可以進(jìn)行預(yù)判或做出決斷，從而做出正確的決策。
（二）體現(xiàn)在遺址展示與文化傳播方面
高句麗遺址在我國屬于閉塞地區(qū)，地表遺址與建筑是不可移動(dòng)的文物，遺址本身又缺少展示環(huán)節(jié)，由于時(shí)空的限制使遺址及文物的文化價(jià)值無法充分地發(fā)揮出來，博物館式的展示方式和手段已跟不上當(dāng)今信息時(shí)代的步伐。為此，需要對遺址及文物的展示注入新的元素與形式，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以擺脫時(shí)空限制，在不移動(dòng)文物本身的情況下，真實(shí)地再現(xiàn)遺址和文物，從而使高句麗遺址和文物有了更豐富的展示途徑和辦法。
一方面，在展示中通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將遺址和文物構(gòu)建的影像系統(tǒng)，借助全息影像技術(shù)呈現(xiàn)出更大范圍的立體感展示，產(chǎn)生真實(shí)的視覺效應(yīng)，使得展示遺址和文物顯得更加生動(dòng)形象，體會(huì)到這個(gè)令人驚異的三維空間所散發(fā)出的恢宏之感。還可以結(jié)合并運(yùn)用媒體交互技術(shù)，參觀者通過立體眼鏡或操作傳感裝置，在現(xiàn)場三維場景中進(jìn)行虛擬漫游，在立體的虛擬世界中充分感知信息，并做出選擇或相應(yīng)的動(dòng)作，體驗(yàn)交互帶來的感受。像在現(xiàn)實(shí)生活中游覽名勝古跡那樣，走過每一條游覽線路，而比現(xiàn)實(shí)中更吸引人的是，在虛擬世界中，游客可以走進(jìn)宮殿，看到每一處內(nèi)部細(xì)節(jié)，甚至可選擇一個(gè)自己喜歡的身份，如官員、宮女、嬪妃、武士等，選擇各自所需的方式和進(jìn)程，讓自己置身于神秘的虛擬情境中，引領(lǐng)觀眾穿梭于歷史的時(shí)空中，既獲得了各種意想不到的遭遇和感受，又了解了歷史遺跡的興衰發(fā)展過程。因此，虛擬技術(shù)的應(yīng)用，使古跡及文物的展出頻率和效果都得到了極大提高。它充分調(diào)動(dòng)了參觀者的熱情，使觀眾對遺址有了更加濃厚的興趣。并能吸引更多的人來觀看、體驗(yàn)遺址和文物的非凡魅力。
另一方面，利用網(wǎng)絡(luò)來整合、統(tǒng)一大范圍內(nèi)的文物資源，是傳播和推廣高句麗世界文化遺產(chǎn)的有效途徑。通過網(wǎng)絡(luò)可以在世界范圍內(nèi)更加全面地展示遺址古跡，宣傳歷史文化資源。參觀者還可以通過鍵盤、鼠標(biāo)、方向盤等操控工具來控制虛擬環(huán)境，同遺址及文物進(jìn)行交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境的感受與體驗(yàn)。在虛擬環(huán)境中模擬行走、飛行，并能直觀地查看各個(gè)古建筑、物品的詳細(xì)信息。使高句麗遺址擺脫了地域的限制，從而實(shí)現(xiàn)文化資源共享，讓更多的人通過網(wǎng)絡(luò)媒介或虛擬博物館參觀、瀏覽遺址及文物，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產(chǎn)。虛擬技術(shù)可以不受時(shí)間、距離、費(fèi)用以及意志力等限制進(jìn)行旅游，在將來只需要帶一臺(tái)有衛(wèi)星定位系統(tǒng)的筆記本電腦，就可以根據(jù)自己的興趣去小村落、墓群和遺址進(jìn)行旅游。
由此可見，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬旅游能為旅游開發(fā)帶來新的表現(xiàn)形式，利用網(wǎng)絡(luò)化的虛擬現(xiàn)實(shí)能夠更好地宣傳文化遺產(chǎn)，現(xiàn)場的虛擬展示則能帶給用戶更豐富的交互體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。
目前，虛擬技術(shù)在國內(nèi)很多領(lǐng)域已經(jīng)逐漸普及開展起來，這是歷史發(fā)展的必然，也是數(shù)字時(shí)代的要求。與此相關(guān)的技術(shù)研究、設(shè)備的研發(fā)已經(jīng)接近成熟， 如激光飛行時(shí)間法非接觸測量技術(shù)、全息影像技術(shù)，新媒體交互技術(shù)等，極大地增強(qiáng)了虛擬技術(shù)應(yīng)用的效果。同時(shí)，我們也看到虛擬技術(shù)應(yīng)用于遺址再現(xiàn)成像系統(tǒng)等方面涉及很多考古學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，單純依靠數(shù)字領(lǐng)域的技術(shù)運(yùn)用難以取得最佳效果，更需要文物研究與保護(hù)以及歷史文化資源領(lǐng)域的專家學(xué)者參與其中，提供相關(guān)專業(yè)理論支持，并加深對數(shù)字化技術(shù)的理解，多方協(xié)作、共同努力，才是創(chuàng)作完成課題的關(guān)鍵，為文化遺產(chǎn)保護(hù)與開發(fā)工作的和諧共生、文化遺產(chǎn)及其蘊(yùn)含的文化傳承做出貢獻(xiàn)。探討高句麗遺址虛擬再現(xiàn)，可以將吉林省古跡與遺址的保護(hù)研究提高到一個(gè)新層面，為吉林省歷史遺跡的展示和傳播提供一種新的思路，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
（注：本文為吉林省教育廳“十二五”社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)： 吉教科文合字2011第214號(hào)）
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