《Coatings》：Digital Surface Documentation and Accessible Replication of Everyday Heritage: Integrating Surface Characterization, Additive Manufacturing, and XR Technologies
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日常遗产对象尽管具有文化意义且易受表面退化影响，但常被忽视。本综述考察了如何整合表面表征、数字文档、增材制造和扩展现实（XR）技术，以支持此类资产的保护、复制和无障碍传播。研究人员综合了非破坏性表面分析方法（包括光谱和成像技术）以及能够捕捉几何形状和表面状况的
日常遗产对象尽管具有文化意义且易受表面退化影响，但常被忽视。本综述考察了如何整合表面表征、数字文档、增材制造和扩展现实（XR）技术，以支持此类资产的保护、复制和无障碍传播。研究人员综合了非破坏性表面分析方法（包括光谱和成像技术）以及能够捕捉几何形状和表面状况的三维扫描方法的最新进展。这些数据与增材制造工作流程相连接，用于制作精确且耐用的复制品，特别关注表面保真度和材料选择。本综述进一步探讨了触觉复制品和多模态解读策略如何增强视障用户的可访问性，解决了以视觉为主的遗产实践中的局限性。XR技术被讨论为用于解读和远程访问的补充工具。研究结果表明，结合以表面为重点的保护与数字及制造技术，能够实现更具韧性、可访问性和可持续性的遗产管理。未来研究应侧重于标准化包容性设计方法，并改进表面数据与数字及物理复制流程的整合。
2. 日常遗产、表面退化与保护需求
日常遗产对象因暴露于常规使用、环境条件和次优存储或展示环境而持续发生材料变化。与高度受保护的博物馆文物不同，这些对象常处于监管较少的环境中，表面退化过程可能在没有系统监测的情况下进展。理解退化的性质对保护、精确文档、数字复制和解读至关重要。表面状况研究构成了材料科学、保护实践和新兴数字技术之间的关键联系。本节概述了日常遗产的定义性特征，考察了表面劣化的主要机制，并强调了其保护和无障碍获取的关键挑战。
2.1. 日常遗产：定义与价值
日常遗产指与日常生活相关的物质文化，包括家庭物品、工具、教育文物、小规模城市元素以及嵌入当地或社区实践的物品。这些对象通常以频繁使用、功能设计和广泛分布为特征，而非稀有性或艺术独特性。其价值在于记录社会行为、技术演化、工艺和文化身份。与纪念性遗产相比，日常遗产通常文献记录较少且系统保存不足，但在教育领域具有重要作用，使学习者能够接触过去和现在实践的切实证据。
2.2. 表面风化与污染
日常遗产对象的表面直接暴露于一系列退化机制，这些机制可单独或共同作用。机械退化包括由重复操作或使用引起的磨损、冲击损伤、微裂纹和磨蚀。化学退化涉及氧化、腐蚀、水解以及由污染物或环境因素（如湿度和温度波动）引发的反应。生物退化与微生物、真菌或生物膜的生长相关，特别是在多孔或有机材料中。环境因素如紫外线辐射、空气颗粒物和盐结晶进一步促进表面改变。这些过程常导致精细表面特征（如铭文、工具痕迹、装饰层和包浆）的丧失，对保护评估和数字文档至关重要。
2.3. 保护挑战
日常遗产的保护面临诸多实践和概念挑战。材料方面，许多对象因老化、重复使用或低质量材料而本质脆弱。经济限制使得系统性地应用传统保护处理变得困难。许多对象要么未被处理，要么被丢弃，导致文化信息逐渐丢失。系统性文档的缺乏也使得保护规划和未来研究复杂化。此外，可访问性仍是关键问题；传统遗产实践常限制物理互动以防止损坏，导致以视觉为主的参与模式，排除了视障用户的有意义参与。应对这些挑战需要结合保护、文档、复制和包容性设计的替代策略。
3. 表面表征与数字文档
表面表征和数字文档构成了日常遗产保护中表面知情方法的技术基础。非破坏性和微创分析方法与三维捕捉技术相结合，以产生更完整的遗产对象记录。这种组合方法对脆弱、文档不足或不适合重复处理的日常遗产尤为重要。通过将表面分析与几何文档联系起来，可以支持保护决策、监测材料变化、指导修复规划，并生成用于教育和包容性使用的精确数字和物理复制品。
3.1. 表面表征技术
表面表征技术提供有关遗产材料成分、状况和劣化状态的基本信息。优先使用非破坏性或微创方法。拉曼光谱（Raman spectroscopy）广泛用于颜料、腐蚀产物、涂层和降解化合物的分子鉴定；X射线荧光（XRF）提供元素信息，特别适用于金属、颜料和陶瓷；傅里叶变换红外光谱（FTIR）用于识别有机和无机化合物；光学和数字显微镜支持表面形态、工具痕迹和生物定殖的检查；表面轮廓测量法提供粗糙度、形貌和表面损失的定量信息；高光谱成像通过检测表面光谱变化揭示不可见的细节。这些技术共同提供从化学成分到纹理和形态的多尺度表面理解。
3.2. 三维表面捕捉技术
三维表面捕捉技术提供文档、分析、监测和复制所需的几何框架。结构光扫描适用于需要高分辨率几何捕捉的中小型对象；激光扫描常用于大型对象、建筑片段和空间环境；摄影测量法通过重叠图像生成带纹理的三维模型，成本较低且灵活。方法选择应基于对象尺寸、材料、表面状况、所需精度和模型用途。对于保护评估，度量和可重复性至关重要；对于教育传播，视觉真实性和可访问性可能同等重要；对于触觉复制，捕捉有意义表面特征的能力成为核心要求。
3.3. 捕捉表面退化
表面退化的文档是保护科学与数字遗产实践之间最重要的接触点之一。裂纹、侵蚀、磨损、表面损失、腐蚀、包浆、生物沉积和污染层不仅是视觉缺陷，更是对象历史、使用、暴露和保护状态的物质证据。数字捕捉可以在几何层面（通过三维扫描记录变形、缺失区域和表面不规则性）、视觉层面（通过高分辨率摄影和摄影测量法保存颜色、纹理和染色信息）以及分析层面（通过表面表征技术识别改变化合物的化学或元素性质）记录这些特征。这种集成视图对于保护和复制都至关重要，因为表面退化数据可同时指导保护决策和包容性设计策略。
3.4. 集成到数字遗产工作流程中
一个表面知情的数字遗产工作流程应连接文档、分析、解读、保存和再利用。典型工作流程始于对象选择和初步视觉评估，随后进行表面表征、三维捕捉、模型处理、元数据记录、数字存档，以及适当情况下的物理复制或基于XR的解读。扫描→分析→存档的序列对脆弱、分散或文档不足的日常遗产特别有用。数字孪生概念在此背景下日益相关，对于日常遗产，它可能指结合几何、表面状况、材料信息和保护历史的结构化数字表示。数字文档因此被理解为连接表面科学与包容性传播的桥梁。
4. 表面处理、修复与数字支持
表面处理和修复实践在保护中占据中心位置，特别是当表面改变影响稳定性、可读性或安全操作时。处理选择取决于材料成分、劣化状态、预期用途和保护伦理。数字工具可以通过记录处理前状况、协助修复规划和实现处理后监测来支持这一过程。
4.1. 表面处理技术
表面处理技术旨在稳定、保护或提高遗产材料的耐久性。保护性涂层用于减少湿度、污染物、紫外线辐射和生物定殖的影响；加固剂用于多孔或机械弱化的材料；纳米涂层和纳米结构处理因其在低厚度下提供定制性能而受到关注；防腐处理对金属日常遗产对象尤为重要。处理有效性必须根据渗透性、光学外观、老化行为和与原始表面的兼容性进行评估。
4.2. 表面修复实践
表面修复实践应用于当退化、污染或材料损失影响对象可读性、稳定性或解读时。清洁是最常见的干预措施，但需谨慎以保留有意义的痕迹。填充和整合用于裂纹、缺失区域或表面损失影响结构完整性或解读时。表面整合还涉及可读性和真实性的问题。在可进行数字及增材制造时，区分保护原始对象和重建可解读版本尤为重要。
4.3. 保护中的数字支持
数字工具可在保护的多个阶段支持表面处理和修复。干预前，三维模型、高分辨率成像和表面表征数据可帮助评估损伤、确定处理优先级并测试可能的修复方案。干预期间和之后，数字文档提供保护决策的客观记录。重复的数字捕捉还支持随时间监测，通过比较连续数据集可检测表面变化。数字支持使干预更具可追溯性、可比性和规划可逆性，并为复制品制造和XR可视化创建联系。
4.4. 表面知情数字遗产工作流程中的涂层技术
涂层技术通过作为保护屏障并成为更广泛表面知情工作流程的一部分，为遗产保护做出贡献。疏水和超疏水涂层可减少多孔材料的水分吸收和盐相关劣化；防污和自清洁涂层限制污染物积累；抗菌涂层减少生物定殖；防腐处理提高金属对象稳定性。涂层与数字文档和复制过程相互作用：处理前可建立基线记录，处理后评估变化，数字捕捉支持监测。涂层选择应基于用于文档和复制的相同表面数据，加强涂层科学与数字遗产实践之间的联系。
5. 用于遗产复制的增材制造
增材制造在数字文档和物理访问之间提供实际连接。对于日常遗产，其价值不仅在于制作视觉代表复制品，还在于实现受控操作、教育使用、展览支持和触觉解读，而不将原始文物置于风险中。复制品制作需要谨慎考虑保真度、耐久性、成本和预期用途。
5.1. 从表面捕捉到物理复制品
遗产复制品制作始于通过三维扫描或摄影测量法获取几何和表面数据。随后处理点云或网格以去除噪声、填补孔洞并准备制造模型。表面知情工作流程包括对象选择、表面文档、网格生成、数字修复、缩放、打印准备、材料选择、制造、后处理和最终验证。对于易碎或退化对象，可在复制品中进行数字修复以重建缺失区域，同时原始状况保持文档记录。对于触觉应用，精细表面特征可能需要放大或澄清以便通过触摸理解。
5.2. 增材制造技术
熔丝制造/熔融沉积建模（FFF/FDM）广泛可用且成本较低，适合制作坚固的教育模型和大规模复制品，但可见层线和精细细节再现能力有限。立体光刻（SLA）在表面细节和精细分辨率方面优先，适用于小文物和精细复制品，但材料成本更高且后处理要求较多。选择性激光烧结（SLS）可制造耐久且几何复杂的复制品，但设备成本和可用性限制其普及。
5.3. 表面保真度与材料考虑
表面保真度是遗产复制的核心问题。数字精确模型不一定产生材料上令人信服的复制品；打印分辨率、层高、喷嘴直径、树脂行为和后处理都影响最终表面质量。纹理再现具有挑战性，复制品可能需要额外的后处理如打磨、涂层和绘画。材料选择取决于复制品预期功能：显示模型优先表面平滑度，触觉模型要求耐久性和安全边缘。可持续材料选择日益重要，但需与耐久性平衡。
5.4. 权衡
增材制造涉及一系列权衡：精度与成本、真实性与可用性、耐久性与细节。对于视障用户，严格几何保真度可能不如解读清晰度重要。复制品的伦理地位也需考虑，包括真实性、作者身份和原始与重构的区分。应明确文档记录复制过程。
6. 视障用户的包容性与触觉遗产访问
包容性访问是当代文化遗产解读的核心问题。三维扫描和增材制造可支持创建触觉、耐用且可解读的复制品，而多感官工具可通过音频、盲文和数字指导丰富体验。目标是设计有意义的遗产接触。
6.1. 遗产中的可访问性挑战
文化遗产解读传统上以视觉参与为主，造成视障用户的排他性。日常遗产对象的含义常与使用、物质性、磨损和纹理相关，禁止直接操作时这些维度变得不可访问。可访问性应包括智力、感官和情感访问，需要超越视觉替代的解读策略。
6.2. 通过三维打印进行触觉复制
触觉复制品允许在不接触原始对象的情况下探索形状、比例、浮雕和表面特征。缩放模型特别重要，大对象可缩小，小细节可放大。表面特征可能需要增强以提高触觉可读性。目标是创建通过触摸有效传达遗产信息的物理对象。
6.3. 多感官解读
触觉复制品最有效时是融入更广泛的多感官解读策略。盲文标签、凹陷线图、音频描述、QR码、NFC标签和移动应用程序可提供补充信息。这种多模式方法适用于教育环境，使所有访问者受益。
6.4. 设计考虑
触觉复制品的设计需在表面保真度、解读清晰度、安全性和耐久性之间平衡。表面可读性是关键标准，重要特征可能需放大或锐化。安全性要求避免锐利边缘和有毒材料。需在简化和准确性之间权衡，区分保护复制品、教育复制品和触觉访问复制品。
6.5. 以用户为中心的评估与证据缺口
触觉复制品和XR工具的有效性需通过用户中心评估，包括直接操作环节、结构化访谈和任务型可用性测试。现有研究支持触觉复制品的价值，但证据仍不均衡，许多应用基于小规模案例。未来工作应转向共同设计和迭代评估。
7. XR技术与多模态遗产解读
扩展现实（XR）技术包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）及相关沉浸式界面，可扩展日常遗产的解读。XR被视为对保护和物理复制的补充，当与表面文档和三维模型连接时，可支持远程访问、情境理解和多模式参与。
7.1. 用于远程探索的VR
VR使用户无需亲临现场即可访问遗产对象、藏品或环境。对于日常遗产，VR可在重构环境中展示对象的社会或功能背景。但需注意硬件要求、用户舒适度和非视觉交互模式。
7.2. 用于现场解读的AR
AR通过将数字信息叠加到真实对象或展览空间上，丰富物理遗产体验。在每日遗产环境中，AR可显示对象历史、表面退化图或缺失元素重构。但许多AR应用仍以视觉为主，需设计音频输出和触觉参考以实现包容性。
7.3. 与物理复制品的互补性
物理复制品提供触觉和空间访问，XR环境提供情境、叙事和动态信息。两者结合可创造更丰富的遗产体验，特别对视障用户：触觉复制品支持直接触摸，XR层解释用户触摸的内容并提供历史或保护上下文。
7.4. 可访问性的机遇与局限
XR技术可通过空间音频、语音指导和触觉反馈支持可访问性，但也需谨慎设计以避免认知过载或排他。其最强作用不是取代物理参与，而是丰富之。
8. 挑战、可持续性与未来方向
整合表面表征、数字文档、增材制造、XR技术和包容性解读带来机遇和挑战。这些挑战涉及技术选择、表面数据可靠性、数字资产管理、长期复制品使用、机构技能以及数字和制造工作流程的环境影响。
8.1. 技术挑战
设备成本、数据处理、保真度是主要技术挑战。高精度设备可能超出小型机构预算；大数据集需明确协议；保真度需根据用途定义。数字模型可能视觉上令人信服但未能捕捉相关表面信息。
8.2. 组织挑战与培训需求
技术成功采用依赖机构能力。许多组织缺乏在保护原理和数字技术方面受过培训的人员。技能缺口在交叉学科尤为明显。培训是结构性需求，共同设计对视障用户至关重要。
8.3. 可持续性考虑
可持续性应从环境和社会的角度考虑。增材制造可能减少运输需求，但也带来材料消耗和能源使用。材料选择是关键，但缺乏生命周期评估数据。社会方面包括可访问性和文化参与，包容性设计应视为可持续遗产实践的一部分。
8.4. 未来研究
未来研究应聚焦于人工智能在表面分析中的应用、智能复制品、触觉XR以及更一致的包容性设计框架。需要标准化标准、可持续材料、更强用户评估和视障用户的系统参与。
9. 结论
日常遗产是连接保护、文档、教育和可访问性的关键应用。表面科学在解读和保护中发挥重要作用。表面表征和数字文档可互补操作，增材制造扩展了工作流程。包容性访问应嵌入遗产工作流程的起始阶段。整合这些领域提供了有前景的框架，但需要合作和未来优先研究。
