增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在主題動(dòng)漫游戲中的應(yīng)用——以藏族史詩(shī)《格薩爾王》主題動(dòng)漫游戲設(shè)計(jì)為例

文/張 健 蔡新元 徐 松

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展與普及，并逐步應(yīng)用到對(duì)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的傳播中?！陡袼_爾王》作為我國(guó)北方游牧民族三大史詩(shī)之一，是一種長(zhǎng)期通過(guò)被稱為“仲肯”的口頭詩(shī)人傳誦而得以流傳的特殊文化實(shí)體，對(duì)其的保護(hù)、保存、傳承是一件異常困難的工作。如何利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就其內(nèi)容及素材進(jìn)行主題動(dòng)漫游戲的設(shè)計(jì)，使得獨(dú)特的民族傳統(tǒng)文化在資源化、外在化、符號(hào)化加工與處理的基礎(chǔ)上獲得一定的商品屬性，并得以推廣。本文主要探討在《格薩爾王》主題動(dòng)漫游戲設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)所涉及的問(wèn)題，進(jìn)而探索運(yùn)用該技術(shù)對(duì)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行傳播的技術(shù)路徑。

一、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的游戲使用模塊及預(yù)期解決問(wèn)題

本文選擇格薩爾王作為西藏文化形象的代表，將其設(shè)計(jì)、制作成為具象的二維、三維卡通動(dòng)漫形象，并結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使這些形象與觀眾產(chǎn)生虛擬互動(dòng)，解說(shuō)西藏歷史、地域、民俗發(fā)展等，宣揚(yáng)民族文化特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)西藏文化的新型傳播。具體而言，這一增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)系統(tǒng)包括信息采集、信息處理及信息展示三個(gè)模塊。

1．信息采集模塊及其預(yù)期解決問(wèn)題。信息采集模塊作為本系統(tǒng)的信息輸入端，起著對(duì)所有信息進(jìn)行過(guò)濾、采集、輸入的功能。在主題動(dòng)漫游戲增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)系統(tǒng)中需要對(duì)兩個(gè)類型的信息進(jìn)行采集，即二維信息與三維信息，并根據(jù)這兩類信息建立相應(yīng)的二維信息采集模塊和三維信息采集模塊。同時(shí)，這兩類信息根據(jù)主題動(dòng)漫游戲腳本又被分為角色、場(chǎng)景、道具三大類，每個(gè)類別分別包含平面與立體的信息。

在信息采集模塊階段，預(yù)期采集過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)冗余、破損和尺寸三類問(wèn)題。其中，“冗余”錯(cuò)誤是指同一類型信息多次采集，在庫(kù)存中存在一個(gè)以上的實(shí)例，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)體積過(guò)大；“破損”錯(cuò)誤指信息在采集時(shí)或采集前發(fā)生破損，導(dǎo)致采集到庫(kù)中的信息不完整，影響后續(xù)模塊功能正常工作；“尺寸”錯(cuò)誤指用戶提供給系統(tǒng)的素材尺寸過(guò)小或過(guò)大，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致識(shí)別精度下降、識(shí)別失敗等問(wèn)題，而尺寸過(guò)大會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)體積過(guò)大和導(dǎo)出功能失效等問(wèn)題。

2．信息處理模塊及其預(yù)期解決問(wèn)題。《格薩爾王》主題動(dòng)漫游戲增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)系統(tǒng)中主要需針對(duì)標(biāo)識(shí)信息和展示信息兩類信息進(jìn)行處理。標(biāo)識(shí)信息是通過(guò)信息采集模塊生成的素材庫(kù)子集，通過(guò)將素材庫(kù)中相應(yīng)的信息生成為標(biāo)識(shí)，再通過(guò)觸發(fā)器在展示模塊中對(duì)其隱藏的信息進(jìn)行展示。展示信息是指需要在信息展示模塊中使用的信息，它是信息采集素材庫(kù)的子集，只有在這個(gè)模塊中設(shè)置為展示信息并生成相應(yīng)的展示ID，才能在信息展示模塊對(duì)其進(jìn)行調(diào)用。

在信息處理模塊階段，雖然標(biāo)識(shí)信息和展示信息都是由信息采集素材庫(kù)中的素材所生成的素材集，但這兩種信息本身又分為二維信息與三維信息，這就給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模塊制作帶來(lái)了很大的麻煩。在設(shè)置標(biāo)識(shí)信息與展示信息時(shí)，如設(shè)計(jì)考慮不周，用戶很容易將兩者弄混，將本應(yīng)設(shè)置為標(biāo)識(shí)信息的對(duì)象設(shè)置為展示信息。此外，對(duì)二維信息和三維信息的存放方式也是不同的，二維信息通常只存放為圖片格式（如：jpg，png等），但三維信息不但要儲(chǔ)存三維模型的空間信息，還應(yīng)有相應(yīng)的貼圖信息、UV信息等。

3．信息展示模塊及其預(yù)期解決問(wèn)題。信息展示模塊是最終呈現(xiàn)效果的模塊，它主要負(fù)責(zé)展示靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類信息，這兩類信息都源于信息采集模塊。其中，靜態(tài)展示信息通常是介紹主要人物角色、關(guān)鍵劇情、道具等，展示手段為圖片、文字和靜態(tài)三維模型；而動(dòng)態(tài)展示信息通常為人物設(shè)定、道具、場(chǎng)景鳥(niǎo)瞰、人物關(guān)系等，這些信息都具有復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)的特性，只有通過(guò)動(dòng)態(tài)展示才能更好地被觀眾所接受。

在信息展示模塊中，靜態(tài)展示信息包括素材庫(kù)中的二維信息與三維信息，這些信息以靜止的圖片、模型、文本等狀態(tài)存在。對(duì)這些信息進(jìn)行展示需要限定其展示空間，并根據(jù)展示空間對(duì)信息體積進(jìn)行映射，使其能夠滿足展示的需要。動(dòng)態(tài)展示信息指素材庫(kù)中所包含的視頻、動(dòng)畫(huà)等，這些信息包括視頻幀同步、音視頻同步、實(shí)時(shí)渲染等，對(duì)展示手段和展示技術(shù)的要求更高。

二、基于信息處理模塊優(yōu)化的《格薩爾王》增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)游戲創(chuàng)作實(shí)踐

綜上考慮，在《格薩爾王》增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)游戲項(xiàng)目的具體創(chuàng)作實(shí)踐中，項(xiàng)目組從特征點(diǎn)、對(duì)比度、有機(jī)圖案、長(zhǎng)寬比、緩沖區(qū)、不規(guī)則圖形六個(gè)方面進(jìn)行了探討與實(shí)踐，并針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像識(shí)別核心技術(shù)問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案。

1．標(biāo)識(shí)特征點(diǎn)的控制。首先，作為一個(gè)與公眾正面接洽的游戲平臺(tái)，其信息語(yǔ)言經(jīng)由各類形態(tài)豐富多樣的二維、三維動(dòng)漫圖像表現(xiàn)出來(lái)，這種直觀的視覺(jué)語(yǔ)言信息易于獲得良好的社會(huì)文化傳播效果。其次，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，標(biāo)識(shí)物是關(guān)鍵所在，標(biāo)識(shí)內(nèi)所包含的識(shí)別點(diǎn)則是觸發(fā)信息的節(jié)點(diǎn)。如何將二者做一個(gè)良好的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜具象標(biāo)識(shí)物的快速識(shí)別？基于這一考慮，在《格薩爾王》項(xiàng)目中所采用的標(biāo)識(shí)主要以角色、場(chǎng)景、道具為主。同時(shí)，尤為注意在繪制過(guò)程中對(duì)識(shí)別點(diǎn)的控制。根據(jù)算法要求，成角識(shí)別會(huì)在每個(gè)小于等于90度的角自動(dòng)生成一個(gè)識(shí)別點(diǎn)。所以，在對(duì)主體形象進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)角色服飾紋路的特殊處理，使之契合于成角識(shí)別的要求，大量增加了識(shí)別點(diǎn)的數(shù)量，從而獲得更高的識(shí)別度，最終提升用戶在實(shí)際使用時(shí)的體驗(yàn)（如圖1）。

圖1 根據(jù)成角識(shí)別繪制的格薩爾王角色擁有豐富的偵測(cè)點(diǎn)

2．局部對(duì)比度豐富。對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，有機(jī)圖案、圓形細(xì)節(jié)、模糊細(xì)節(jié)、高壓縮比圖像往往無(wú)法提供足夠豐富的偵測(cè)點(diǎn)，從而產(chǎn)生識(shí)別錯(cuò)誤。但計(jì)算機(jī)對(duì)圖像局部對(duì)比度的精微識(shí)別具有極高的敏銳度，而人眼由于生物特性的限制往往無(wú)法發(fā)現(xiàn)局部對(duì)比度的好壞。因此，提高圖片整體對(duì)比度或選用具有更多“尖銳”細(xì)節(jié)的圖片作為標(biāo)識(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)識(shí)別效果的優(yōu)化。項(xiàng)目組在《格薩爾王》相關(guān)圖像內(nèi)容的早期設(shè)計(jì)階段即依據(jù)這一原則進(jìn)行人物及場(chǎng)景的設(shè)定，設(shè)色時(shí)不僅考慮了審美維度，而且注重局部對(duì)比度的豐富設(shè)計(jì)。如同一色系下不同明度的漸次呈現(xiàn)，或不同色相下不同明度的差異呈現(xiàn)等，使圖片能更好地被系統(tǒng)偵測(cè)到（如圖2）。

3．圖像內(nèi)容的優(yōu)化。在游戲設(shè)計(jì)中，圖像中往往容易置入大量有機(jī)圖案和重復(fù)圖案用以實(shí)現(xiàn)豐富的裝飾效果。事實(shí)上，盡管這些圖像對(duì)比度良好、圖像品質(zhì)也合格，但它們并不適合作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的標(biāo)識(shí)。因?yàn)楫?dāng)一幅圖像中不斷出現(xiàn)重復(fù)圖案時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)會(huì)將它們視為同樣的出發(fā)點(diǎn)，由此導(dǎo)致畫(huà)面跳動(dòng)的情況。與此同時(shí)，一旦我們將識(shí)別引擎換為多標(biāo)識(shí)識(shí)別時(shí)，又會(huì)占用極大的資源，導(dǎo)致死機(jī)。因此，在《格薩爾王》項(xiàng)目中，如圖3所示，我們從預(yù)選庫(kù)中剔除了那些含有此類重復(fù)圖案的圖片素材，代之以形態(tài)各異的線條和局部的色塊裝飾物作為對(duì)人物及場(chǎng)景效果的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)功能效應(yīng)和體驗(yàn)效果的優(yōu)化。

圖2 《格薩爾王》中的各類角色設(shè)計(jì)都具有豐富的局部對(duì)比度

圖3 從預(yù)選庫(kù)中剔除的含重復(fù)圖案的圖片素材類型（左）及優(yōu)化方式（右）

圖4 使用線性圖像處理算法將圖像寬度擴(kuò)大后可以輕易地被系統(tǒng)偵測(cè)

4．長(zhǎng)寬比的調(diào)整。作為標(biāo)識(shí)的圖像可以是任意長(zhǎng)寬比，但是由于生成標(biāo)識(shí)文件的同時(shí)，程序算法會(huì)執(zhí)行反鋸齒處理，所以對(duì)圖像的寬度有320像素的最小值要求。一旦原始識(shí)別圖像的寬度小于這個(gè)值，所生成文件的識(shí)別效率將會(huì)非常低，甚至大多數(shù)時(shí)候會(huì)產(chǎn)生無(wú)法識(shí)別的情況。在《格薩爾王》項(xiàng)目中我們所采用的寬度像素多為420像素，以保證識(shí)別效率（如圖4）。

圖5 對(duì)非矩形圖像處理后所獲得的識(shí)別效果

圖6 對(duì)8%緩沖區(qū)的增加

5．建立識(shí)別緩沖區(qū)。對(duì)識(shí)別緩沖區(qū)的建立也是本項(xiàng)目實(shí)施中的一種重要調(diào)節(jié)手段。一方面，項(xiàng)目中存在大量的角色、道具設(shè)計(jì)，而這些基本都是不規(guī)則形狀（非矩形）。當(dāng)要求將其作為識(shí)別標(biāo)識(shí)的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)算法不匹配的情況，案例中統(tǒng)一為其添加了白色矩形底圖，利于算法對(duì)其進(jìn)行處理，生成識(shí)別數(shù)據(jù)（如圖5）。另一方面，由于識(shí)別算法的原因，在圖像四邊有大概8%的像素是作為識(shí)別緩存區(qū)的存在，即這部分像素不參與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)識(shí)識(shí)別。針對(duì)這類問(wèn)題我們采取了兩種解決方案：其一，在選取作為標(biāo)識(shí)的圖像時(shí)擴(kuò)大邊緣8%；其二，在選取的圖像周圍預(yù)留8%像素的白邊作為緩沖區(qū)（如圖6）。上述方式都有效解決了異形識(shí)別上的一些問(wèn)題。

三、信息處理模塊優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效果及問(wèn)題總結(jié)

通過(guò)自主研發(fā)將最新的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于《格薩爾王》主題動(dòng)漫游戲中，不僅是一次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，而且在制作過(guò)程中對(duì)識(shí)別標(biāo)識(shí)的選擇、識(shí)別內(nèi)容的處理、展示模塊的制作等相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了有效處理。同時(shí)，除了在內(nèi)容創(chuàng)作上更多挖掘《格薩爾王》這一非物質(zhì)文化遺產(chǎn)寶庫(kù)外，未來(lái)還需從廣域增強(qiáng)顯示內(nèi)容識(shí)別、云端自定義素材庫(kù)和用戶自定義APP三個(gè)方面對(duì)本增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，可以打破設(shè)備之間的隔閡，真正實(shí)現(xiàn)多屏互動(dòng)融合。此外，隨著技術(shù)的提升，可以為用戶提供更大的自由度，豐富相應(yīng)的文化周邊產(chǎn)品，在更好地為用戶服務(wù)的同時(shí)，將西藏文化的精髓發(fā)揚(yáng)光大。

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