虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館展覽中的應(yīng)用

文｜李金文

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館展覽中的應(yīng)用

文｜李金文

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality），簡(jiǎn)稱VR 。其工作原理是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種實(shí)現(xiàn)及控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的一個(gè)三度空間的虛擬世界。提供用戶關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓用戶如同身臨其鏡一般及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的任意對(duì)象。VR是介于虛擬世界、真實(shí)世界與使用者三者之間的系統(tǒng)，當(dāng)使用者在真實(shí)世界改變某些狀態(tài)，透過(guò)VR傳送到虛擬世界中，虛擬世界就會(huì)與使用者互動(dòng)，如同在真實(shí)世界一樣。VR的設(shè)備需要有計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的3D圖形、立體化的視角呈現(xiàn)與聲音系統(tǒng)、頭部與手部的姿態(tài)追蹤系統(tǒng)、觸角回饋與聲音輸入輸出設(shè)備。如顯像式頭盔、3D音響、力回饋游戲桿、控制手臂、力回饋數(shù)據(jù)手套、位置追蹤器、3度空間鼠標(biāo)等設(shè)備。VR有兩種分類(lèi)方法。第一種VR以其技術(shù)和使用者接口大致可分為桌上型虛擬現(xiàn)實(shí)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)、模擬型虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬電傳、網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)。

桌上型虛擬現(xiàn)實(shí)（Desktop VR） 以計(jì)算機(jī)的屏幕來(lái)呈現(xiàn)虛擬世界的景象，使用者利用鼠標(biāo)或其它裝置來(lái)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行互動(dòng)。在此種方式的虛擬實(shí)境中，使用者仍能感受到外面的真實(shí)世界，不能完全的沉浸于虛擬的世界中。

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（Immersion VR） 利用特殊的頭罩裝置（Head Mounted Display， HMD），隔絕外界的刺激，并由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真情境，在HMD中產(chǎn)生三度空間的虛擬假象，使用者可用特殊的數(shù)據(jù)手套裝置，來(lái)操縱、控制、反映虛擬情境中的事物。此外，另一種是利用特殊的3D立體投影機(jī)將影像投射到屏幕，使用者利用偏光鏡來(lái)產(chǎn)生立體感，此種方式稱之為投射型的VR。

模擬型虛擬現(xiàn)實(shí)是在一個(gè)密閉的空間模擬真實(shí)的情境，例如模擬機(jī)艙的景像、配備、空間等，此種方式可以免去頭罩及路線的束縛，但硬件需求較大。

虛擬電傳VR（Telepresence VR） 利用如機(jī)器人的裝置及設(shè)備，藉由機(jī)器人上的攝影機(jī)，讓使用者透過(guò)攝影機(jī)影像的傳送，如同感受到親臨現(xiàn)場(chǎng)的操作狀況。

網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)指使用者透過(guò)因特網(wǎng)的連結(jié)，溶入于一個(gè)互動(dòng)的虛擬環(huán)境中，在此虛擬環(huán)境里，所有參與者可以交換訊息并進(jìn)行互動(dòng)。

第二種VR可分為影像式虛擬現(xiàn)實(shí)和模型式虛擬現(xiàn)實(shí)。

影像式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示方式有環(huán)場(chǎng)全景和對(duì)象兩種。觀者主要立足在一個(gè)立體圓柱的中心（由內(nèi)朝外環(huán)視全景）或圓周（由外向內(nèi)環(huán)視單一物體）上。把要仿真的真實(shí)環(huán)境或?qū)ο笠韵鄼C(jī)拍攝360度環(huán)繞連續(xù)相接的照片，經(jīng)由計(jì)算機(jī)無(wú)接縫處理及轉(zhuǎn)檔后，銜接成一個(gè)立體圓柱面。使用者進(jìn)入此立體圓柱面所構(gòu)成的虛擬世界后，其視點(diǎn)便是位于立體圓柱中，隨使用者視點(diǎn)的移動(dòng)、放大、縮小，系統(tǒng)將視角范圍內(nèi)的圖像進(jìn)行處理，呈現(xiàn)出使用者在正常狀況下可見(jiàn)到的立體場(chǎng)景圖像。使用者在虛擬空間移動(dòng)視點(diǎn)，是由一連串圖像轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

模型式虛擬現(xiàn)實(shí)為傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)，需經(jīng)由3D軟件建模、貼圖、顯像、攝影機(jī)。經(jīng)由VRML語(yǔ)言程序的設(shè)定或軟件包（Virtool、Cult3D或EON）的Lingo指令，賦予操作功能。使用者能在設(shè)計(jì)者構(gòu)建的虛擬空間內(nèi)自由的游走，并與空間內(nèi)的對(duì)象通過(guò)點(diǎn)選或觸碰產(chǎn)生互動(dòng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展是非常迅猛的，自1983年虛擬現(xiàn)實(shí)一詞首次以Arti fi cical reality出現(xiàn)在書(shū) (Myron Krueger 教授著/美國(guó)）中以來(lái)，迄今已有34年時(shí)間了，這期間虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)愈來(lái)愈完善，也有了新的分支，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用而生。

增強(qiáng)型現(xiàn)實(shí)（Agumented Reatlity）簡(jiǎn)稱AR。AR是VR的一個(gè)重要分支，其工作原理是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。AR綜合了計(jì)算機(jī)圖形、光電成像、融合顯示、多傳感器、圖像處理、計(jì)算機(jī)視角等多門(mén)學(xué)科。

混合型現(xiàn)實(shí)（Mix reality）簡(jiǎn)稱MR。MR是AR的分支，其工作原理是既包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)虛擬，指的是合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對(duì)象共存，并實(shí)時(shí)互動(dòng)。

博物館是文物和標(biāo)本的主要收藏、宣傳教育、科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。所以展覽是架通博物館與觀眾的橋梁，其好壞直接關(guān)系到博物館能否可持續(xù)發(fā)展。博物館擁有豐富的人文、歷史、自然等藏品，其種類(lèi)、型制可謂千差萬(wàn)別，但歷年來(lái)沿用的“通柜，實(shí)物加說(shuō)明牌”的展覽陳列手段，以其單一、手法落后、枯燥乏味方式很難表現(xiàn)陳列展品的豐富內(nèi)涵，而且原有的直接展示方法過(guò)于專業(yè)，很難達(dá)到大眾化普及宣傳效果。這是博物館門(mén)庭冷落的主要原因。如何改變這種局面是每一個(gè)博物館從業(yè)者所面對(duì)的一道難題。筆者以為在當(dāng)今形勢(shì)下辦展覽應(yīng)該采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為輔助手段，因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其高度的想象力、實(shí)時(shí)的互動(dòng)性與強(qiáng)力的沉迷度，不僅能充分展現(xiàn)實(shí)物展品的內(nèi)涵，而且使具體的展覽內(nèi)容形象、生動(dòng)、直觀的顯示出來(lái)，激發(fā)了觀眾的主動(dòng)性、互動(dòng)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館展覽中應(yīng)用應(yīng)分為展覽設(shè)計(jì)和實(shí)際展示兩個(gè)方面。

一：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使得展覽的設(shè)計(jì)者的創(chuàng)作靈感空間能夠擴(kuò)展到一個(gè)超越時(shí)空、空間與影像經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域，由于媒體科技所提供的互動(dòng)性對(duì)展覽創(chuàng)新充滿了新的可能性，沉浸式的環(huán)境預(yù)示著新的展覽的表現(xiàn)形式即將形成，因此已經(jīng)有許多的展覽設(shè)計(jì)者以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新的展覽的表現(xiàn)形式在展示中應(yīng)用。展覽設(shè)計(jì)者利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)作可稱為數(shù)字藝術(shù)創(chuàng)作，即是經(jīng)過(guò)數(shù)字化的過(guò)程、方法、手段產(chǎn)生的藝術(shù)創(chuàng)作。而將傳統(tǒng)形式的展覽設(shè)計(jì)形式，以數(shù)字化的手段或工具作各種方式的表現(xiàn)稱為展品數(shù)字化。因此凡創(chuàng)作時(shí)以數(shù)字化的手段制作或創(chuàng)作時(shí)以傳統(tǒng)手段之后又加以數(shù)字化加工所產(chǎn)生的展覽均可稱為數(shù)字展品。傳統(tǒng)展品與數(shù)字展品最大的不同點(diǎn)在于數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，而不是創(chuàng)作精神內(nèi)涵的改變，所有展覽都有機(jī)會(huì)用數(shù)字的面貌呈現(xiàn)，數(shù)字化的展覽表現(xiàn)形式除了帶來(lái)虛實(shí)美學(xué)的激蕩，技術(shù)與媒體的創(chuàng)新，文物實(shí)體的編碼與轉(zhuǎn)譯化之外，同時(shí)透過(guò)接口格式的標(biāo)準(zhǔn)化、互通性與傳遞性而衍生出超越空間，跨越時(shí)間的無(wú)限可能性。文物是會(huì)折壽的。時(shí)間無(wú)情，有很多文物慢慢氧化損毀。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)給文物展示注入了新的生機(jī)，它讓文物每個(gè)細(xì)節(jié)通過(guò)影像定格在永恒里?；厮窔v史才能深刻體驗(yàn)所有細(xì)節(jié)，但時(shí)光無(wú)法重現(xiàn)，而展覽設(shè)計(jì)者則可用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬出歷史的情景，這樣一來(lái)不僅讓參觀者更能深刻體會(huì)、更能牢記，亦可提升不少的參觀、學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，不再是枯燥乏味、透過(guò)文字記載的歷史了。

二：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在展覽中實(shí)際展示方面。應(yīng)用VR技術(shù)可以打造一個(gè)超級(jí)數(shù)字博物館。展品囊括古今中外所有文物，只要帶上頭盔，就能進(jìn)入到展館，看各種文物。如果覺(jué)得不過(guò)癮，一鍵切換，就馬上跳到巴黎羅浮宮，感受?chē)?guó)外博物館，仿佛身置其中。 而用AR技術(shù)來(lái)提升博物館的游覽體驗(yàn)似乎十分具有吸引力，戴上AR眼鏡或者打開(kāi)AR應(yīng)用，你就可以聆聽(tīng)虛擬講解員全方位的解說(shuō)、揭開(kāi)面前沉寂千年的木乃伊原貌，甚至讓史前巨獸在眼前動(dòng)起來(lái)，每個(gè)人都可以體驗(yàn) “博物館奇妙夜”。

現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹一下世界范圍內(nèi)各博物館展覽方面應(yīng)用AR的典型案例。倫敦科學(xué)博物館“制造現(xiàn)代世界”展覽開(kāi)發(fā)了一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用程序來(lái)輔助展覽，BBC電視臺(tái)著名主持人作為虛擬講解員對(duì)展區(qū)和展品進(jìn)行講解。參觀者游覽時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)在博物館的地面上有一個(gè)特別的標(biāo)記，打開(kāi)應(yīng)用，并將手機(jī)的攝像頭對(duì)準(zhǔn)這個(gè)標(biāo)記后，屏幕上會(huì)出現(xiàn)主持人的影像的講解。底特律藝術(shù)博物館采用谷歌的技術(shù)，參觀者使用帶有Tango平臺(tái)的手機(jī)可以“穿透”石棺顯示內(nèi)部的木乃伊，對(duì)準(zhǔn)木乃伊“掃描”一下就可以看到內(nèi)部的骨架。還可以重現(xiàn)巴比倫伊什塔爾城門(mén)這些不復(fù)存在的建筑，或是“恢復(fù)”石灰?guī)r浮雕本來(lái)的顏色。悉尼動(dòng)力博物館和倫敦博物館的參觀者可以在自己的智能手機(jī)上看到在同一地點(diǎn)拍攝到的不同時(shí)期舊城風(fēng)貌的疊放圖片。把一個(gè)當(dāng)下的現(xiàn)實(shí)與“增強(qiáng)”了的歷史畫(huà)面融為一體，讓用戶在片刻之間追憶歷史，正視當(dāng)下和思考時(shí)代的變化。加拿大的菲利普·柯里恐龍博物館中安裝了一套AR系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了讓現(xiàn)實(shí)中的參觀者處于一個(gè)被恐龍追趕的環(huán)境中來(lái)增加互動(dòng)的功能。西班牙巴塞羅那的加泰羅尼亞藝術(shù)博物館不僅可以讓游客“復(fù)活”恐龍，還可以與恐龍互動(dòng)，當(dāng)你靠近虛擬的恐龍時(shí)，它看上去會(huì)大一些，你可以在它周?chē)邉?dòng)，360度觀看它，當(dāng)你靠近一只虛擬恐龍時(shí)，它還會(huì)咆哮。大英博物館三星數(shù)碼探索中心里推出了一個(gè)有趣的冒險(xiǎn)游戲“獻(xiàn)給雅典娜的禮物”。 參觀者需要使用AR功能的移動(dòng)設(shè)備來(lái)掃描特定的展覽對(duì)象，收集詞語(yǔ)和數(shù)字道具，來(lái)解決謎題。參與者通過(guò)解開(kāi)一個(gè)個(gè)小謎團(tuán)來(lái)打開(kāi)通往下一個(gè)故事的鎖。通過(guò)這樣的形式，參與者在學(xué)習(xí)的過(guò)程中一點(diǎn)一點(diǎn)接受相關(guān)展品的知識(shí)。紐約MoMA博物館AR應(yīng)用很有意思。來(lái)自全球的參與者可以提前在線上提交自己的作品。而它們隨后被內(nèi)嵌于博物館的虛擬空間里，成為了一個(gè)疊加在常規(guī)展之上但又不甚相關(guān)的“隱藏展覽”?，F(xiàn)場(chǎng)的參觀者必須通過(guò)特定的APP來(lái)召喚出這些有意思的展品。

通過(guò)筆者參觀國(guó)內(nèi)大多數(shù)大型博物館的展覽和瀏覽他們的門(mén)戶網(wǎng)站，發(fā)現(xiàn)不同的博物館有著各自鮮明的特點(diǎn)，但大多數(shù)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬出特定的的歷史場(chǎng)景來(lái)輔助說(shuō)明在展覽中某個(gè)或某系列文物及突出某個(gè)主題（如某個(gè)特定墓葬場(chǎng)景），以加深觀眾對(duì)展覽的理解這方面上。究其原因可能是限于經(jīng)費(fèi)模擬出的歷史場(chǎng)景比較簡(jiǎn)單，恰恰缺少了觀眾親自參與體驗(yàn)的功能。有少數(shù)展覽利用虛擬現(xiàn)實(shí)模擬出了數(shù)十個(gè)場(chǎng)景可讓觀眾參與親自體驗(yàn)。很少有觀眾可以互動(dòng)的虛擬場(chǎng)景，往往令人美中不足，也沒(méi)有發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)有功能。筆者建議：博物館以后在展覽展示方面應(yīng)盡最大可能利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作較復(fù)雜的系列歷史場(chǎng)景并能讓觀眾參與體驗(yàn)和互動(dòng)，這樣不但可以更深挖掘歷史文化內(nèi)涵，還可吸引更多的觀眾前來(lái)參觀；可以利用AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)展覽導(dǎo)航，和以前的導(dǎo)航不同，現(xiàn)在觀眾看到不是地圖，而是前方展館的實(shí)時(shí)視圖，以及疊加在視頻上方的導(dǎo)航數(shù)據(jù)；在展覽中可以建立古代某個(gè)朝代服裝的“虛擬試衣間”，使用AR技術(shù)后展廳只需要一臺(tái)帶攝像頭的電腦和一點(diǎn)空間，觀眾后退到離攝像頭4-5英尺的地方揮一揮手，你選中的衣物（古代服裝）會(huì)自動(dòng)“穿”到你身上，如果你覺(jué)得沒(méi)有“穿好”，你還可以通過(guò)微調(diào)衣物的位置使其看起來(lái)與你更貼合；倫敦博物館出了一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的Apps，稱其為“時(shí)光機(jī)器”，把手機(jī)對(duì)準(zhǔn)當(dāng)前所在的位置，那么系統(tǒng)會(huì)幫觀眾匹配當(dāng)前位置幾十年前的樣子和后十幾年的樣子，并根據(jù)其需要打印處照片，值得國(guó)內(nèi)博物館借鑒。

作者單位：甘肅省博物館