基于混合現(xiàn)實（MR）平臺的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護研究

【摘要】依據(jù)我國《文物保護法》，如同古人類化石一樣，具有科學(xué)價值的古脊椎動物化石同樣是我國重要的科學(xué)文化遺產(chǎn)，屬于國家珍貴文物，受到國家保護。數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，為古生物復(fù)原及保護提供了全新的技術(shù)支持。本文以諸城恐龍博物館為例，對利用混合現(xiàn)實（MR）平臺實現(xiàn)古生物數(shù)字化復(fù)原與保護進行研究，可以為山東乃至全國今后的相關(guān)研究提供參考，具有積極的價值與意義。

【關(guān)鍵詞】混合現(xiàn)實（MR）平臺；古生物；數(shù)字化；復(fù)原；保護

【中圖分類號】Q914 【文獻標(biāo)識碼】A

混合現(xiàn)實技術(shù)對人們的工作、學(xué)習(xí)、交流、娛樂方式進行了重塑，并帶來了變革性新體驗。美國市場調(diào)研公司的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)現(xiàn)實，2017年至2025年間，混合現(xiàn)實的市值將達到1.87億美元，其增長率高達38.06%。目前，混合現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用于娛樂領(lǐng)域，但是隨著這一技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展與普及，其在教育、文化事業(yè)等方面的應(yīng)用也將顯著增長。不可否認(rèn)，混合現(xiàn)實技術(shù)將逐步成為今后人們?nèi)粘Ｉ钪械闹鲗?dǎo)技術(shù)。就博物館發(fā)展而言，已經(jīng)步入傳統(tǒng)博物館、流動博物館與網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館齊頭并進的時代，混合現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)為博物館古生物復(fù)原與修復(fù)提供的了新的發(fā)展方式與方向，極大地延伸了博物館的服務(wù)空間與教育功能，不僅能更好地保護古生物遺產(chǎn)資源，還能有效滿足當(dāng)下民眾的多元化需求。由此可見，將混合現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于古生物復(fù)原與保護具有可行性，對其進行研究具有必要性。

一、混合現(xiàn)實（MR）平臺概述

（一）混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)概念

混合現(xiàn)實技術(shù)是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，該技術(shù)通過以數(shù)字信息處理技術(shù)為基礎(chǔ)對現(xiàn)實場景進行重新整合，從而構(gòu)建新的創(chuàng)作平臺。換言之，混合現(xiàn)實技術(shù)是將現(xiàn)實場景信息引入到虛擬環(huán)境中，在現(xiàn)實世界、虛擬世界及用戶之間構(gòu)建一個可以進行交互反饋的信息回路，這樣可以有效強化用戶體驗的真實感?；旌犀F(xiàn)實平臺的構(gòu)建可以描述并實現(xiàn)古生物學(xué)家與數(shù)字媒體藝術(shù)家的創(chuàng)作意念。通過這一平臺，利用數(shù)字傳播媒體將基于數(shù)字技術(shù)的信息系統(tǒng)向古生物學(xué)家發(fā)布，可以實現(xiàn)一種互動式科學(xué)探索與研究過程。對混合現(xiàn)實平臺而言，其具體表現(xiàn)形式有以下幾種：互動裝置、數(shù)字影像數(shù)據(jù)庫、動畫模擬、網(wǎng)絡(luò)傳播、多媒體藝術(shù)等。

（二）混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)特征

通過對混合現(xiàn)實技術(shù)的概念與實踐進行梳理與分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，混合現(xiàn)實技術(shù)具有以下幾個主要特征：其一，增強現(xiàn)實和增強虛擬結(jié)合性。即將現(xiàn)實世界與虛擬世界進行合并，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建新的可視化環(huán)境。在新構(gòu)建的可視化環(huán)境中，物理對象與數(shù)字對象是共存的，可以進行實時互動。由混合技術(shù)的概念可知，該技術(shù)是將現(xiàn)實場景與虛擬場景進行結(jié)合，并使其與用戶共同構(gòu)建可以增強用戶體驗真實感的一個交互反饋的信息回路?；诨旌犀F(xiàn)實技術(shù)的這一特性，我們可以發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的實現(xiàn)需要一個可以與現(xiàn)實世界事物進行交互的環(huán)境，混合現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵點就在于與現(xiàn)實世界進行交互及信息的及時獲?。黄涠?，交互性。大眾通過混合現(xiàn)實技術(shù)可以在更真實的環(huán)境中對研究對象進行自主控制及多角度的觀察與參與；其三，綜合性?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)是增強現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，其是計算機數(shù)碼技術(shù)、通信技術(shù)，信息掃描等的綜合體。

二、基于混合現(xiàn)實（MR）平臺的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護研究——以諸城博物館為例

（一）諸城博物館運用混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)的需求分析

就諸城恐龍博物館而言，目前該博物館對古生物化石的主要展出方式為實物標(biāo)本陳列，其模擬廳仍然采用較為傳統(tǒng)的材料來對恐龍各種形態(tài)情景進行模擬。環(huán)幕電影廳雖有部分4D效果虛擬實景模擬，但存在效果制作真實性不足且畫面較為粗糙等問題。通過對來館參觀的民眾進行調(diào)查，其中大部分參觀者反映的普遍問題有三個：其一，枯燥乏味、不直觀；其二，信息傳遞量不足；其三，參與互動性欠缺等。對新型自然博物館而言，尤其是涉及古生物科學(xué)遺產(chǎn)文化的博物館，其在活動開展的過程中應(yīng)強調(diào)推廣過程的互動性、參與性與體驗性，這剛好符合將虛擬技術(shù)與增強現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合在一起的混合現(xiàn)實技術(shù)的特性和優(yōu)勢?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用極大契合了大眾對古生物知識的需求，豐富了自然景觀的表現(xiàn)方式，同時提升了古生物文化資源保護與利用的效率，順應(yīng)我國重點支持遺產(chǎn)文化推廣趨勢。具有新穎直觀的表現(xiàn)形式及較強互動性的混合現(xiàn)實技術(shù)，成為大眾了解、保護古生物實物及遺跡最有效的實施方式和手段。由此可見，諸城恐龍博物館運用混合現(xiàn)實技術(shù)對館藏古生物資源進行修復(fù)與保護既是建設(shè)的需要，又是發(fā)展的需要。

（二）混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)對古生物復(fù)原與保護的有效性分析

首先，基于很混合現(xiàn)實技術(shù)特征，其對古生物博物館實物展出與推廣工作的高效、優(yōu)質(zhì)開展具有積極價值。一般而言，古生物在保存及展出過程中都面臨一定的約束性，即要在特定的時間或地點內(nèi)，通過現(xiàn)存挖掘展品與復(fù)制品的方式進行展出，這兩種展出方式的傳播速度與廣度都略顯不足。對此，混合現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可以對這一缺陷進行補充?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)包含著三維動畫模擬技術(shù)、三維掃描技術(shù)與互動裝置等一系列新的技術(shù)與藝術(shù)手段，可以更加直觀、完整及藝術(shù)性地對古生物文化進行展示，能有效提升古生物博物館實物展出與推廣工作的實效性。此外，利用混合現(xiàn)實技術(shù)把原本存在或者可能存在的物種的生存狀態(tài)及演化過程進行復(fù)原和模擬，并對某些跨度較大或進程異常緩慢的古生物物種變化進行集中展現(xiàn)，在這一過程中對現(xiàn)代技術(shù)的利用可以提升古生物資源的娛樂性，提升人們對古生物的興趣，從而助推古生物博物館實物展出與推廣工作效率；其次，對混合現(xiàn)實技術(shù)的合理利用，有利于古生物數(shù)字化復(fù)原與保護工作的具體落實。隨著增強現(xiàn)實技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的日臻完善，集合兩種技術(shù)優(yōu)勢的混合現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被推廣應(yīng)用于現(xiàn)代智能醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其所取得的科研成果已經(jīng)達到國內(nèi)先進水平。同時國外著名自然博物館對混合現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)形成了較為成熟的設(shè)計方案，并取得了一定的實施效果，由此可見，在諸城恐龍博物館遺產(chǎn)文化推廣中利用混合現(xiàn)實技術(shù)，將有利于相關(guān)工作的落實。

（三）混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)應(yīng)用于古生物復(fù)原與保護的要點分析

首先，要明確在混合現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于古生物復(fù)原與保護的過程中，展示的核心是古生物化石而不是技術(shù)手段。古生物數(shù)字模型的構(gòu)建要兼具科學(xué)性與典型性。在構(gòu)建古生物數(shù)字模型時，要對化石的相關(guān)知識及其所生存時代的生態(tài)環(huán)境進行全面了解，探索化石及其背后的故事，并通過技術(shù)手段進行還原，力求內(nèi)容表現(xiàn)與技術(shù)應(yīng)用的和諧統(tǒng)一；其次，對于古生物化石資源來說，其具有不可再生性與不可替代性，需要相對固定的、恒濕與恒溫的保存環(huán)境，利用混合現(xiàn)實技術(shù)將這些化石標(biāo)本數(shù)字化復(fù)原，然后將真實資源進行合理保藏，不僅可以保護模式標(biāo)本，還能讓更多的參觀者了解科學(xué)研究進展，大幅度提升博物館科學(xué)傳播的力度；最后，混合現(xiàn)實技術(shù)是科學(xué)與藝術(shù)的有機結(jié)合，不僅可以強化化石展示的視覺效果，還能喚起民眾對古生物的認(rèn)知與記憶。由于目前大部分化石并不是完整的，所以利用混合現(xiàn)實技術(shù)復(fù)原古生物化石，需要盡可能多地參照同類化石標(biāo)本，這樣才能還原古生物基本結(jié)構(gòu)與細節(jié)，使復(fù)原模型更接近實際。

（四）基于混合現(xiàn)實（MR）平臺的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護的未來發(fā)展趨勢

通過對混合現(xiàn)實技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行研究，我們可以對基于混合現(xiàn)實平臺的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護的未來發(fā)展趨勢進行以下推測：其一，混合現(xiàn)實+人工智能?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)與人工只能技術(shù)的結(jié)合將會帶來新的、關(guān)鍵的技術(shù)變革，兩種技術(shù)的有效結(jié)合將進一步實現(xiàn)目前不能達到的事情。如我們所知，混合現(xiàn)實技術(shù)是將物理現(xiàn)實與數(shù)字內(nèi)容進行疊加，以此為用戶構(gòu)建一套全新的交互體驗，而人工智能技術(shù)的融入可以對這一體驗進一步提升。此外，對人工智能技術(shù)而言，云計算技術(shù)是其發(fā)展的一個催化劑，基于云計算技術(shù)、人工智能技術(shù)可以更好地幫助混合現(xiàn)實技術(shù)理解物理對象。由此可見，混合現(xiàn)實技術(shù)與人工智能技術(shù)的融合可以給用戶帶來更持久的現(xiàn)實體驗感；其二，沉浸式交流。對于目前的全息體驗而言，其是孤獨或孤立的，但混合現(xiàn)實技術(shù)未來要打造的應(yīng)是可共享的。混合現(xiàn)實技術(shù)要實現(xiàn)的是更加沉浸式的溝通交流方式，進一步解除現(xiàn)實場景中的空間限制，降低混合現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用成本，提升其應(yīng)用便捷性。

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作者簡介：田永江（1981-），男，漢族，山東諸城人，碩士研究生，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動漫與傳媒學(xué)院，副教授，研究方向：影視動畫。

基金項目：山東省藝術(shù)科學(xué)重點課題“基于混合現(xiàn)實（MR）平臺的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護研究”（項目編號：201806597）。