青島黃海學院博物館文物虛擬現實展示設計研究

安穎 桑小昆

【摘? 要】虛擬現實技術具有形象生動、易于傳播的特點，有利于借助網絡平臺和移動設備展示和傳播平時難得一見的文物及其藝術價值，成為一種令人耳目一新的藝術呈現形式，引領人們走向一個技術和藝術相映成輝的新時代。將手機增強現實APP技術應用到青島黃海學院博物館文物的展示與傳播中是一次藝術與技術的巧妙結合，通過虛擬現實技術展示和傳播傳統(tǒng)文物的藝術價值，二者相得益彰，并且具有更深遠的研究意義。

【Abstract】Virtual reality technology has the characteristics of vivid and easy to disseminate， which is conducive to the display and dissemination of rare cultural relics and their artistic value with the help of network platform and mobile devices. It has become a refreshing art presentation form and leads people to a new era where technology and art complement each other. It is an ingenious combination of art and technology to apply the mobile phone augmented reality APP technology to the display and dissemination of cultural relics in Qingdao Huanghai University Museum. Through virtual reality technology， the artistic value of traditional cultural relics can be displayed and disseminated. The two complement each other， and this has more profound research significance.

【關鍵詞】虛擬現實;增強現實;青島黃海學院博物館;文物;虛擬現實展示;手機增強現實APP

【Keywords】virtual reality; augmented reality; Qingdao Huanghai University Museum; cultural relics; virtual reality display; mobile phone augmented reality APP

【中圖分類號】G260;TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）08-0156-02

1 引言

隨著時代發(fā)展和科技進步，虛擬現實技術悄然走進了大眾生活的方方面面，正在逐步改變人們的生活方式。就像手機改變了人們的溝通方式，導航改變了人們的出行方式，二維碼移動支付改變了人們的支付方式，新的科技總是能讓人們的生活更加方便快捷。因此，可以預見，虛擬現實技術必將成為下一個改變人們生活方式的重要科技。虛擬現實技術本身形象生動易于傳播的特點使其可以借助網絡平臺和移動設備展示和傳播珍貴的文物和其具有的藝術價值，成為一種藝術呈現新形式，引領人們走進技術與藝術二者相映生輝的新時代。

2 主要研究內容

本文的主要研究內容是將手機增強現實APP技術應用到青島黃海學院博物館文物的展示與傳播中，讓使用者能夠通過手機體驗文物的虛擬現實展示效果，全方位、多角度觀看文物的細節(jié)，學習文物的歷史背景。實現的效果是讓用戶借助手機、平板電腦等設備拍攝文物的平面圖片時，能夠在該圖片上方出現一個虛擬的文物仿真模型。

技術手段主要采用照片轉模型技術、數字建模與修復技術、虛擬現實引擎搭建技術、移動客戶端APP制作技術。文物數字建模使用照片轉模型軟件Autodesk Recap，三維模型制作軟件Maya、3Dmax、ZBrush等，虛擬現實引擎使用Unity3D，最終的移動客戶端以手機APP的形式呈現。該AR手機APP軟件是一款利用Unity3D引擎，基于Vuforia平臺開發(fā)的增強現實手機應用程序。

3 相關概念闡述

3.1 虛擬現實技術

虛擬現實技術主要包括VR（虛擬現實）和AR（增強現實）兩大部分。VR（虛擬現實）是指通過一些設備讓用戶能夠完全沉浸在一個全部虛擬的空間中的一種技術手段，特點是用戶觀察或體驗到的環(huán)境完全是虛擬圖像，不包含用戶周圍的真實環(huán)境。常見的VR方式包括借助電腦桌面顯示的桌面虛擬現實，借助手機屏幕顯示、線上虛擬現實展示平臺的線上VR展示鏈接和HTC VIVE等專業(yè)虛擬現實顯示頭盔等設備的沉浸式虛擬現實。例如，高校虛擬現實實訓室采用的桌面式虛擬交互平臺解決了學生在家無法進行實訓操作學習訓練的問題。因此，國家呼吁各大高校將自建的虛擬仿真實驗教學平臺統(tǒng)一上傳到國家虛擬仿真實驗教學平臺官方網站，使各大高校的虛擬仿真實驗教學平臺做到了資源整合利用。淘寶網和京東網也推出了VR購物鏈接，讓人們在家也可以點開鏈接，觀察各種產品的仿真虛擬模型。58同城也推出了VR看房，既節(jié)省了客戶的看房時間，又降低了開發(fā)商的員工成本。

3.2 增強現實技術

AR（增強現實）是指通過一些設備讓用戶能夠體驗到身在一種虛擬環(huán)境和真實環(huán)境相結合的空間的技術手段，特點是將虛擬圖像融入用戶周圍的現實環(huán)境當中。常見的AR方式包括借助電腦桌面顯示的桌面互動虛擬現實，借助手機屏幕顯示的線上AR展示鏈接或手機增強現實APP和借助Microsoft HoloLens等專業(yè)增強現實顯示頭盔等設備的沉浸式增強現實。例如，支付寶推出AR紅包和AR掃一掃，用戶用攝像頭拍攝周圍環(huán)境中的特定圖案或物品就會出現相對應的虛擬紅包或虛擬圖像，增加了用戶的使用樂趣，推廣了支付寶的新功能和新產品。淘寶網也推出了AR BUY+和AR虛擬試穿，AR虛擬試穿可以讓用戶通過攝像頭在家試穿想要購買的染發(fā)劑、化妝品、鞋子、眼鏡、衣服等產品。百度地圖也推出了AR地圖，用戶打開攝像頭拍攝周圍的環(huán)境，會看到一個虛擬的箭頭路線出現在地面上，實時指引用戶前行。

4 制作步驟

制作青島黃海學院增強現實手機APP的第一步是到青島黃海學院博物館進行資料收集整理，并對相關文物進行實地拍攝。然后把相片導入Autodesk Recap軟件進行合成，合成的模型一般會有殘缺，不能直接使用，因此，需要將導出的模型導入三維模型制作軟件Maya、3Dmax、ZBrush等進行修正和補色。

第二步是在Vuforia開發(fā)平臺進行文物的圖片和數字模型的上傳和三維注冊工作。Vuforia是一款能夠通過計算機圖形圖像數字識別技術，為拍攝到的指定的二維平面圖像和三維虛擬圖形圖像建立對應合成關系的在線開發(fā)平臺。從目前的發(fā)展形勢來看，青島黃海學院增強現實手機APP系統(tǒng)更適于選擇手持顯示器顯示為主，它便于攜帶，且不需要額外設備支持和應用程序，同時，還能夠避免頭盔顯示器所帶來的眩暈感、負重大等缺點。因此，三維注冊技術是決定青島黃海學院增強現實手機APP系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關鍵技術，為了實現青島黃海學院增強現實手機APP系統(tǒng)虛擬展示信息和真實環(huán)境的無縫結合，就必須借助Vuforia開發(fā)平臺完成三維注冊和數據包生成，以便將青島黃海學院增強現實手機APP系統(tǒng)虛擬展示信息顯示在現實環(huán)境中的正確位置。三維注冊的步驟主要是將指定的識別圖片和相對應的三維模型上傳到Vuforia開發(fā)平臺完成它們之間的關聯，然后獲得開發(fā)密鑰和下載相應數據包，這些都是之后要導入Unity3D中進行APP開發(fā)的必要素材。

第三步是將從Vuforia開發(fā)平臺下載的開發(fā)密鑰和相應數據包導入Unity3D引擎中完成手機APP的開發(fā)和導出安裝包的工作。Unity3D是一款強大的跨平臺游戲引擎，能夠實現超級寫實的PBR（基于物理的光照）實時材質渲染效果，被廣泛應用于各種游戲制作和虛擬現實應用開發(fā)中。該引擎可以導出適用于Windows電腦操作系統(tǒng)的exe安裝文件，適用于安裝手機的apk安裝文件，以及適用于蘋果操作系統(tǒng)的iOS安裝文件等多種格式的安裝文件。青島黃海學院增強現實手機APP導出的是適用于安卓手機系統(tǒng)的apk格式的安裝包。

5 結語

將手機增強現實APP技術應用到青島黃海學院博物館文物的展示與傳播中是一次藝術與技術的巧妙結合，通過虛擬現實技術展示和傳播傳統(tǒng)文物的藝術價值，其具有更深遠的研究意義。首先，虛擬現實技術的新穎形式和互動體驗方式可以吸引更多年輕一代關注和傳播文物的藝術價值，易于傳統(tǒng)文化的傳承和發(fā)展;其次，虛擬現實技術可以借助遠程網絡和移動平臺更廣闊地傳播文物的藝術價值，吸引更多國外友人學習了解中國的傳統(tǒng)文化和藝術。最后，也是最為重要的一點是虛擬現實技術可以完全寫實的復制和呈現文物的原貌，一旦文物后期不慎遺失或損壞，虛擬現實技術留存的模型和資料也可以用來尋回或修復文物。

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