增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館中的應(yīng)用

張寶文 陳達(dá)銀

摘?要：博物館自古以來就是我們學(xué)習(xí)、交流和傳播文化的一個(gè)理想場(chǎng)所，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有移動(dòng)性強(qiáng)、虛實(shí)結(jié)合，將多感官融合起來的優(yōu)點(diǎn)，把這二者融合，可以帶給觀眾更全面的參觀體驗(yàn)，可以給博物館的參觀方式添光加彩。文中以長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)博物館史前生物展廳中的一個(gè)測(cè)試程序?yàn)槔瑥挠布O(shè)施、軟件制作、后續(xù)優(yōu)化等方面，講述了如何一步步地實(shí)現(xiàn)化石展品的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，給參觀者參觀帶來更大的自由度。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù);虛實(shí)結(jié)合;地質(zhì)博物館;應(yīng)用實(shí)例

博物館展出的藏品具有數(shù)量龐大和種類繁多的特點(diǎn)，是人們學(xué)習(xí)交流文化的理想場(chǎng)所之一，其中部分精品展品值得人們進(jìn)一步觀察學(xué)習(xí)，深入研究;增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其移動(dòng)性強(qiáng)、虛實(shí)結(jié)合的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，能直觀地將博物館展品特色，多感官地呈現(xiàn)出來，帶給參觀者對(duì)展品更全面的認(rèn)知，增加參觀趣味性。

1?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館中的應(yīng)用

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)博物館內(nèi)所展陳的化石標(biāo)本有兩千多件，涵蓋從低級(jí)的簡(jiǎn)單生物到高級(jí)的脊椎動(dòng)物，包括軟體動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、腕足動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、半索動(dòng)物、棘皮動(dòng)物和脊索動(dòng)物等，此外，還有各類的植物化石標(biāo)本，橫跨了寒武紀(jì)至今的各個(gè)時(shí)代。其中還有很多具有典型性、特殊性以及觀賞性的精品化石，比如遼西鳥、恐龍、鸚鵡嘴龍、海百合、恐龍蛋、中華鱘和魚龍等化石。這些化石有的清晰可見，有的棱角模糊，顏色暗淡，現(xiàn)已有年代、發(fā)掘人、文字簡(jiǎn)介等信息，要是能同時(shí)看到它們活靈活現(xiàn)的復(fù)原模樣，將帶給參觀者更好的觀看體驗(yàn)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented?Reality，簡(jiǎn)稱為AR），這是將虛擬和真實(shí)的信息進(jìn)行集成的技術(shù)，是把本來在真實(shí)場(chǎng)景中沒法看到、聽到、摸到、聞到等信息用人工合成、電腦等科學(xué)技術(shù)手段，疊加到真實(shí)的場(chǎng)景中來，這樣人類就能體驗(yàn)到更豐富的信息，繼而得到超越真實(shí)的觀感過程。虛擬物體和真實(shí)環(huán)境同時(shí)在同一個(gè)場(chǎng)景共存。它相比虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，最大的特點(diǎn)就是不是完全脫離現(xiàn)實(shí)的，所以不需要佩戴沉重的頭盔。因此在醫(yī)療、軍事、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)視頻、娛樂游戲、旅游、市政建設(shè)規(guī)劃等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，也用于古跡的復(fù)原，文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)的保護(hù)。同理，也可以運(yùn)用到博物館中來，比如化石，在長(zhǎng)安大學(xué)的地質(zhì)博物館中運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓參觀者拿著手機(jī)，打開軟件調(diào)用攝像頭，不需要掃碼或者拍照，只要對(duì)著我們的化石展品，讓攝像頭檢測(cè)到它們，就馬上能顯示出化石的復(fù)原場(chǎng)景，比如完整的魚龍眼睛滴溜溜地轉(zhuǎn)，搖頭擺尾;活躍于晚白堊紀(jì)的暴龍，在七八千萬年后的今天又能重見天日，仰頭長(zhǎng)嘯;海百合美麗的身形搖曳生姿等，讓觀者在看到石化現(xiàn)狀的同時(shí)，也能看到生態(tài)復(fù)原的影像。

2?應(yīng)用實(shí)例實(shí)現(xiàn)方法

現(xiàn)以長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)博物館5號(hào)史前生物展廳中的化石展品為例進(jìn)行說明。為了參觀者更好的認(rèn)識(shí)展品，了解地球不同年代生物的進(jìn)化史，將形成化石的動(dòng)植物復(fù)原。其實(shí)現(xiàn)方法如下。

2.1?硬件

硬件上只要有款帶攝像頭的觸屏手機(jī)即可，若想跟展品一起自拍，還可以選用有前置攝像頭的手機(jī)。

2.2?軟件

軟件用的是3DMAX建模軟件和Unity3D三維綜合游戲引擎。

2.2.1?建模

要想把化石復(fù)原，當(dāng)然先上網(wǎng)尋找化石的圖像資料，比如圖1魚龍，（a）為中生代海中霸主魚龍化石展品，（b）為它相應(yīng)的復(fù)原圖片。用建模軟件進(jìn)行建模，拖個(gè)長(zhǎng)方體出來經(jīng)過拉伸、切割、擠出等操作按（b）中圖片做出魚龍三維模型，在模型修改器上疊加UVW型貼圖修改器，將圖片貼給模型;為了增添它的神采，單獨(dú)制作眼球及其動(dòng)畫，如圖1中（c）所示;再凍結(jié)模型添加骨骼，包括脊柱、上下頜骨、魚鰭;之后給模型添加蒙皮修改器，將骨骼逐個(gè)綁定到模型上，調(diào)整權(quán)重影響因子;最后參照現(xiàn)代魚類的游泳形態(tài)，給魚龍?zhí)砑觿?dòng)畫，讓它活靈活現(xiàn)地動(dòng)起來。

2.2.2?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

有很多類型的插件可以在Unity中運(yùn)用以做到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，比如Metaio、高通Vuforia，D‘Fusion，國產(chǎn)Easy?AR等，這里采用Easy?AR，注冊(cè)后將密鑰保存下來，復(fù)制到Unity的Easy?AR插件版權(quán)許可證密鑰里，這樣準(zhǔn)備工作就完成了。新建工程，將攝像機(jī)的顏色改成單一黑色，把EasyAR文件夾里的圖像追蹤和目標(biāo)圖像預(yù)制件（預(yù)制件是自帶一定功能、可多場(chǎng)景復(fù)制、移動(dòng)、使用的物體）拖入場(chǎng)景，將它們關(guān)聯(lián)，一個(gè)展品對(duì)應(yīng)一對(duì)圖像追蹤和目標(biāo)圖像，多個(gè)展品就要建立多個(gè)圖像追蹤和目標(biāo)圖像，這些圖像既可以在同一屏幕中顯示，又可以根據(jù)追蹤檢測(cè)順序逐個(gè)單獨(dú)地顯示出來，具體情況可以根據(jù)軟件的實(shí)際需求進(jìn)行區(qū)別配置。然后設(shè)置目標(biāo)圖像的圖片源類型、路徑、名稱、尺寸等參數(shù)，這里將上個(gè)步驟中的魚龍化石圖片放進(jìn)來，當(dāng)作檢測(cè)圖，再把魚龍的模型動(dòng)畫從建模軟件中導(dǎo)出為FBX格式，導(dǎo)入U(xiǎn)nity中，作為目標(biāo)圖像的子物體，這樣帶攝像頭的電腦就可以直接運(yùn)行測(cè)試了，將檢測(cè)圖發(fā)到手機(jī)上，既能保證原圖的清晰度，又能避免二次拍攝造成的變形，運(yùn)行結(jié)果如圖2所示：（a）為魚龍化石及其復(fù)原動(dòng)畫，（b）為暴龍及其復(fù)原模型，（c）為海百合化石及其復(fù)原模型。

2.2.3?后續(xù)優(yōu)化

為了觀看者擁有更自主的操作體驗(yàn)，可以通過觸屏滑動(dòng)手機(jī)，翻轉(zhuǎn)縮放顯示的模型，比如上述魚龍，通過翻轉(zhuǎn)可以全方位的觀察魚龍結(jié)構(gòu)，讓我們看清它那碩大的眼睛，細(xì)長(zhǎng)的吻部，鋒利的牙齒，從側(cè)面可以看到強(qiáng)壯的魚鰭，從后面我們可以看到它還有長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴。

添加腳本ARtouch，設(shè)置單點(diǎn)觸碰為翻轉(zhuǎn)角模型角度，要先儲(chǔ)存模型的相位：

Input.touches[0].phase?==?TouchPhase.Began;

transform.Translate（new?Vector3（Input.touches[0].deltaPosition.x?*?Time.deltaTime，Input.touches[0].deltaPosition.y?*?Time.deltaTime，0））;

設(shè)置雙點(diǎn)觸碰為縮放模型，先儲(chǔ)存手指的位置：

Vector2?nposition1?=?new?Vector2（）;

Vector2?nposition2?=?new?Vector2（）;

Camera.main.transform.Translate（isforward*Vector3.forward?*?Time.deltaTime*（Mathf.Abs（deltaDis2.x+deltaDis1.x）+Mathf.Abs（deltaDis1.y+deltaDis2.y）））;

3?結(jié)語

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)博物館不僅是學(xué)校前輩地質(zhì)教授和學(xué)生們六十多年來的心血精華，也是當(dāng)代資源、土地、水環(huán)等學(xué)院教師在課本外授課、做研究的重要場(chǎng)所，還是中小學(xué)生們的興趣啟蒙之所，博物館教育歸根結(jié)底，還是為了輔助學(xué)校培養(yǎng)下一代，將文化積淀代代傳承下去。通過在博物館中運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，既能讓學(xué)生對(duì)博物館的展品知其然，又能知其所以然，調(diào)動(dòng)學(xué)生的參觀學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的參觀熱情，從而把博物館的教育功能發(fā)揮得更加淋漓盡致。

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作者簡(jiǎn)介：張寶文（1988—?），女，漢族，陜西西安人，碩士，工程師，研究方向：電機(jī)與電器，電氣工程及其自動(dòng)化。