基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的古廊橋數(shù)字化應(yīng)用研究

摘? 要：混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種新興的多媒體交互技術(shù)，能夠?qū)⑻摂M世界與真實(shí)世界相互融合。泰順古廊橋是我國橋建筑文化遺產(chǎn)中一個(gè)不可或缺的組成部分。由于受到自然的侵蝕和人為的破壞，廊橋面臨消失的危險(xiǎn)?；诨旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)下的古廊橋虛擬數(shù)字化展示，適應(yīng)新媒體時(shí)代信息傳播規(guī)律和社會(huì)大眾的數(shù)字思維方式，使社會(huì)大眾了解泰順古廊橋文化并提高文化保護(hù)意識(shí)，有效提高古廊橋文化傳播效率，為泰順古廊橋文化傳承保護(hù)提供了新的研究思路。

關(guān)鍵詞：混合現(xiàn)實(shí)技術(shù);古廊橋;文化遺產(chǎn);數(shù)字化

基金項(xiàng)目：本文系2021年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃“混合現(xiàn)實(shí)在古廊橋數(shù)字化非遺保護(hù)中的應(yīng)用研究”（XMS2106048;XMS2106048P01）研究成果。

一、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究

（一）混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（MR，Mixed Reality）是一種能使真實(shí)世界與虛擬世界相融合同時(shí)呈現(xiàn)在一個(gè)顯示設(shè)備中的計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)的工作原理是通過攝像頭、傳感器和定位器等技術(shù)設(shè)備，實(shí)時(shí)獲得真實(shí)世界中的相關(guān)信息，結(jié)合位置跟蹤軟件和空間地圖技術(shù)，將真實(shí)世界與計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界相融合，并且虛擬世界坐標(biāo)會(huì)隨著真實(shí)世界位置的移動(dòng)而隨時(shí)發(fā)生變化?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)也是一種基于真實(shí)現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)虛擬與虛擬現(xiàn)實(shí)的相互融合下產(chǎn)生的技術(shù)，匯集了VR技術(shù)和AR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界、增強(qiáng)世界和虛擬世界的深度融合，生成一個(gè)與人類感官相匹配的、虛實(shí)融合的、多通道反饋的系統(tǒng)。

（二）混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

在混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，真實(shí)世界和虛擬世界是共存的?；旌犀F(xiàn)實(shí)對(duì)真實(shí)世界和虛擬世界一視同仁，無論將虛擬物體融入真實(shí)環(huán)境，還是將真實(shí)的物體融入到虛擬環(huán)境，都是允許的。例如，將虛擬的物體放在真實(shí)的環(huán)境中組合成一個(gè)新的空間，在該空間中人們很難區(qū)分這個(gè)空間中哪些物體是虛擬的、哪些物體是真實(shí)的。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)“沉浸性”特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將真實(shí)現(xiàn)實(shí)中的感知、交互與虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行結(jié)合，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)的互動(dòng)性，使其獲得更真實(shí)的感受。因此，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有真實(shí)性、實(shí)時(shí)交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)。

1.真實(shí)性

目前，市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣的三大虛擬數(shù)字技術(shù)分別為：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以全封閉式虛擬環(huán)境為主要特征，使用戶能夠獲得極強(qiáng)的沉浸體驗(yàn);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是以真實(shí)世界為依托，對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行虛擬數(shù)字化。然而，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將虛擬世界和真實(shí)世界相互結(jié)合，為用戶提供真實(shí)的感官體驗(yàn)，使其沉浸在虛擬空間中，難以分辨物體的真假。

2.實(shí)時(shí)交互性

實(shí)時(shí)交互性的特征已經(jīng)普遍成為虛擬數(shù)字技術(shù)的一個(gè)重要技術(shù)特征。用戶對(duì)于物體的觀察不會(huì)僅限于在某一個(gè)固定點(diǎn)，可以在連續(xù)的運(yùn)動(dòng)中實(shí)時(shí)觀察。從這種特點(diǎn)出發(fā)，在混合現(xiàn)實(shí)與古廊橋的結(jié)合應(yīng)用中，混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)更新用戶在真實(shí)世界中的物理位置、觀察方向和姿態(tài)等信息的變化，并將該物理信息映射到計(jì)算機(jī)中生成虛擬空間，得到一個(gè)虛擬世界的虛擬位置和姿態(tài)信息。換言之，用戶可以隨意移動(dòng)自身在真實(shí)世界中的位置，依然能與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，感受不同角度的體驗(yàn)效果。

3.構(gòu)想性

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的構(gòu)想性表現(xiàn)為對(duì)真實(shí)世界中存在的物體或環(huán)境的數(shù)字化復(fù)原，以及對(duì)真實(shí)世界中不存在的物體和環(huán)境的構(gòu)想創(chuàng)建。在混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助下，用戶可以隨意將虛擬物體與任意的真實(shí)環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，拓寬虛擬物體的應(yīng)用場(chǎng)景，在這個(gè)過程中極大激發(fā)用戶的構(gòu)想能力。

二、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古廊橋數(shù)字化中的應(yīng)用

泰順古廊橋，作為中華民族橋建筑文化遺產(chǎn)中的一朵奇葩展示在世人面前，在中國橋梁建筑文化遺產(chǎn)中占有極其重要的地位。古廊橋以自身的實(shí)用性、藝術(shù)性而極大地影響和改變了人類的生活方式。然而，由于受到時(shí)代變遷、自然災(zāi)害、人為破壞等眾多因素的影響，古廊橋受到嚴(yán)重的破損，甚至致使古廊橋面臨著消失的危險(xiǎn)。將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于古廊橋數(shù)字化中，可以對(duì)古廊橋進(jìn)行數(shù)字化修復(fù)和復(fù)原，以及實(shí)現(xiàn)虛擬廊橋建筑與多個(gè)真實(shí)空間結(jié)合，為用戶提供不同場(chǎng)景中的廊橋景觀體驗(yàn)。

（一）數(shù)字化修復(fù)和復(fù)原

由于常年受到大自然的腐蝕和破壞，古廊橋建筑結(jié)構(gòu)表面裝飾、及木質(zhì)材料出現(xiàn)嚴(yán)重破損現(xiàn)象，使得廊橋亟需修繕。傳統(tǒng)橋梁修繕方法是工人直接對(duì)實(shí)體廊橋建筑進(jìn)行加工修繕。這種修繕方法要消耗較長周期，且修繕經(jīng)濟(jì)成本較大。此外，由于工人對(duì)初始廊橋不了解，修繕后的廊橋和初始的廊橋會(huì)出現(xiàn)差異。因此，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)古廊橋建筑的數(shù)字化修復(fù)和復(fù)原方面，能夠起到兩方面的作用：一方面通過混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字化復(fù)原古廊橋，可以為實(shí)體廊橋建筑的修繕提供科學(xué)的指導(dǎo)意見，從而提高修繕的效率和精度，同時(shí)極大價(jià)格低了經(jīng)濟(jì)成本;另一方面，通過混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)古廊橋包括建筑結(jié)構(gòu)、外部形狀、表面裝飾、功能等方面進(jìn)行科學(xué)的數(shù)字化修復(fù)，綜合分析廊橋結(jié)構(gòu)裝飾等因素，使得修繕結(jié)果更加貼近廊橋的初始狀態(tài)。

（二）虛擬古廊橋與真實(shí)空間的結(jié)合展示

要想實(shí)現(xiàn)古廊橋建筑文化保護(hù)繼承的目的，僅僅在文化宣傳工作上下功夫是不夠的，更要將古廊橋建筑文化推廣應(yīng)用。以混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支撐，采用“古廊橋+”思維方式多空間展現(xiàn)古廊橋，實(shí)現(xiàn)古廊橋與不同真實(shí)空間的組合，拓展古廊橋建筑文化發(fā)揚(yáng)傳承的平臺(tái)。例如，通過混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將古廊橋與城市中心公園湖面、濕地公園湖面、學(xué)校湖面等不同空間進(jìn)行結(jié)合，用戶攜帶MR輔助設(shè)備并可以提前感受不同場(chǎng)景中展示出的廊橋效果。古廊橋與不同城市場(chǎng)景結(jié)合的同時(shí)能夠有效發(fā)揮其文化傳播的作用。

三、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古廊橋數(shù)字化應(yīng)用中的利弊

（一）混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古廊橋數(shù)字化應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

1.增強(qiáng)用戶參與的積極性

基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的古廊橋數(shù)字化展示，不僅能夠真實(shí)還原古廊橋建筑遺跡，還能夠?yàn)橛脩籼峁┴S富的與廊橋相關(guān)的歷史文化信息。用戶通過體驗(yàn)不僅能夠獲得視覺、聽覺等感官享受，同時(shí)還對(duì)廊橋歷史文化獲得更深層次的認(rèn)識(shí)和了解，激發(fā)用戶參與體驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性。相較于線下實(shí)體博物館的參觀體驗(yàn)，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)數(shù)字化古廊橋體驗(yàn)采用“MR+”的方式能夠迎和數(shù)字化時(shí)代下人們的體驗(yàn)方式，而實(shí)體博物館的古廊橋模型參觀更顯得呆板和無趣。

2.提高古廊橋傳播效率

古廊橋數(shù)字化展示不僅能夠降低廊橋文化保護(hù)和宣傳推廣的成本，更能夠極大提高廊橋文化傳播的有效性。數(shù)字化廊橋宣傳打破了時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)了跨時(shí)空傳播廊橋建筑文化，有效拉近了用戶與古廊橋文化之間的距離。例如，基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)下虛擬廊橋建筑以信息數(shù)據(jù)的形式存在于計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)中，用戶可以在其他城市借助混合現(xiàn)實(shí)輔助設(shè)備隨時(shí)隨地體驗(yàn)廊橋建筑，并能主動(dòng)獲得相應(yīng)的文化信息，提高廊橋文化傳播的效率。

（二）混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古廊橋數(shù)字化應(yīng)用中的問題

1.專業(yè)人才的缺乏

當(dāng)今人才市場(chǎng)相當(dāng)缺乏混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)性技術(shù)人才，不僅是因?yàn)榛旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)自身具有較高的技術(shù)性要求，而且我們國家教育行業(yè)對(duì)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人才培養(yǎng)缺乏足夠的重視和科學(xué)的認(rèn)知。因此，基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古廊橋文化數(shù)字化展示傳播中，在技術(shù)操作方面還不是很成熟，還有很大的提升空間。希望未來有更多、更專業(yè)的人士能將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用與文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域，充分發(fā)揮混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使其更好地為文化傳播服務(wù)。

2.MR設(shè)備價(jià)格高昂

現(xiàn)在市場(chǎng)中大多數(shù)混合現(xiàn)實(shí)設(shè)備價(jià)格比較昂貴，一般個(gè)體用戶不會(huì)花高額價(jià)錢購買MR設(shè)備，更多還只是局限于科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)公司內(nèi)部使用，這就造成用戶需要到專門的古廊橋混合數(shù)字化展示地點(diǎn)，通過借助專業(yè)的設(shè)備才能感受體驗(yàn)古廊橋建筑文化。

四、結(jié)語

我國綜合國力的提升，不斷使我們?cè)鰪?qiáng)文化自信，大力弘揚(yáng)傳承中華優(yōu)秀文化，這就凸顯文化遺產(chǎn)傳承保護(hù)工作的重要性。泰順古廊橋是建筑文化遺產(chǎn)中一個(gè)重要的組成部分，不僅體現(xiàn)了古人造橋的智慧，同時(shí)也承載了獨(dú)特的泰順地域文化。無論從自然生態(tài)角度還是人文生態(tài)角度而言，廊橋都具有重要的研究價(jià)值。通過采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，古廊橋建筑文化以數(shù)字化方式得以保存記錄和傳播，迎合未來交互式的智能體驗(yàn)需求，以嶄新的表現(xiàn)形式向受眾傳遞廊橋文化。

將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于古廊橋建筑文化遺產(chǎn)傳播領(lǐng)域，充分發(fā)揮混合現(xiàn)實(shí)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廊橋的數(shù)字化復(fù)現(xiàn)，同時(shí)可以以數(shù)字化的方式記錄保存廊橋。將虛擬廊橋與真實(shí)世界有機(jī)結(jié)合起來創(chuàng)作古廊橋虛擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)古廊橋以數(shù)字化方式傳播，拓寬古廊橋文化傳播的途徑和渠道，不斷推動(dòng)古廊橋文化的傳承與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]付堯.混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（mixed reality）在高校非物質(zhì)文化遺產(chǎn)教育傳承的應(yīng)用研究[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)（中旬刊），2019（7）：222-224.

[2]蔣燁.中國廊橋建筑與文化研究[D].長沙：中南大學(xué)，2010.

[3]畢盈盈.混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字化產(chǎn)品展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].杭州：中國美術(shù)學(xué)院，2012.

作者簡介：盧成塘，溫州大學(xué)碩士研究生。

編輯：宋國棟