元宇宙視角下虛實(shí)融合技術(shù)在文物古跡展示上的運(yùn)用分析

2021年是元宇宙元年。經(jīng)過堪比大航海時期的遷徙，人類已經(jīng)全面進(jìn)入了數(shù)字時代。創(chuàng)作、生活、娛樂以及工作的數(shù)字空間，是為元宇宙。隨著人類生活水平的提高，人們的物質(zhì)需求被滿足之后開始注重對文化古韻的保護(hù)，因此對文物古跡的保護(hù)與修繕獲得廣泛關(guān)注。結(jié)合元宇宙的概念、我國文明遺存的現(xiàn)狀，介紹了虛實(shí)融合技術(shù)在文物古跡展示上的作用。

歷經(jīng)漫漫五千年，中華民族形成了其他國家所沒有的文化底蘊(yùn)，五千年的歷史賦予了中華文明強(qiáng)大的生機(jī)與活力。隨著信息時代的到來，元宇宙一詞近年來開始頻頻出現(xiàn)在我們的生活中，究竟什么是元宇宙？許多文化遺產(chǎn)在歷史的風(fēng)霜中被自然界打磨或被人為破壞，消失在了時間的長河之中。這就是為什么我們需要用現(xiàn)代科技手段來恢復(fù)和再現(xiàn)歷史遺跡。元宇宙概念引入到人們熟知的文物古跡展示中，會產(chǎn)生怎樣的奇妙變化。下面就借元宇宙的概念及技術(shù)支柱引出虛實(shí)融合技術(shù)在文物古跡展示上的運(yùn)用，突出虛實(shí)融合技術(shù)在文物保護(hù)方面的重要性。

元宇宙（Metaverse）

全球范圍內(nèi)的公共衛(wèi)生事件加速了人類社會數(shù)字化進(jìn)程，大規(guī)模的個體在線化形成了一個萬物互聯(lián)的大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。20年來整個互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在內(nèi)容載體、傳播方式、交互方式、用戶參與感和互動性上長期缺乏實(shí)質(zhì)性的突破，催生了各行業(yè)單點(diǎn)性的技術(shù)創(chuàng)新。

在此期間，正如“場景”的概念所趨同的：物聯(lián)網(wǎng)、XR（擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)）、智能可穿戴設(shè)備、3D圖形渲染、AI（人工智能）、5G（第五代通信技術(shù)）、云計(jì)算等各行各業(yè)逐漸產(chǎn)生了產(chǎn)品及商業(yè)模式的創(chuàng)新。而核心技術(shù)的集大成者則是元宇宙，若以此為底座建立更高維度的虛擬思維模型，則有望沖破桎梏，開啟新一輪的技術(shù)革命。

元宇宙的源起

“Metaverse”由“meta”（意為“超越”“元”）和“verse”（源于universe“宇宙”）組成，合起來即為“超越宇宙”的概念。這一觀點(diǎn)首先產(chǎn)生于尼爾·斯蒂芬森在1992年發(fā)表的作品《雪崩》，指在一種完全脫離現(xiàn)實(shí)物理環(huán)境，并一直在線上的平行數(shù)字宇宙中，人類可以通過其中的虛構(gòu)人物角色自由地生存下去。該小說中首次設(shè)想和描述了元宇宙，并在社交網(wǎng)站還未出現(xiàn)之際就預(yù)測了在未來的虛擬空間中人類的社會活動和其他行為。

元宇宙是什么

對于元宇宙這一概念網(wǎng)絡(luò)上眾說紛紜。維基百科中對元宇宙的描述為：利用虛擬增強(qiáng)的物理現(xiàn)實(shí)，并呈現(xiàn)高度收斂性和物理持久性特點(diǎn)的，基于未來互聯(lián)網(wǎng)，并具備高度連接感和信息共享特性的虛擬空間。從這種視角出發(fā)，元宇宙的內(nèi)容范圍非常廣闊，它涵蓋了社會、電商、教育、網(wǎng)絡(luò)游戲等，而如今為人們熟知的所有應(yīng)用，在元宇宙中都會有一種完整的呈現(xiàn)方法。

元宇宙的技術(shù)支柱

1.全息構(gòu)建（Virtual Modeling）

全息構(gòu)建，即通過構(gòu)建虛構(gòu)世界的幾何模型，并在終端設(shè)備上加以顯示，從而制造出一種沉浸式的用戶體驗(yàn)。

2.全息仿真（Virtual Simulation）

全息仿真技術(shù)是構(gòu)建出虛擬世界的動態(tài)過程，讓虛構(gòu)世界無限接近于現(xiàn)實(shí)物理世界。

3.虛實(shí)融合（Mixed Reality）

所謂虛實(shí)融合，就是把整個虛擬世界和真實(shí)世界融合在一起，建立整個真實(shí)世界的高精度三維地圖，通過在這個地圖中實(shí)現(xiàn)更精確的定位確認(rèn)，從而實(shí)現(xiàn)更精確的虛擬數(shù)據(jù)的疊加。

4.虛實(shí)聯(lián)動（Virtual-to-reality Remote Operation）

虛實(shí)聯(lián)動是通過改變虛構(gòu)世界來改造真實(shí)世界。

虛實(shí)融合的定義及特點(diǎn)

虛實(shí)融合技術(shù)的定義

把現(xiàn)實(shí)的場景與虛構(gòu)的物品信息重疊在一個畫面或者維度中，讓難以感受到的實(shí)物信息被人們的感官所感知。運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將大量虛擬三維空間信息疊加到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，進(jìn)而達(dá)到虛擬世界與真實(shí)世界的結(jié)合，虛實(shí)融合技術(shù)致力于有效增強(qiáng)參與者、真實(shí)世界和虛擬世界三者間的無縫融合，最終達(dá)到趨向于真實(shí)的人機(jī)交互。

虛實(shí)融合的特點(diǎn)

1.沉浸性

基于傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。用戶在模擬環(huán)境中，能夠感受到虛擬世界的真實(shí)存在，當(dāng)使用者感受到虛擬世界所產(chǎn)生的刺激時，它將激發(fā)使用者的想象力與游戲心理，產(chǎn)生共鳴，進(jìn)而激發(fā)用戶新的情感。這種跨越空間、時間的沉浸體驗(yàn)與傳統(tǒng)的面對面探索互動的差別極大。

2.交互性

隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為人機(jī)交互和人類體驗(yàn)提供了空間。交互性則是指用戶在虛擬空間中對仿真環(huán)境的創(chuàng)造水平，當(dāng)使用者進(jìn)行某種操作時，空間內(nèi)會根據(jù)使用者的操作進(jìn)行對應(yīng)反饋并發(fā)生某種變化。

3.構(gòu)想性

構(gòu)想性也被稱為自主性，是在虛擬世界的模擬部分中，生物和實(shí)驗(yàn)者之間個人意識主觀和動態(tài)的互動，是靠自己的感知能力與認(rèn)知能力來獲取知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而拓寬我們的認(rèn)知范圍，充分發(fā)揮主觀能動性，創(chuàng)造客觀世界中不存在的虛幻場景或是對未來可能發(fā)生的環(huán)境而創(chuàng)立的新的概念。

我國文物古跡的現(xiàn)狀

改革開放之后，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平日益提高的同時，我國有大量的歷史文化遺跡遭到破壞，即使我們的技術(shù)再怎么發(fā)達(dá)，也無法做到完全一樣的重塑。首先，我們對文物古跡的保護(hù)措施還停留在人工保護(hù)修繕的階段。這種方法不僅要耗費(fèi)大量的時間，更要花費(fèi)大量的人力、物力還有精力。其次，挖掘出的文物古跡中能展出的文物數(shù)量也極少，光線、溫濕度、微生物等一系列自然因素以及出土?xí)r一些人為因素等都會造成文物的損毀及破壞，專業(yè)人才的不足也為文物的挖掘帶來了極大的困難。第三，文物古跡在移動搬運(yùn)的過程中也會由于一些人為或自然界的因素遭受不可避免的損失。第四，在如今的信息時代，由于多方面原因，已經(jīng)很少有人對傳統(tǒng)博物館感興趣，更別提在博物館中了解并完整地認(rèn)知文物。因此在文物古跡的展示形式和內(nèi)容上我們也需要進(jìn)行創(chuàng)新，尋求新的方式，從新的視角來展示我們的文物古跡，展現(xiàn)我們中華民族悠久的歷史文化。

虛實(shí)融合技術(shù)在文物古跡展示方面運(yùn)用的實(shí)例

虛擬故宮——“V故宮”

2015年故宮決定修繕養(yǎng)心殿，直到2018年該項(xiàng)目才完成。在長達(dá)3年的修繕期間，養(yǎng)心殿是不能對游客開放的，為了彌補(bǔ)游客無法進(jìn)入養(yǎng)心殿進(jìn)行參觀的遺憾，故宮博物院決定開設(shè)虛擬故宮項(xiàng)目——“V故宮”。由于虛實(shí)融合不受空間、時間等因素的影響，“V故宮”便可以做到無視空間、時間、環(huán)境、氣候等多種自然因素的影響，游客只需要聯(lián)網(wǎng)就可以通過手機(jī)或PC端在養(yǎng)心殿中漫游，這為游客提供了區(qū)別于傳統(tǒng)游覽的新視角、新體驗(yàn)。

作為故宮博物院推出的虛擬現(xiàn)實(shí)作品，御花園運(yùn)用了多項(xiàng)特效，為了真實(shí)還原皇家園林的歷史風(fēng)貌，工作人員查閱了大量的史料與文獻(xiàn)記錄，還原了這里曾經(jīng)的一草一木、一寸一土，在元宇宙中還原了一個朝氣蓬勃的皇家園林。此項(xiàng)目還使用了先進(jìn)的實(shí)時渲染光影技術(shù)，讓觀賞者能夠真實(shí)地感受御花園中的日出日落、四季變換，感受身處皇家園林的每分每秒，讓人有一種身臨其境的真實(shí)感，游客在沉浸式體驗(yàn)御花園的過程中還能大小屏同時觀看，了解到更多的歷史事跡和隱藏知識。

純凈之地：敦煌莫高窟

莫高窟，俗稱千佛洞，坐落在河西走廊西端的敦煌。它始建于十六國的前秦時期，經(jīng)過十六國、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代的興建，形成巨大的規(guī)模。莫高窟有洞窟735個，壁畫4.5萬平方米，泥質(zhì)彩塑2415尊，是世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、內(nèi)容最豐富的佛教藝術(shù)圣地。

據(jù)了解，莫高窟每年只開放十個不同時代的洞穴，其他洞穴則受到保護(hù)，不對外開放。而利用虛實(shí)融合技術(shù)，就可以讓游客不論何時何地都能看到不對外開放的洞穴。

新南威爾士大學(xué)考古學(xué)教授Sarah Kenerdine和香港城市大學(xué)創(chuàng)意媒體學(xué)院院長Jeffrey Shaw教授合作，用虛實(shí)融合技術(shù)呈現(xiàn)了一場精妙的互動展覽，把觀展者帶回古老神秘的莫高窟世界。游覽者進(jìn)入虛擬場景中，就可以看到并無限接近洞中意義非凡但卻極其脆弱的壁畫，在視覺和觀感上都是無與倫比的。

現(xiàn)如今即使真的前往莫高窟，由于文化保護(hù)措施及空間光線等相關(guān)因素，游客無法清晰地近距離觀看壁畫，而在利用虛實(shí)融合技術(shù)后，莫高窟內(nèi)的壁畫都呈現(xiàn)在了觀展者面前，不僅能近距離觀賞更多細(xì)節(jié)，也能更深入地感受敦煌的美輪美奐。

秦兵馬俑的數(shù)字化

陜西西安秦兵馬俑是世界上獨(dú)一無二的文化藝術(shù)寶庫。1987年，秦始皇陵及兵馬俑坑被聯(lián)合國教科文組織批準(zhǔn)列入《世界遺產(chǎn)名錄》。但兵馬俑的出土無可避免地對兵馬俑造成了傷害，從兵馬俑發(fā)現(xiàn)至今，修復(fù)兵馬俑仍是一項(xiàng)難題。為此，周明全教授建立了破碎文物虛擬復(fù)原體系，利用虛實(shí)融合技術(shù)，用來修復(fù)復(fù)雜破損的文物。

經(jīng)過一系列的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，將文物碎片的外形曲線及斷裂面特征輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算對比，修復(fù)人員按照計(jì)算機(jī)給出的碎片進(jìn)行排列拼圖，大大縮短了修復(fù)時間，徹底改變了人工修復(fù)冗長繁瑣的局面。

兵馬俑的數(shù)字化，經(jīng)歷了碎片修復(fù)、兵陣列隊(duì)、虛擬運(yùn)動、陣法演練等階段，經(jīng)過相繼發(fā)掘和修復(fù)，利用技術(shù)手段，生動地再現(xiàn)了秦軍雄兵百萬、戰(zhàn)車千乘的輝煌氣勢。

同時，通過使用虛實(shí)融合等各種數(shù)字技術(shù)，游客們可以在移動端上進(jìn)行游覽，不僅能近距離觀看兵馬俑盔甲上的紋路，更能看到多個不宜在展館中展出的文物。通過VR互動等全新的體驗(yàn)方式，讓文物突破時間、空間的限制，讓觀展者突破傳統(tǒng)觀看的視角限制，“觸摸”并了解兵馬俑身上更多的細(xì)節(jié)。

虛實(shí)融合技術(shù)在文物古跡保護(hù)展覽工作上的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升了文物古跡的保護(hù)效果

利用虛實(shí)融合技術(shù)對文物進(jìn)行展示，可以在最大程度上規(guī)避運(yùn)輸與展示時對文物古跡造成的破壞，避免文物受到時間與環(huán)境的侵害。同時，虛實(shí)融合技術(shù)在對文物古跡原貌進(jìn)行再現(xiàn)的同時也進(jìn)行了大量典籍資料搜尋，讓人們可以更加細(xì)致地了解歷史文物，對文物古跡修繕有著重大參考價值，人們可以通過虛實(shí)融合技術(shù)模擬的虛擬影像從不同角度感受歷史原跡，感受百年前或千年前的遺跡勝景。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高了文物古跡的展示效果

元宇宙時代的到來讓人們對數(shù)字技術(shù)越來越感興趣，由于一些原因，人們的出行活動受到極大阻礙，因此，利用虛實(shí)融合技術(shù)來展示文物古跡更容易引發(fā)人們的興趣和激情。人們可以足不出戶進(jìn)行游覽，在觀賞的同時能從更多角度發(fā)現(xiàn)更多細(xì)節(jié)，避免了傳統(tǒng)游覽的走馬觀花，讓人們能在游覽過程中收獲更多文物知識，對中國傳統(tǒng)文化有更深入的了解。

虛實(shí)融合技術(shù)相比其他數(shù)字手段在展覽上的優(yōu)勢

人機(jī)融合、虛實(shí)融合的新型智能界面是智能制造的一項(xiàng)顯著特點(diǎn)，其表現(xiàn)在物理世界和虛擬世界、人類和機(jī)械之間的邊界較為模糊。使用者通過電腦及其他輸入輸出裝置，進(jìn)入虛擬空間，完成信息互換，認(rèn)識與控制對象，進(jìn)而得到相關(guān)的信息和視覺感受。

在展示應(yīng)用中，虛實(shí)融合技術(shù)相比于傳統(tǒng)的宣傳手冊、PC網(wǎng)站等宣傳方式，在效果上可以做到讓用戶更為自主、便捷地選擇想要獲取的信息。通過增強(qiáng)與混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)使顯示效果能更全方位，在獲取信息的同時能感受更多的細(xì)節(jié)。而基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)展館是把展館內(nèi)的現(xiàn)實(shí)情景，利用三維建模、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多種手段在電腦上進(jìn)行重現(xiàn)，并借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)供游客瀏覽訪問的新型展示手段。

相比于傳統(tǒng)媒介來說，虛實(shí)融合技術(shù)下的應(yīng)用在使用時，理論上講是“無限的”。不同于傳統(tǒng)媒介修繕更改的高預(yù)算和人力消耗，虛實(shí)融合技術(shù)下想要對信息、風(fēng)格、界面等進(jìn)行更改則更加便捷，不受空間和天氣環(huán)境等因素影響。從用戶的角度來看，虛實(shí)融合可以讓用戶做到足不出戶就能獲取信息，通過輸入輸出設(shè)備使自己進(jìn)入虛擬世界，不僅僅是從視覺上，還能從多個感官上獲得新奇體驗(yàn)。

根據(jù)上述分析，虛實(shí)融合技術(shù)在文物古跡的展覽及保護(hù)上都起著重要的作用，不僅能讓人們更了解文化遺產(chǎn)，更在保護(hù)修繕上貢獻(xiàn)了一份力量。在過去，現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界是相互分離的，我們沒法真正地參與到虛擬世界之中。但隨著元宇宙的誕生，越來越多的文物古跡在元宇宙中“安家”，現(xiàn)實(shí)和虛擬這兩個世界的界限開始變得模糊，呈現(xiàn)相互融合的趨勢。

羅杰斯的創(chuàng)新擴(kuò)散理論強(qiáng)調(diào)，一項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用需要經(jīng)歷創(chuàng)新者、早期采用者、早期眾多跟進(jìn)者、后期眾多跟進(jìn)者、滯后者等五個發(fā)展階段。對于當(dāng)下“元宇宙”這一新概念來說，其尚處于最早期的少量創(chuàng)新者使用階段，未來走向如何仍未有定數(shù)。我們不能過度放大對元宇宙的想象，更要防止非理性的炒作。

同時，虛實(shí)融合技術(shù)也需要加強(qiáng)發(fā)展，讓我們今后能看到更多現(xiàn)代科技與歷史文化遺產(chǎn)融合后的成果。

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【作者簡介】王文錚（1998—），女，碩士在讀，研究方向：融媒體出版與服務(wù)設(shè)計(jì)研究。