虛擬現(xiàn)實技術在古墓葬保護和展示中的應用

王子予

Wang Ziyu

上海大學上海美術學院 上海 200444

Shanghai Academy of Fine Arts, Shanghai University，Shanghai 200444

中華五千年歷史中，留下了很多具有重要意義的古墓葬，在各種自然和人為的影響下，古墓葬很難被完好地保存。多年來，文物工作者嘗試以拍攝、手繪、文字等方式進行復原、修繕與展示，但是其對于古墓葬保護和展示的效果都不太理想。大量古墓葬由于屢次被盜掘以及發(fā)現(xiàn)時間早，技術不成熟，其內部文物、壁畫等都受到了嚴重破壞，傳統(tǒng)的圖像繪制，拍攝等數(shù)字保存方式和文物展覽方式無法滿足其保護和展示的需求。

一、古墓葬特點

古墓葬泛指人類古代采取一定方式對死者進行埋葬的遺跡，也是古人為死后在另一世界繼續(xù)生活而留下的遺跡，包括其墓穴、葬具、隨葬器物和墓地。其中出土的文物和墓室本體都是探討不同時代、地區(qū)和社會階層之間埋葬習俗以及所屬時代社會生活狀況、生死觀的重要實物資料。在保護和展示方面，古墓葬具有以下特點。

1.地下遺址

古墓葬多為考古發(fā)掘的地下土遺址，長期存在于被泥土掩埋覆蓋的環(huán)境之中，在長久的時間里古墓葬已經(jīng)與它的環(huán)境達成了相應的微觀平衡，保護難度較大。對古墓葬進行大面積的出土、展示，會將這一平衡打破，對古墓葬產(chǎn)生不利影響。所以配合基建工程發(fā)現(xiàn)的古墓在不具備發(fā)掘條件的情況下，很多會在提取完諸多考古資料后進行回填。

2.分離展示

古墓葬與文物不同，它具有不可移動的特性。古墓葬的展示方式通常是將其中隨葬品轉移到博物館中進行展覽，留下空殼原址并在其上搭建保護棚。觀眾多數(shù)只能參觀博物館中的隨葬品，而對原址走馬觀花，或者原址不對外開放。隨葬品與墓室是一個整體，墓室中的世界是由各個方面共同體現(xiàn)出來的，這兩者的割裂展出直接導致了參觀者對墓葬文化的認識不足。

由于古遺址的不可移動等特性，現(xiàn)有的保護和展示方式具有局限性，不能夠滿足在保護的基礎上對其進行全面展示的要求，所以我們采用虛擬現(xiàn)實技術應用在古墓葬的保護和展示上，發(fā)揮其重要的理論價值和實際應用價值來突破現(xiàn)有方式的局限性。

二、虛擬現(xiàn)實技術運用于古墓葬保護和展示的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，給人真實的空間和色彩感受，能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實技術能帶給使用者強烈的臨場感，其中主要包括模擬環(huán)境、人體感知、行為捕捉和傳感交互設備等方面。虛擬現(xiàn)實技術特有的沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、構想性（Imagination）特征能夠在古墓葬的保護及展示中發(fā)揮其獨特作用。

1. 提升保護技術增加修復手段

虛擬現(xiàn)實技術可以通過對古墓葬數(shù)據(jù)和影像的采集，使用三維軟件建立三維模型，用數(shù)字化的方式永久保存其各項數(shù)據(jù)，建立高精度數(shù)字古墓葬庫。這種技術降低了古墓葬被意外破壞的遺憾，也為破損嚴重或不宜參觀的古墓葬的呈現(xiàn)提供可能。數(shù)字古墓葬庫互通互聯(lián)能為古墓葬修復做貢獻，古墓葬塵封于地下，經(jīng)歷長久的歲月，由于各種意外很難保持原貌，虛擬現(xiàn)實技術可以根據(jù)古墓葬庫中的同類墓葬的數(shù)據(jù)信息和考古學家的推測，通過數(shù)字手段將被損毀的文物修復，色彩復原，讓人們在今天的真實古跡和古跡存在當天的視角中轉換。

2. 豐富體驗形式提高傳播效果

參觀者對真實古墓葬的體驗具有局限性，大多在保護范圍外觀看，無法近距離接觸，而虛擬現(xiàn)實技術的沉浸性、交互性、構想性給古墓葬展示方面提供了豐富的展示形式，它用設備將體驗者感官剝奪又通過場景搭建為體驗者重塑“五感”。通過三維數(shù)據(jù)建立虛擬環(huán)境模型再使用實時三維圖形生成技術為觀眾提供開闊且刷新率高的三維影像，讓使用者自然融入搭建的新場景。再通過數(shù)據(jù)手套，手柄，眼動追蹤等交互方式，讓使用者與場景產(chǎn)生密切聯(lián)系。使用者發(fā)出信號，傳感器接收，場景內相應物體根據(jù)物理定理產(chǎn)生位移變形等效果。也可以加入特殊效果增加場景科幻感，給使用者沉浸其中的全方位體驗。新奇的體驗形式讓參觀者對古墓葬的興趣增加，了解增多，能夠增加古墓葬的知名度，提高人們對它的重視程度，達到更好地保護古墓葬的目的。

圖1 博物館中體驗VR眼鏡的觀眾

3. 打破時空界限活化古人想象

虛擬現(xiàn)實技術是具有“空間偏向”的媒介，它能搭建空間，帶領使用者進入空間。而古墓葬具有時間跨度，它似乎停滯于被土地封存的時刻，又在其中流過了從制作到被發(fā)掘的漫長時間。虛擬現(xiàn)實技術作為古墓葬的展示媒介，又加入直觀而自然的實時感知交互手段，是歷史真實和虛擬空間的融合；虛擬現(xiàn)實技術具有開放性和共享性，能打破空間限制，使用者身處其他地域時，只要擁有VR 設備，也能身臨其境地參觀墓道。虛擬現(xiàn)實技術可以在瞬間拉近參觀者和古人之間的思想距離，通過三維建模等技術將古墓葬中對于死后世界的想象立體化，在觀賞古墓葬的同時還能感受古人的喪葬文化、生死觀、精神世界。

近年來計算機技術的飛速發(fā)展為虛擬現(xiàn)實技術在古墓葬展示和保護中的實現(xiàn)提供了更多技術手段，各種交互方式的融入也使得虛擬現(xiàn)實技術有更多可玩性，能夠更好地保護和展示古墓葬。

三、古墓葬保護和展示中虛擬現(xiàn)實技術的應用

古墓葬的建立通常按照嚴格的形制和構造，經(jīng)歷了漫長的沉睡，在進行考古發(fā)掘工作時會經(jīng)歷不同程度的破壞，極具美學價值的壁畫、文物等色彩缺失，破損嚴重，所以古墓葬中虛擬現(xiàn)實技術的運用包括兩部分，一方面對于其真實存在的墓道、墓室、壁畫進行結構和色彩的復原，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實墓道漫游；另一方面將基于古墓葬中文物元素進行的虛擬現(xiàn)實再創(chuàng)作。

1.虛擬現(xiàn)實對古墓葬形制和色彩的重建

隨著數(shù)字技術的發(fā)展，古墓葬三維模型重建的方法多樣，對于古墓葬的三維模型搭建一般會用到手動建模；三維激光掃描獲取模型；多視角三維重建模型三種方式。手動建模誤差大，模型不夠精確；三維激光掃描建模得到的模型體量過大，色彩不佳，不能運用于虛擬現(xiàn)實引擎中；多視角三維重建這種方式能夠通過對照片的拍攝由二維照片生成點云，形成模型網(wǎng)格面和色彩準確的貼圖，模型還原程度高，適配各種主流三維建模軟件，在三維軟件中可以對重建出來的模型進行修改，也可以根據(jù)考古研究人員提供的資料進行文物復原，對古墓葬進行數(shù)字化保存和修復，是現(xiàn)有實現(xiàn)古墓葬虛擬現(xiàn)實漫游的最合適的模型搭建方法。

古墓葬四周墻體多有壁畫裝飾，由于自然因素和人為破壞大多漫漶不清，其中文物由于氧化發(fā)生了一些色彩上的改變。虛擬現(xiàn)實對古墓葬中的色彩復原有兩方面，一方面是還原古墓葬現(xiàn)有色彩，營造古墓葬環(huán)境中的氛圍；另一方面是對于古墓葬原有色彩的復原。

在還原古墓葬現(xiàn)有色彩時，由于古墓葬中光線微弱，需要人為打光，在拍攝時避免出現(xiàn)陰影，采用漫射燈光，拍攝設備需要像素在一千萬以上的數(shù)碼照相機并且在拍攝前設置為手動擋，并對相機進行統(tǒng)一調試。在拍攝前需要先測光，其中白平衡的調試非常重要，因為古墓葬中光線條件差，拍出來的照片會有偏藍或偏紅的現(xiàn)象，色彩的偏移會影響到最后文物貼圖的真實性，所以在同一色溫場合拍攝時先拍攝一張灰板，在后期處理照片時以此對拍攝圖片進行偏色矯正。拍攝中保證二維影像采集的色彩清晰，亮度、色相統(tǒng)一，貼近文物原本的顏色，這樣的二維影像資料在三維重建時能夠生成與文物本身相差無幾的色彩和肌理。

圖2 班簋原件（左）與仿制品（右）

在恢復古墓葬往日輝煌時，需要了解文物在未經(jīng)長時間氧化侵蝕之前的色彩。如青銅器，它得名于它發(fā)掘出來時其表面氧化物形成復鹽后呈現(xiàn)的蘭綠色，但古人卻稱之為“吉金”，因為這些青銅器本來的顏色是接近金黃色的，所以我們在青銅器文物的復原中需要找到青銅器原本的色彩，在其他文物的色彩還原時也要根據(jù)考古專業(yè)人員提供的技術支持找到文物原本的色彩。

2.古墓葬內容的虛擬現(xiàn)實“活化”

在VR 漫游中加入手柄交互，觸碰交互，注視交互等交互體驗，制作流暢合理的交互方式。例如在重要壁畫和文物處加入注視交互技術，使用者注視兩秒后會出現(xiàn)壁畫介紹的文字，讓觀眾能了解古墓葬中文物的歷史和意義，增加漫游的交互性。讓使用者能夠感受推開墓門，在墓道中行走觀看，注視壁畫就可以觸發(fā)壁畫詳細文字信息出現(xiàn)等交互，不僅感受到虛擬現(xiàn)實技術的沉浸性，也具有一定教育意義，觀眾會對在交互活動后出現(xiàn)的文物知識有深刻的印象。

古墓葬是古人為死后在另一世界繼續(xù)生活而留下的遺跡，其中不乏古人對死后世界的想象，我們可以使用虛擬現(xiàn)實的方式展示墓主人的生死觀和精神世界。所以在墓道漫游的制作中可以加入設計師對古墓葬的理解和創(chuàng)新，讓安靜的元素活躍起來，與參觀者進行互動。

設計師將以古墓葬為元素制作出來的二、三維動畫加入VR 漫游，觀眾通過與虛擬環(huán)境的互動使其從從壁畫上浮現(xiàn)出來，甚至可以跳出壁畫與參觀者嬉鬧玩耍。運用虛擬現(xiàn)實技術在以往靜態(tài)的物體上增加額外的維度、制造視覺幻象及畫面運動的感受。這種奇妙的視覺感官能夠讓使用者直觀感受到漢人的精神世界和其對于死后世界的幻想。

3.虛擬現(xiàn)實技術在古墓葬保護和展示中的應用案例

圖3 婦好墓出土青銅器（左）與婦好墓VR中的青銅器（右）

近年來，虛擬現(xiàn)實技術廣泛地運用在古墓葬的保護和展示中，其中婦好墓地VR 復原在博物館中的展示應用具有代表性。模型搭建方面，婦好墓分為上下六層，每一層都有不同的內容，包含腰坑、槨底、槨頂、壁龕等復雜結構，其中第六層埋藏有巨大的青銅器皿，技術人員借用虛擬現(xiàn)實技術1：1 復原了每一層墓室虛擬模型。文物和材質方面為了追求色彩的復原，虛擬現(xiàn)實技術團隊對文物的材質和顏色進行了大量的查閱資料，在了解商朝冶金技術的情況下測算出了當時青銅器最準確的顏色，還原出商朝青銅器原本的材質與色彩，在虛擬現(xiàn)實眼鏡中的青銅器呈其原本的金黃色。

婦好墓的虛擬現(xiàn)實展示借助于VR 眼鏡和手機在博物館、原址上方等多個地方設立，例如在首都博物館中，展柜中陳放著婦好墓中的精美文物，同時設立了虛擬現(xiàn)實體驗點，觀眾在觀看墓中文物的過程中可以通過VR 眼鏡進入古墓葬。在復雜的墓葬結構中漫游，可以尋找自己在博物館中看到的文物，了解它在墓中原本所在的位置和色彩，并且可以在虛擬現(xiàn)實中看到每件文物對應的名稱。虛擬現(xiàn)實技術打破時空的界限，使進入婦好墓墓室變得簡單，讓不可移動的古墓葬被展示在身處不同位置的世人面前，而觀眾能夠通過虛擬現(xiàn)實設備得到身處于婦好墓內部的感受，在漫游觀賞古墓葬的同時還能感受到婦好墓構建者的精神世界。這種新穎的展示方式能夠全方面地展示古墓葬的內涵，提高參觀者的積極性，獲得當?shù)睾透鹘绲闹匾?，實現(xiàn)更有效的保護。

圖4 首都博物館中觀眾體驗婦好墓VR漫游

結論

古墓葬不僅是古代人類埋葬死者的遺跡，也是古人為死后在另一世界繼續(xù)生活而留下的遺跡，所以其中充滿古人對身后世界的美好想象。在虛擬現(xiàn)實技術運用在古墓葬的實踐中，可以實現(xiàn)古墓葬中殘損壁畫的復原；古墓葬的數(shù)字化保存；任意地點漫游展示；文物元素的創(chuàng)新活化展示和對古人想象中的另一世界的三維構建展示。在這個過程中筆者認識到虛擬現(xiàn)實技術對于古墓葬的保護和展示意義重大，它不僅傳承歷史文脈，展示現(xiàn)狀、修復破損，創(chuàng)新傳播，甚至能將古人對精神世界的二維表現(xiàn)變成三維空間，使得我們可以跨越千年，實現(xiàn)他們的想象，感受到前人對于死亡的理解和對死后瑰麗世界的向往。

①白崇斌,馬濤.古遺址科學保護的探討與實踐[J].文博,2005,(4):14-19.

②張占龍,羅辭勇,何為.虛擬現(xiàn)實技術概述[J].計算機仿真,2005(03):1-3+7.