三維攝影技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在傳統(tǒng)國畫保護與展示領(lǐng)域的應(yīng)用研究

張桓碩　湯力

摘要：目的：文章探索三維攝影技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在傳統(tǒng)國畫保護與展示領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在提供新的藝術(shù)體驗和教育方式方面的優(yōu)勢作用，旨在為傳統(tǒng)藝術(shù)品的數(shù)字化保護和創(chuàng)新展示提供新的視角和方法。方法：首先深入分析三維攝影技術(shù)的原理和應(yīng)用優(yōu)勢，包括其在捕捉藝術(shù)品的幾何結(jié)構(gòu)、色彩、紋理等方面的能力。然后探討如何將三維攝影技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，以創(chuàng)造沉浸式的藝術(shù)體驗環(huán)境。對不同的國畫作品進行三維掃描，將掃描得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為VR環(huán)境中的模型，同時考慮交互設(shè)計、多感官集成和教育內(nèi)容的融合?！肚Ю锝綀D》作為一個具體案例，被用來演示這些技術(shù)的具體應(yīng)用。結(jié)果：三維攝影技術(shù)可以精確捕捉國畫作品的詳細特征，并在VR環(huán)境中將其展現(xiàn)在用戶面前。VR技術(shù)不僅使觀眾獲得了新的藝術(shù)品欣賞體驗，還促進了交互和教育集成，賦予了藝術(shù)品教育價值。結(jié)論：三維攝影技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在傳統(tǒng)國畫保護與展示方面具有應(yīng)用潛力，能為公眾提供一種全新的藝術(shù)體驗。相關(guān)技術(shù)為傳統(tǒng)藝術(shù)品的數(shù)字化保護和展示提供了新的方法，有助于傳承和普及傳統(tǒng)藝術(shù)。《千里江山圖》的案例證明了這種方法在實際應(yīng)用中的潛能，為未來相關(guān)研究和應(yīng)用提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：三維攝影技術(shù)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；國畫；應(yīng)用

中圖分類號：J222；TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）05-00-03

0 引言

隨著科技的迅猛發(fā)展，人們能利用三維攝影技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以全新的方式保護、展示傳統(tǒng)藝術(shù)作品。國畫作為中國文化遺產(chǎn)的重要組成部分，其保護和傳承始終是藝術(shù)和文化研究領(lǐng)域的重要課題。

1 國畫保護與現(xiàn)代技術(shù)

1.1 傳統(tǒng)技術(shù)在國畫保護中的應(yīng)用

國畫是中國文化瑰寶之一，其傳統(tǒng)保存技術(shù)體現(xiàn)了對藝術(shù)的理解與尊重。傳統(tǒng)保存方法主要包括對國畫使用的紙張和顏料進行化學穩(wěn)定處理，通常使用天然材料，如植物膠和礦物顏料，這些材料老化相對緩慢且不易受外界因素影響。為防止宣紙在長期保存過程中因霉變、磨損、酸化降解等而出現(xiàn)發(fā)黃、破損、變脆等問題［1］，采取適當?shù)臐穸群蜏囟瓤刂拼胧┲陵P(guān)重要。這不僅要保證儲存條件恰當，也要注意展示時的環(huán)境控制。

畫作修復(fù)工作通常由經(jīng)驗豐富的修復(fù)師手工進行，包括清除污跡、修補破損、撫平褶皺等［2］。修復(fù)師不僅要具備精湛的技藝，還要對國畫藝術(shù)和材料有深入了解。

1.2 現(xiàn)代科技在國畫保護與展示中的應(yīng)用

數(shù)字圖像處理最早出現(xiàn)于20世紀50年代，當時的電子計算機已經(jīng)發(fā)展到一定水平［3］。國畫保護與數(shù)字圖像處理技術(shù)、三維攝影技術(shù)相結(jié)合勢在必行，現(xiàn)代科技為國畫這一傳統(tǒng)藝術(shù)形式的保護和展示帶來了更多可能。圖像修復(fù)是指用不顯眼的方式來處理圖畫、照片或影片，包括恢復(fù)受損的圖像以及移走或取代照片中被選擇的物體等［4］，三維攝影技術(shù)通過其高分辨率的掃描能力，捕捉國畫中最微妙的細節(jié)，如紙張的質(zhì)地、顏料的細微差別以及時間留下的痕跡。這種數(shù)字化方法不僅有利于構(gòu)建詳盡的有關(guān)國畫的物理和化學特性的檔案，而且為評估和分析國畫的現(xiàn)狀提供了一種非侵入性的方式。這在修復(fù)工作中尤為重要，因為三維數(shù)據(jù)能夠幫助修復(fù)專家在進行實際干預(yù)之前，準確評估作品的損傷程度和修復(fù)需要達到的精細程度。同時，三維攝影技術(shù)也為國畫的教育和展示開辟了新的途徑。數(shù)字化技術(shù)能整合大量的文字、圖形、圖像、聲音、音樂、動畫、色彩、視頻等相關(guān)信息［5］，通過創(chuàng)建數(shù)字化的三維模型和虛擬現(xiàn)實體驗，公眾能夠獲得更加直觀和沉浸式的藝術(shù)品接觸體驗。

1.3 傳統(tǒng)和現(xiàn)代技術(shù)在國畫保護與展示中的優(yōu)勢與局限

傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)各有優(yōu)勢與局限。傳統(tǒng)技術(shù)根植于深厚的文化傳統(tǒng)，并且對材料和工藝提出了較高要求。例如，利用天然膠水和顏料，以及精細的手工紙張修復(fù)技巧等，能保持國畫的原始美感和歷史完整性，包括顏色的飽和度和紙張的質(zhì)感。但傳統(tǒng)技術(shù)通常勞動密集且耗時較長，對專業(yè)知識和技能的依賴程度高，同時在處理某些復(fù)雜的損害情況時可能存在局限性。

現(xiàn)代技術(shù)如三維攝影技術(shù)可通過高分辨率的數(shù)字掃描和成像，為國畫提供一種全面精確的數(shù)字化記錄方式。這種方法在捕捉細微的物理特征、顏料層次和細小裂痕方面具有顯著優(yōu)勢，對分析和評估藝術(shù)品的現(xiàn)狀及開展規(guī)劃修復(fù)工作具有至關(guān)重要的作用。數(shù)字化記錄不僅有助于減少對原作的物理接觸和可能造成的損害，還可以在無法直接展示或需要遠程研究藝術(shù)品時提供寶貴的資料支撐。但現(xiàn)代技術(shù)也存在局限性，包括依賴高端設(shè)備，以及在捕捉藝術(shù)品的某些細微表現(xiàn)，如畫面的立體感或紙張的特定老化紋理方面受限。另外，過度依賴技術(shù)可能帶來藝術(shù)品的文化和歷史價值被忽視的問題。

2 三維攝影技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國畫展示中的結(jié)合

2.1 如何利用三維攝影技術(shù)對國畫進行數(shù)字化處理

在精確捕捉和再現(xiàn)藝術(shù)品物理特征方面，三維攝影技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。這一過程涉及多個技術(shù)層面的細節(jié)，要做好細節(jié)控制，使最終輸出與原始藝術(shù)品盡可能一致。三維攝影技術(shù)采用結(jié)構(gòu)光掃描或激光測距技術(shù)，依賴精確的光學測量系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)光掃描中，一系列已知模式的光線被投射到國畫表面，而相機系統(tǒng)則記錄光線在不同曲面上的畸變。基于這些畸變信息可計算出每一點在空間中的精確位置，從而構(gòu)建出三維模型的幾何框架。激光測距技術(shù)利用激光點或線對藝術(shù)品表面進行精確掃描，通過測量激光束反射回傳感器的時間或相位變化，來確定表面各點的位置。相較于結(jié)構(gòu)光掃描，激光測距在處理光滑或反光表面時更為有效，但在捕捉顏色和紋理細節(jié)方面可能稍遜一籌。三維攝影技術(shù)在數(shù)據(jù)處理方面有極大的優(yōu)勢，其掃描生成的原始點云數(shù)據(jù)需要通過復(fù)雜的算法進行處理。其包括點云的清理用于移除異常點和噪聲、配準多個視角的掃描數(shù)據(jù)融合為一個連續(xù)的三維模型和根據(jù)點云數(shù)據(jù)構(gòu)建平滑的三維表面進行表面重建。在這個過程中，顏色校正和紋理映射至關(guān)重要，其能確保數(shù)字模型在視覺上的真實性。特別是對于國畫這類細節(jié)豐富且文化內(nèi)涵深厚的藝術(shù)品，紋理映射的精確性直接影響數(shù)字模型的質(zhì)量和可用性。

2.2 如何利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供沉浸式的國畫體驗

每個熱愛藝術(shù)的人都希望看到真跡，但國畫真跡具有稀缺性和不可再生性，要看到稀世之寶很難，書畫藝術(shù)愛好者的需求難以得到充分滿足［6］。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用帶來了國畫的沉浸式體驗，它通過高度復(fù)雜的計算機模擬和交互技術(shù)，為用戶提供了一種全新的藝術(shù)欣賞方式。虛擬現(xiàn)實技術(shù)和文化藝術(shù)有著千絲萬縷的聯(lián)系［7］，其在文化藝術(shù)領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景［8］。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來展示國畫，涉及一系列深奧的技術(shù)細節(jié)和創(chuàng)新的交互設(shè)計，以便全方位展示國畫的內(nèi)涵和美感。國畫VR體驗的核心是創(chuàng)造一個三維虛擬環(huán)境，并重現(xiàn)國畫作品的各個細節(jié)。要達到這個目的，要將通過三維攝影技術(shù)獲得的高精度數(shù)字模型轉(zhuǎn)換成適用于虛擬現(xiàn)實的格式。在此過程中，圖像渲染技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。相關(guān)人員要利用圖像渲染技術(shù)精確處理光影效果、顏色校正、紋理細節(jié)，以確保虛擬環(huán)境中的國畫作品在視覺上與實物盡可能接近。為了讓用戶獲得沉浸式體驗，VR系統(tǒng)要具備較強的交互性，具體包括用戶視角追蹤、手勢識別和相應(yīng)反饋機制。例如，用戶可以通過轉(zhuǎn)動頭部來改變觀看角度，或通過手勢來模擬在虛擬空間中觸摸或近距離觀察畫作的動作。這種交互性不僅增強了用戶的沉浸感，還允許他們以一種更個性化和動態(tài)的方式探索國畫的細節(jié)。VR技術(shù)還可以結(jié)合高質(zhì)量的音頻效果進一步增強體驗的真實感，如背景音樂、解說和環(huán)境聲音，以及可能的觸覺反饋。這種多感官的融合有助于用戶更好地體驗藝術(shù)作品的美感和中國特色［9］。

3 《千里江山圖》數(shù)字化展示案例研究

在三維攝影技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國畫展示中的實際應(yīng)用方面，北京觀唐文化藝術(shù)股份有限公司與騰訊研究院合作，結(jié)合北京易見科技的創(chuàng)意內(nèi)容支持，共同推動了一項創(chuàng)新性的學術(shù)實踐，其原作在故宮博物院展出［10］。這一實踐以故宮博物院為背景，其核心項目是利用虛擬現(xiàn)實全景技術(shù)再現(xiàn)《千里江山圖》（見圖1），這標志著傳統(tǒng)藝術(shù)與現(xiàn)代科技融合的新時期的到來。該項目的重點在于運用先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，擺脫物理和時間的限制，創(chuàng)造出一種獨特的歷史藝術(shù)展覽形式。

在《千里江山圖》的虛擬現(xiàn)實展示項目中，通過先進的三維攝影技術(shù)來處理這幅古典畫作，技術(shù)團隊面臨重現(xiàn)其豐富的色彩、精細的構(gòu)圖、獨到的透視法、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及畫作的整體觀賞性和藝術(shù)性的挑戰(zhàn)。在這一過程中，三維攝影技術(shù)不僅精確捕捉了畫作的色彩層次和細微的紋理變化，而且通過精細的圖像處理，再現(xiàn)了整個畫面中連綿不絕的山脈，以及山脈與溪流的細節(jié)刻畫［11］。尤其是對《千里江山圖》這樣細節(jié)豐富、色彩絢麗且構(gòu)圖復(fù)雜的作品，技術(shù)實施中對色彩的校正、紋理的細致映射以及空間關(guān)系的精確模擬至關(guān)重要，只有這樣才能確保在虛擬空間中完整展現(xiàn)其原有的藝術(shù)魅力。項目還考慮了如何在三維虛擬環(huán)境中增強畫作的觀賞性和互動性。其設(shè)計了一系列交互功能，為觀眾提供了近距離觀察畫作中每一處細節(jié)的機會，如滿目蔥綠的山谷等［12］，展現(xiàn)其青山遼闊、清泉飛濺、樹木錯落有致之美［13］，畫面富有強烈的韻律感，引人入勝［14］。通過集成的解說和文化背景介紹，觀眾對畫作的歷史背景、藝術(shù)價值和創(chuàng)作技法等有了更加深入的理解，獲得了豐富的文化體驗。

這個項目不僅彰顯了三維攝影技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在藝術(shù)展示領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，而且對《千里江山圖》這一經(jīng)典作品進行了深入的學術(shù)探索和文化詮釋。通過這種方式，這一歷史悠久的藝術(shù)杰作能以一種新的形式被世界各地的觀眾所欣賞和理解，為國畫的數(shù)字化保護和創(chuàng)新展示樹立了新的標桿。

4 結(jié)語

本文深入探討了三維攝影技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在傳統(tǒng)國畫保護與展示領(lǐng)域的應(yīng)用，突出了科技在傳統(tǒng)藝術(shù)創(chuàng)新展示和教育中的重要作用?！肚Ю锝綀D》等案例不僅證實了這些技術(shù)能夠有效優(yōu)化觀眾的藝術(shù)體驗，還挖掘了相關(guān)技術(shù)在文化遺產(chǎn)教育和傳播方面的潛力。

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作者簡介：張桓碩（2004—），女，遼寧營口人，本科在讀，研究方向：國畫。

湯力（1982—），遼寧大連人，本科，講師，系本文通訊作者，研究方向：視覺傳達設(shè)計。

基金項目：本論文為2023年度遼寧師范大學大學生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目“三維攝影技術(shù)在文物保護和數(shù)字文化遺產(chǎn)中的應(yīng)用研究”成果，項目編號：S202310165044