VR開啟甘肅歷史文化新視窗

摘要：現(xiàn)利用VR技術對甘肅歷史文化遺存進行復原和展示，重建虛擬文物和虛擬場景，讓人們得以看到已經(jīng)損壞或丟失的文物。通過客戶終端為游客提供展品瀏覽體驗，搭建集視覺、聽覺、觸覺于一體的虛擬現(xiàn)實VR體驗系統(tǒng)，實現(xiàn)三維虛擬仿真技術、虛擬漫游技術與碰撞檢測。VR技術可針對甘肅省十大生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)對歷史文化資源的科學存儲，用于甘肅歷史文化遺存的修復，為未來甘肅文化的國際交流做好文物信息共享的前期工作，形成對甘肅歷史文化遺存的長久保護，更好地展現(xiàn)甘肅歷史文化的變遷與演變，對甘肅經(jīng)濟社會及十大生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要作用。

因歷史地理因素，甘肅省的歷史文化遺跡保護起步較晚，且保護水平較低，表現(xiàn)為保護形式單一、缺乏自主性和參與性。如何體現(xiàn)甘肅歷史文化遺跡的輝煌，打造甘肅文化品牌，成為亟待解決的問題。成熟的VR技術能有效展示和復原甘肅的歷史文化遺跡，提升其吸引力和號召力，讓游客在沉浸式體驗中感受紅色精神和革命精神的洗禮，樹立正確歷史觀和價值觀。此外，VR技術的應用不僅有助于文化遺跡的保護與展示，還能促進甘肅旅游業(yè)發(fā)展，帶動經(jīng)濟增長，推動甘肅經(jīng)濟社會的多元化發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展與社會和諧的雙重目標。

甘肅省歷史文化遺跡現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及社會的革新，甘肅省歷史文化遺跡正受到不同程度的破壞，有的甚至瀕臨消亡，如何合理、有效地保護和傳承這些寶貴的文化遺產(chǎn)，成為甘肅省文化保護部門面臨的首要挑戰(zhàn)。本文通過分析VR技術在遺跡復原與展示方面的應用，從技術層面上為甘肅傳統(tǒng)歷史文化遺跡的挖掘、保護、傳承和利用提供支持，目的是更好地傳承與弘揚甘肅歷史文化，促進甘肅歷史文化的全球化進程。本文深入分析VR技術與歷史文化遺跡融合的現(xiàn)狀及問題，并提出甘肅省歷史文物數(shù)字化發(fā)展的路徑和對策，以期為甘肅省文物保護事業(yè)的發(fā)展提供理論參考，推動數(shù)字文化保護產(chǎn)業(yè)的理論創(chuàng)新；同時，為政府和文旅管理部門提供理論依據(jù)，推動治理能力和治理體系現(xiàn)代化。

歷史文化遺址數(shù)字化技術分析

本文將合理分析甘肅歷史文化遺跡數(shù)字化發(fā)展的現(xiàn)狀，并提出有效策略。通過VR技術全面復原歷史文化遺跡，實現(xiàn)保護的目的，進而吸引游客，提升甘肅知名度，提高社會經(jīng)濟效益，推動歷史文化遺跡數(shù)字化保護的深度發(fā)展。其應用價值主要體現(xiàn)在為甘肅歷史文化遺跡的數(shù)字化發(fā)展明確目標，規(guī)劃具體實施路徑。這不僅能為遺跡保護發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供參考，還符合“加強文化遺產(chǎn)保護傳承 弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化”的方針政策，是新時代甘肅歷史文化遺跡保護的重要發(fā)展戰(zhàn)略，與我國文化自信建設的目標高度契合。

VR技術對甘肅歷史文化遺跡的再現(xiàn)復原，可以促進甘肅人與自然、文化、社會的融合，提升甘肅知名度，吸引游客，解決部分就業(yè)問題，帶動經(jīng)濟發(fā)展，提高社會經(jīng)濟效益。同時，通過VR平臺傳播甘肅優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，可以增進人們對甘肅的了解，提升其軟實力。

VR技術應用于甘肅歷史文化遺跡挖掘與開發(fā)，既是對資源開發(fā)的創(chuàng)新，也能促進甘肅民族文化的傳承。這不僅可為政府及相關部門提供參考，為文化遺產(chǎn)規(guī)劃建設提供理論支撐，還能通過數(shù)字化保護措施創(chuàng)造就業(yè)機會，為周邊居民帶來經(jīng)濟收益和社會效益，造福甘肅地區(qū)及全社會。

本文立足新時代背景，深入剖析甘肅歷史文化遺跡的復原與再現(xiàn)現(xiàn)狀，提出甘肅省歷史文物數(shù)字化發(fā)展的路徑及對策，旨在為甘肅文物保護行業(yè)提供理論指導，推動理論革新，進而促進VR技術在歷史遺跡保護中的應用與現(xiàn)代化發(fā)展。

VR國內(nèi)外現(xiàn)狀和趨勢

隨著社會的進步，VR技術風靡全球，催生了以虛擬展館形式復原與展示歷史文化遺跡的建設實踐。國內(nèi)外虛擬歷史文化遺存展館的建設與發(fā)展取得了重大進展，學術界也逐步展開對虛擬展館的研究[1]。虛擬歷史文化遺產(chǎn)館豐富并擴展了實體博物館的功能，讓更多網(wǎng)絡用戶隨時隨地參觀歷史文化遺產(chǎn)博物館。

國外狀況研究

1990年左右，虛擬展館開始出現(xiàn)。各國都非常重視虛擬展館的建設，特別是技術較為發(fā)達的國家。近年來，美國啟動虛擬圖書館計劃，歐洲各國也開始實施類似項目，并為一些展廳提供展覽管理和基于網(wǎng)絡神經(jīng)的環(huán)境特征支持。這些項目幫助各國建立虛擬展館，實現(xiàn)了資源的虛擬共享?！叭蛱摂M展館計劃”由日本的一胡蘿卜倡議，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息資源共享和交互式網(wǎng)頁瀏覽[2]。該計劃展示了豐富的展品資源，還通過人機交互界面嵌入影像、文字、視頻、語音及動畫，促進了各學科的融合和企業(yè)的創(chuàng)新。

隨著虛擬現(xiàn)實技術（VR）的不斷成熟，3D呈現(xiàn)成為博物館展覽的有效途徑，各種技術創(chuàng)新促進了虛擬博物館的研究。

WalczakK提出了構建虛擬展館的方式，該方式結合VR和AR技術，為多種類型的展館提供先進的互動展示手段[3]，進而使虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實的融合更真實、更具沉浸感，還允許在線游客參觀世界各地的虛擬展館。虛擬博物館在歐洲已全面開放，集成了視頻、書籍及文化作品，這不僅促進了國內(nèi)外文化交流，還增進了全球人民的情感溝通。

在虛擬場景渲染方面，法國將虛擬現(xiàn)實與圖像渲染技術相結合，創(chuàng)建了更逼真、快速的解決方案?；谶@一創(chuàng)新方式，虛擬盧浮宮博物館運用該技術吸引了眾多粉絲，游客能夠通過自定義區(qū)域選擇，沉浸式體驗虛擬博物館的展覽。此外，弗特斯提出的三維網(wǎng)絡平臺顯示方法，通過使用Flex VR構建3D對象模型，擴展了3D展品的互動展示形式，支持不同平臺展示3D內(nèi)容。

Google推出的Vermeil虛擬展廳，通過將超高分辨率圖像與VR、AR技術相結合，提升了展品的展示體驗[4]。該平臺使游客能夠通過虛擬展廳精細觀看展品，獲得親臨博物館的沉浸式體驗。該技術能夠加載大量高分辨率圖像，提供豐富的在線觀覽服務，推動了全球藝術博物館網(wǎng)站的虛擬現(xiàn)實技術整合。

國外的美術館、博物館等已經(jīng)開始應用虛擬現(xiàn)實技術，利用互聯(lián)網(wǎng)傳播技術為每位參觀者帶來沉浸式體驗。目前，國外在線展廳的虛擬技術已經(jīng)達到一定高度，尤其在人機交互和運動捕捉等技術上已遇到瓶頸。因此，加強基礎研究、突破技術瓶頸是未來的關鍵任務[5]。

中國的研究狀況

與國外相比，我國在此領域起步較晚，但得益于互聯(lián)網(wǎng)及信息技術的迅速發(fā)展，許多技術取得了飛速進展，在一些方面甚至超越了國外部分展廳的技術水平[6]。例如，北京故宮博物院、中國地質(zhì)博物館等都運用了最新的互聯(lián)網(wǎng)技術，結合多細節(jié)層次技術（LOD）、虛擬現(xiàn)實技術（VR），通過場景的營造，最大限度增強展覽的沉浸感和觀眾的參與度，進而提高展覽的互動性和吸引力。

我國虛擬展館及數(shù)字技術還在不斷發(fā)展和完善，許多公司已經(jīng)能夠研發(fā)包括虛擬展廳系統(tǒng)、后臺支持、虛擬參觀和人機交互等在內(nèi)的完整的虛擬展館系統(tǒng)，這使得參觀者能夠真正實現(xiàn)在展廳和互聯(lián)網(wǎng)平臺無障礙欣賞展品。

20世紀80年代末，中國的虛擬博物館開始探索相關技術。上海博物館和南京博物院開發(fā)了虛擬博物館藏品系統(tǒng)，采用FoxBASE+數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，配合大數(shù)據(jù)影像文件，但因缺乏虛擬現(xiàn)實技術專家，工作最終停滯。20世紀90年代末，虛擬博物館建設迅速發(fā)展，許多虛擬展廳都采用計算機網(wǎng)絡技術與通用管理信息服務（CMIS）相結合的方式。最早的虛擬展廳通過虛擬網(wǎng)站形式實現(xiàn)，因受數(shù)據(jù)資源、網(wǎng)絡傳輸和拓撲的限制，體驗效果不佳[7]。

在上海世博會之后，中國將Web3D技術帶入虛擬展廳，使其成為新的技術元素。世博會的虛擬展覽形式，讓群眾可以在線參觀，推動了這一技術在我國的廣泛應用。隨后，胡進等研究了虛擬博物館的相關技術理論，提出了720°無盲點全景參觀模式，并成功構建了全場景博物館系統(tǒng)[8]。

除上述虛擬博物館外，南京博物院也結合互聯(lián)網(wǎng)技術、多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術，將展廳虛擬化和空間化，拉近了展廳與游客之間的距離，展覽內(nèi)容更加豐富[9]。

建立甘肅歷史文化遺存的VR復原展示系統(tǒng)

目前，利用VR技術復原與展示甘肅歷史文化遺跡研究已具備一定的理論和技術基礎，這些基礎為VR技術在甘肅文化遺跡修復、再現(xiàn)等環(huán)節(jié)提供了指導。國內(nèi)外相關研究成果也為甘肅歷史文化遺跡數(shù)字化系統(tǒng)的建設提供了范本，有助于推動研究進一步深入。

本文圍繞虛擬現(xiàn)實技術修復甘肅歷史文化遺產(chǎn)展覽展開研究，主要聚焦于虛擬在線展廳的建設、實現(xiàn)方法與技術，重點研究人機交互、展廳漫游和碰撞檢測算法。此外，人機交互領域還涉及多視圖展廳導航和背景數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容。

全方位展館瀏覽

本文探討了如何在甘肅建立一個完整的三維歷史遺跡博物館，以便游客在虛擬空間實現(xiàn)全方位的自由瀏覽。憑借720°全景觀覽模式，游客可以從不同角度觀察博物館中的展品，無論是遠觀還是近看，都能獲得高質(zhì)量的視覺體驗。該系統(tǒng)不僅支持虛擬博物館和展廳的自由漫游，還能精準再現(xiàn)歷史遺跡的原始原貌，讓游客仿佛置身于歷史現(xiàn)場。

實現(xiàn)漫游展館方式

為實現(xiàn)用戶在展廳內(nèi)自由移動，依據(jù)參觀者特點配置特定設備，并根據(jù)參觀者類型設計不同的展廳漫游方式。針對不熟悉技術設備的人群，設備配備自動漫游語言翻譯功能，讓他們能夠在不被干擾的情況下參觀博物館。至于具有一定操作能力的年輕人，設備則可配合他們的操作模式。在此基礎上，游客可以通過觸摸鼠標和鍵盤的操作，在任意方向自由移動。此外，針對需要在不同區(qū)域快速漫游的參觀者，研發(fā)了選擇性漫游模型，游客可以根據(jù)邊界或地點選擇想要參觀的區(qū)域，并直接跳轉到指定區(qū)域參觀游覽。

人機交互體驗

本文考察了參觀者在體驗甘肅歷史文化遺跡展館時需要經(jīng)歷的一連串互動操作。例如，如果參觀者想要更詳盡地了解文物，可通過點擊對應模塊進行互動體驗，如放大、縮小和旋轉所選圖像，或點擊更多詳情并加載展廳中的小場景。

碰撞檢測

依照甘肅省文物博物館展品的特點和用戶體驗方式，分析虛擬環(huán)境下碰撞檢測的必要性及碰撞檢測的類型與原理。結合虛擬博物館的觸覺，選擇更適合虛擬博物館物體碰撞的檢測方法。

數(shù)據(jù)管理

為了滿足游客的體驗需求，甘肅歷史文化遺跡虛擬博物館在后臺管理及數(shù)據(jù)交換的過程中研究了兩種管理形式。一是在VR版本中以虛擬展廳本地路徑局域形式替換數(shù)據(jù)；二是訪問者可以根據(jù)需要選擇交換服務器數(shù)據(jù)。

建設古遺跡數(shù)字化重建VR體驗系統(tǒng)

體驗系統(tǒng)平臺

通過詳盡查閱相關文獻發(fā)現(xiàn)，僅有的幾篇關于利用VR技術開發(fā)歷史文化遺跡的研究成果，都聚焦于VR技術和歷史文化遺跡的融合方式。就本文而言，如何借助VR技術深度挖掘甘肅歷史文化遺跡的文化內(nèi)涵，找到適合甘肅特色的歷史文化遺跡數(shù)字化再現(xiàn)路徑，是實現(xiàn)甘肅歷史文化遺跡保護與發(fā)展創(chuàng)新的途徑。因此，本文以甘肅歷史文化遺跡的數(shù)字化開發(fā)為主線，將VR技術與甘肅歷史文化遺跡的數(shù)字化復原和展示深度融合，構建成熟的操作模式，并將理論成果應用于實踐環(huán)節(jié)，如圖1所示。

實施系統(tǒng)框架

構建一個集視覺、聽覺、觸覺于一體的虛擬現(xiàn)實VR體驗系統(tǒng)，系統(tǒng)的關鍵技術主要包含三維虛擬仿真技術、虛擬漫游技術與碰撞檢測，如圖2所示。

利用VR技術復原與展示甘肅歷史文化遺跡，構建虛擬文物和虛擬場景，使人們得以目睹已經(jīng)被破壞和消失的文物，通過客戶終端為游客帶來沉浸式的瀏覽體驗。這不僅能滿足甘肅經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，還對十大生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

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