三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館的應(yīng)用
說(shuō)到三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，大家都可以舉出很多事例，比如我們熟悉的 3D 電影、3D 電視、虛擬現(xiàn)實(shí)VR)游戲等，這些都屬于三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，它帶給我們的是一種與平面和二維截然不同的感覺(jué)，三維效果能給我們一種身臨其境的、沉浸式的體驗(yàn)，仿佛親身經(jīng)歷過(guò)那個(gè)“環(huán)境”一樣，從而給我們留下了深刻的印象和記憶，這就是三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)最具魅力的地方。
我國(guó)的博物館數(shù)字化發(fā)展歷程，無(wú)論是在對(duì)社會(huì)大眾的宣教方面還是在文物研究等業(yè)務(wù)方面，采用的數(shù)字信息大都是平面的，比如圖片、照片、視頻、動(dòng)畫等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。這些走在科技前沿的技術(shù)，同樣被博物館界所關(guān)注并吸納，例如，虛擬博物館作為一種新生事物被引入了博物館。傳統(tǒng)博物館的展陳方式、文物保護(hù)、宣傳教育手段都存在不足之處，3D 技術(shù)可以輕而易舉地彌補(bǔ)這些不足，從而更好地服務(wù)于觀眾、服務(wù)于文物、服務(wù)于博物館，使博物館的功能得以充分發(fā)揮。以下就三維數(shù)字化的概念及實(shí)現(xiàn)步驟、三維數(shù)字化技術(shù)在博物館中的應(yīng)用及存在的問(wèn)題做簡(jiǎn)要的分析。
▲三維坐標(biāo)圖
三維數(shù)字化的概念及實(shí)現(xiàn)步驟
三維數(shù)字化從廣義上講，就是運(yùn)用三維工具(軟件或儀器)來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的虛擬創(chuàng)建、修改、完善、分析等一系列的數(shù)字化操作，從而滿足用戶的需求。從狹義上講，就是將我們用肉眼所看到的物體的整體或局部結(jié)構(gòu)使用外部采集設(shè)備獲得實(shí)物整體參數(shù)，然后通過(guò)二維、平面的媒介，如投影屏、電子顯示屏等展示出來(lái)，具有視覺(jué)及感知上的立體三維效果。其原理就是利用三維坐標(biāo)系即空間直角坐標(biāo)系，來(lái)描述三維空間的物體的位置，它由 X 軸、Y 軸、Z 軸構(gòu)成，兩兩垂直。采集所得的三維數(shù)字化信息內(nèi)容通過(guò)三維處理、模型查看軟件及應(yīng)用程序，比如 3Dmax、AutoCAD、Solidedge 等呈現(xiàn)出來(lái)，查看對(duì)象可以在軟件中通過(guò)指令對(duì)載入的三維數(shù)字化信息旋轉(zhuǎn)變換觀察角度及光源信息，從而獲得“立體”感和“真實(shí)”感。
三維數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)步驟分為三維掃描技術(shù)、逆向建模技術(shù)、三維貼圖渲染技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
(1) 三維掃描技術(shù)是通過(guò)三維掃描儀或三維拍攝儀對(duì)物體外觀或建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描或拍攝，獲得物體或場(chǎng)景的三維數(shù)字信息即虛擬場(chǎng)景，其畫面真實(shí)感較強(qiáng)。
(2) 三維貼圖渲染技術(shù)是在三維模型基礎(chǔ)上，將實(shí)景照片處理之后進(jìn)行貼附、渲染，以求在查看時(shí)得到與實(shí)物極其接近的效果。這一技術(shù)是完成虛擬現(xiàn)實(shí)前極為關(guān)鍵的一步，并且直接關(guān)系到虛擬現(xiàn)實(shí)的最終體驗(yàn)。
(3) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是將三維掃描取得的信息進(jìn)行整合和分析，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件進(jìn)行建模，生成實(shí)體虛擬模型，或直接利用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件進(jìn)行建模，最終達(dá)到如同進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界的、有如身臨其境的效果。
三維數(shù)字化技術(shù)在博物館中的應(yīng)用
1. 虛擬博物館的應(yīng)用
隨著 3D 技術(shù)的風(fēng)靡流行，當(dāng)今虛擬博物館的展示方式已廣泛運(yùn)用三維虛擬技術(shù)，通過(guò) 3D 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就可以全方位地展示博物館的場(chǎng)景以及展品的各個(gè)角度。虛擬博物館的發(fā)展歷程從起先以圖像為主的方式到以二維動(dòng)態(tài)展示方式，再到現(xiàn)在的普遍應(yīng)用三維動(dòng)態(tài)展示方式，經(jīng)歷了具有代表性的照片、圖片、flash 動(dòng)畫、視頻、全景、三維虛擬，由二維的平面效果逐漸進(jìn)入三維立體效果的過(guò)程。
▲三維建模
由于觀眾能看到的畫面受館方展出照片的數(shù)量限制，或因觀眾不能接觸文物而對(duì)展品不能進(jìn)行全面的了解，給參觀帶來(lái)不少遺憾?，F(xiàn)在通過(guò)三維互動(dòng)方式，觀眾從只能被動(dòng)地、有限制地觀看博物館展出文物的一個(gè)或幾個(gè)畫面，到可以全方位地了解博物館的建筑、內(nèi)部構(gòu)造、展廳布局以及展廳里的各種文物，這種新的方式為觀眾提供了大量的信息和極高的參觀自由度。
▲三維動(dòng)態(tài)展示（三維虛擬展廳）
博物館的各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作都是緊緊圍繞文物來(lái)開(kāi)展的，文物在博物館有著舉足輕重的地位，因此三維數(shù)字化技術(shù)在博物館的應(yīng)用首要考慮的就是文物的三維數(shù)字化。為了做到“讓文物說(shuō)話”，即展示的文物必須是其真實(shí)的面貌，在做文物三維數(shù)字化采集方法的選擇時(shí)，筆者建議優(yōu)先考慮使用三維掃描或拍攝的方法，從而獲得更真實(shí)、更精確反映文物的各個(gè)畫面以及文物的紋飾、文字、結(jié)構(gòu)等各個(gè)細(xì)節(jié)部位的三維信息。
在獲取了文物的三維數(shù)字化信息之后，我們就可以通過(guò)三維建模軟件進(jìn)行逆向建模工作了，將這些文物的細(xì)部構(gòu)造等信息通過(guò)建模軟件逆向重建文物并且貼圖渲染得到三維數(shù)字檔案，然后即可展示給觀眾。有了文物的三維數(shù)字檔案，我們就可以建立虛擬博物館了，如果經(jīng)費(fèi)較為寬裕，可對(duì)小型物品用三維掃描或拍攝的方法，對(duì)于大型建筑的外部結(jié)構(gòu)可以采用航拍方式，室內(nèi)采用大空間三維掃描獲得與現(xiàn)實(shí)博物館的建筑外貌、展廳等相一致的畫面數(shù)字信息，而后經(jīng)過(guò)逆向重建、貼圖渲染，可以使觀眾有進(jìn)入實(shí)體博物館、走進(jìn)展廳的感覺(jué)，仿佛置身于實(shí)體博物館中參觀游覽。
三維建模很費(fèi)時(shí)間，所以這種方法并不簡(jiǎn)單和節(jié)省費(fèi)用。
除此之外，還有一種相對(duì)于三維數(shù)字化實(shí)景觀賞體驗(yàn)稍遜一籌但還是可以了解到大部分館內(nèi)布局信息的虛擬技術(shù)——全景圖像技術(shù)，即對(duì)博物館整體場(chǎng)景布設(shè)全面覆蓋的站點(diǎn)進(jìn)行 360 度全景照片拍攝，而后將整個(gè)場(chǎng)館的所有全景照片進(jìn)行站點(diǎn)鏈接。采用這種方法，只要全景拍攝時(shí)站點(diǎn)布設(shè)足夠全面就可以將整個(gè)展館盡收眼底，制作速度快，但是整體自由度因會(huì)受到站點(diǎn)影響而比前一種三維虛擬技術(shù)方法低。
虛擬博物館與實(shí)體博物館相比具有很多優(yōu)勢(shì)，比如:首先，所展示的藏品可以制作成無(wú)損的，給觀眾一個(gè)完整的展品，從而彌補(bǔ)有些藏品有缺損的遺憾;其次，展廳的風(fēng)格及展示的形式可以不受客觀條件的約束，可以運(yùn)用多種多樣、不拘一格的展廳風(fēng)格，渲染和提高展示效果，幫助觀眾理解，從而加深對(duì)展品的印象，比建設(shè)實(shí)體展廳費(fèi)用要低很多，工作效率也要高很多;再次，觀眾的參觀自由度大大提高，觀眾可以近距離地接觸文物;最后，虛擬博物館跨越了時(shí)間和地理位置的限制，它可將實(shí)體博物館的信息服務(wù)拓展到超越時(shí)間、空間之外而進(jìn)行，可以更加廣泛和深入，讓網(wǎng)絡(luò)觀眾可以隨時(shí)隨地看到博物館的展覽。
2. 文物復(fù)制、修復(fù)的應(yīng)用
文物的保護(hù)在博物館的業(yè)務(wù)工作中是重中之重。文物的保護(hù)主要包括文物的復(fù)制和文物的修復(fù)。傳統(tǒng)的文物復(fù)制過(guò)程很復(fù)雜，其中最主要的是對(duì)文物進(jìn)行各個(gè)方面的拍攝以及各個(gè)細(xì)節(jié)部位的測(cè)量等工作，遇到形狀復(fù)雜的文物，有些數(shù)據(jù)無(wú)法測(cè)量或測(cè)量不精確，這樣做出來(lái)的復(fù)制品可能會(huì)與原件存有很大的差異。若將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于文物的復(fù)制，則可以容易地獲得文物的精確幾何信息，便于對(duì)文物進(jìn)行高準(zhǔn)確度的復(fù)制。
另外我們還可通過(guò)先進(jìn)的 3D 打印技術(shù)進(jìn)行文物的復(fù)制。計(jì)算機(jī)將文物的三維數(shù)字存檔傳達(dá)給打印機(jī)，打印機(jī)軟件會(huì)將數(shù)字存檔進(jìn)行解讀編碼傳達(dá)至 3D 打印機(jī)，把物體的形象打印出來(lái)。3D 打印產(chǎn)品有極高的仿真度，但是在一些較為復(fù)雜的細(xì)節(jié)還原度上，要根據(jù)所選擇的3D 打印機(jī)級(jí)別來(lái)定奪。3D 打印機(jī)的成型方法有很多種，不能以一概全。
三維數(shù)字化技術(shù)在文物修復(fù)方面也有著極其廣泛的應(yīng)用。我們可以將受損文物通過(guò)三維掃描建立起三維模型，便于對(duì)受損文物進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)測(cè)量來(lái)輔助文物的修復(fù)工作;同時(shí)還可對(duì)文物進(jìn)行虛擬修復(fù)的試驗(yàn)，利用三維掃描技術(shù)獲取文物的數(shù)據(jù)，并通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行建模，通過(guò)預(yù)覽其修復(fù)效果以及與修復(fù)前的原型進(jìn)行對(duì)比，避免修復(fù)過(guò)程中因取用文物反復(fù)對(duì)比而對(duì)文物造成損壞，對(duì)文物修復(fù)方案的制定具有指導(dǎo)性的意義。
▲3D打印復(fù)制文物
3. 互動(dòng)娛樂(lè)、宣傳教育的應(yīng)用
利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)許多交互娛樂(lè)功能，這種互動(dòng)性在數(shù)字游戲行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用。虛擬博物館通過(guò)其數(shù)字娛樂(lè)的互動(dòng)性，利用形式多樣化、實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)功能所需經(jīng)費(fèi)少等優(yōu)勢(shì)，使博物館逐漸擺脫傳統(tǒng)的利用藏品、文字說(shuō)明等進(jìn)行靜態(tài)、被動(dòng)、單向的觀眾教育模式，將被動(dòng)的參觀過(guò)程變?yōu)橹鲃?dòng)性、探索性、思考性、參與其中體驗(yàn)的雙向性的學(xué)習(xí)模式，來(lái)實(shí)現(xiàn)歷史文化知識(shí)的傳播。觀眾通過(guò)戴上特殊的光學(xué)眼鏡可以看到和感受到與真實(shí)展品相同的虛擬影像，并可以用手指將展品進(jìn)行任意的翻轉(zhuǎn)，從而滿足了觀眾“觸摸”式、“交互”式觀看展品的需求。這種互動(dòng)型、寓教于樂(lè)型的傳播教育方式吸引了觀眾的參與積極性，激發(fā)了觀眾的興趣，觀眾會(huì)主動(dòng)參與到虛擬博物館設(shè)計(jì)的互動(dòng)、娛樂(lè)、教育等活動(dòng)中，且在這輕松活潑的氛圍里，享受“娛樂(lè)”的同時(shí)有所收獲了知識(shí)，較好地解決了不能讓觀眾觸碰文物但又想讓觀眾耐心細(xì)致了解文物的矛盾。
三維數(shù)字技術(shù)在不同類別的博物館、紀(jì)念館的應(yīng)用是有很大差別的。比如綜合類、藝術(shù)類的博物館、紀(jì)念館，這類館的展品因?yàn)槠湫误w相對(duì)于人物類、專題類、故居類館的展品更為復(fù)雜，觀賞性更強(qiáng)，愛(ài)好者往往想對(duì)展品進(jìn)行全方位的觀看，就連小心的細(xì)節(jié)也不會(huì)輕易放過(guò)，因此這類博物館、紀(jì)念館的三維數(shù)字技術(shù)應(yīng)用主要側(cè)重于展品上;人物類、專題類、故居類的博物館、紀(jì)念館則是以建筑本身或場(chǎng)景為主要宣傳對(duì)象，這類館的展品大多以文獻(xiàn)為主，平面的展品較多，其立體的文物，因缺乏觀賞性和立體表現(xiàn)性，一般不建議運(yùn)用三維數(shù)字掃描技術(shù)進(jìn)行數(shù)字采集，這類館的三維數(shù)字技術(shù)主要應(yīng)用于建筑本身或場(chǎng)景的掃描。
三維數(shù)字化技術(shù)在博物館應(yīng)用中存在的問(wèn)題
三維數(shù)字化技術(shù)在博物館的應(yīng)用是博物館事業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前三維數(shù)字化技術(shù)在博物館的應(yīng)用還是處于嘗試階段。從實(shí)際應(yīng)用看，無(wú)論是三維數(shù)字化技術(shù)本身還是怎樣運(yùn)用三維數(shù)字化技術(shù)為觀眾呈現(xiàn)文物的內(nèi)在，都還存在不少問(wèn)題。
(1) 三維掃描儀的技術(shù)不夠完善。許多三維掃描儀的光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反光率)、鏡面或半透明的表面，比如博物館里的瓷器、玉器等能反光的器物。
(2) 只對(duì)文物運(yùn)用了三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)卻忽略了對(duì)文物背后故事的虛擬制作。
博物館的數(shù)字化建設(shè)發(fā)展至今，已經(jīng)不是“人無(wú)我有”的階段了，而是進(jìn)入到“人有我優(yōu)”的階段。博物館信息化的發(fā)展不缺技術(shù)，而是要挖掘文物的內(nèi)在文化，這需要花費(fèi)大量的人工、時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，有了三維虛擬技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)體博物館不能實(shí)現(xiàn)的功能，提高工作效率。國(guó)內(nèi)大多數(shù)博物館在建設(shè)虛擬博物館時(shí)往往偏重于形式的追求，覺(jué)得采用了新穎的高科技手段就提高了本館的科技含量，走在了時(shí)代的前沿。據(jù)調(diào)查虛擬博物館的建設(shè)存在的問(wèn)題較多，很多虛擬博物館的網(wǎng)上觀眾訪問(wèn)率比較低，觀眾對(duì)此沒(méi)有太大的興趣，博物館耗費(fèi)重金建設(shè)的虛擬博物館最終成了擺設(shè)。產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因，筆者認(rèn)為是設(shè)計(jì)者只注重展陳形式的改變，追求一種新穎的展現(xiàn)方式，而忽略了觀眾的需求，只是簡(jiǎn)單地將實(shí)體展廳的展示方式轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)用三維數(shù)字方式展示，而不注重文物本身的內(nèi)涵以及對(duì)文物審美的展示，沒(méi)有將觀眾的需求放在第一位。其實(shí)能夠吸引觀眾的主要因素有:第一，展品的外形和色彩，這是第一感覺(jué)，有了好的第一印象，觀眾就會(huì)對(duì)展品產(chǎn)生興趣，才會(huì)有繼續(xù)學(xué)習(xí)和探究的可能;第二，展品的功能，我們經(jīng)常會(huì)被觀眾問(wèn)到“這件展品是干什么用的”，很多展品一般人很難判斷其功能，由此可見(jiàn)觀眾對(duì)展品的功能也是非常感興趣的;第三，展品的內(nèi)在故事，比如展品的制作過(guò)程、流傳經(jīng)歷、軼事趣聞，沒(méi)有將文物背后的故事或者該文物在當(dāng)時(shí)的作用及使用方法通過(guò)電腦特有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演繹給觀眾，沒(méi)有充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)可以虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)，而是簡(jiǎn)單地將實(shí)體博物館的展覽陳列形式照搬到虛擬博物館上，虛擬博物館的展示設(shè)計(jì)缺少了審美的、藝術(shù)的元素。
▲克里夫蘭藝術(shù)博物館多媒體藏品陳列墻
結(jié)束語(yǔ)
總而言之，三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為博物館、紀(jì)念館的文物展示、宣傳教育、文物的保護(hù)和研究帶來(lái)了新的思維模式，給觀眾帶來(lái)“真實(shí)”的感覺(jué)并留下了深刻的印象，為文物的修護(hù)和復(fù)制提供了大量的精確信息。
然而博物館、紀(jì)念館的中心任務(wù)是通過(guò)文物來(lái)宣教歷史的，高科技術(shù)在博物館的運(yùn)用不能靠簡(jiǎn)單的展示形式的改變，要實(shí)現(xiàn)吸引觀眾、教育觀眾、給觀眾留下深刻印象的目的，這就需要我們深挖文物內(nèi)在的故事，把文物本身不能表現(xiàn)出來(lái)的故事通過(guò)高科技、計(jì)算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等來(lái)表達(dá)，通過(guò)改變或制作虛擬環(huán)境、虛擬人物等，以一定的演繹手段直觀地表達(dá)一個(gè)完整的、能吸引人的故事。
文物一直是博物館、紀(jì)念館的“主角”，怎樣利用三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與文物保存環(huán)境相結(jié)合，模擬文物的腐蝕、老化過(guò)程以及怎樣能讓文物信息更準(zhǔn)確，包括外觀形狀、顏色、厚重感等，這將是我們進(jìn)一步研究的新方向。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于博物館的知識(shí)技巧了，學(xué)習(xí)以上的三維數(shù)字虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館的應(yīng)用知識(shí)，對(duì)于博物館的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)綜合所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問(wèn)題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會(huì)有專業(yè)的人士來(lái)為您解答。
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