三維數字虛擬現實技術在博物館的應用
說到三維數字虛擬現實仿真技術，大家都可以舉出很多事例，比如我們熟悉的 3D 電影、3D 電視、虛擬現實VR)游戲等，這些都屬于三維數字虛擬現實仿真技術，它帶給我們的是一種與平面和二維截然不同的感覺，三維效果能給我們一種身臨其境的、沉浸式的體驗，仿佛親身經歷過那個“環(huán)境”一樣，從而給我們留下了深刻的印象和記憶，這就是三維數字虛擬現實仿真技術最具魅力的地方。
我國的博物館數字化發(fā)展歷程，無論是在對社會大眾的宣教方面還是在文物研究等業(yè)務方面，采用的數字信息大都是平面的，比如圖片、照片、視頻、動畫等。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，三維數字虛擬現實仿真技術應運而生，其中虛擬現實技術已經被廣泛應用到各個領域。這些走在科技前沿的技術，同樣被博物館界所關注并吸納，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、宣傳教育手段都存在不足之處，3D 技術可以輕而易舉地彌補這些不足，從而更好地服務于觀眾、服務于文物、服務于博物館，使博物館的功能得以充分發(fā)揮。以下就三維數字化的概念及實現步驟、三維數字化技術在博物館中的應用及存在的問題做簡要的分析。
▲三維坐標圖
三維數字化的概念及實現步驟
三維數字化從廣義上講，就是運用三維工具(軟件或儀器)來實現模型的虛擬創(chuàng)建、修改、完善、分析等一系列的數字化操作，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構使用外部采集設備獲得實物整體參數，然后通過二維、平面的媒介，如投影屏、電子顯示屏等展示出來，具有視覺及感知上的立體三維效果。其原理就是利用三維坐標系即空間直角坐標系，來描述三維空間的物體的位置，它由 X 軸、Y 軸、Z 軸構成，兩兩垂直。采集所得的三維數字化信息內容通過三維處理、模型查看軟件及應用程序，比如 3Dmax、AutoCAD、Solidedge 等呈現出來，查看對象可以在軟件中通過指令對載入的三維數字化信息旋轉變換觀察角度及光源信息，從而獲得“立體”感和“真實”感。
三維數字化的實現步驟分為三維掃描技術、逆向建模技術、三維貼圖渲染技術和虛擬現實技術。
(1) 三維掃描技術是通過三維掃描儀或三維拍攝儀對物體外觀或建筑結構進行掃描或拍攝，獲得物體或場景的三維數字信息即虛擬場景，其畫面真實感較強。
(2) 三維貼圖渲染技術是在三維模型基礎上，將實景照片處理之后進行貼附、渲染，以求在查看時得到與實物極其接近的效果。這一技術是完成虛擬現實前極為關鍵的一步，并且直接關系到虛擬現實的最終體驗。
(3) 虛擬現實技術則是將三維掃描取得的信息進行整合和分析，然后通過計算機虛擬現實軟件進行建模，生成實體虛擬模型，或直接利用計算機虛擬現實軟件進行建模，最終達到如同進入現實世界的、有如身臨其境的效果。
三維數字化技術在博物館中的應用
1. 虛擬博物館的應用
隨著 3D 技術的風靡流行，當今虛擬博物館的展示方式已廣泛運用三維虛擬技術，通過 3D 和網絡技術就可以全方位地展示博物館的場景以及展品的各個角度。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態(tài)展示方式，再到現在的普遍應用三維動態(tài)展示方式，經歷了具有代表性的照片、圖片、flash 動畫、視頻、全景、三維虛擬，由二維的平面效果逐漸進入三維立體效果的過程。
▲三維建模
由于觀眾能看到的畫面受館方展出照片的數量限制，或因觀眾不能接觸文物而對展品不能進行全面的了解，給參觀帶來不少遺憾。現在通過三維互動方式，觀眾從只能被動地、有限制地觀看博物館展出文物的一個或幾個畫面，到可以全方位地了解博物館的建筑、內部構造、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。
▲三維動態(tài)展示（三維虛擬展廳）
博物館的各項業(yè)務工作都是緊緊圍繞文物來開展的，文物在博物館有著舉足輕重的地位，因此三維數字化技術在博物館的應用首要考慮的就是文物的三維數字化。為了做到“讓文物說話”，即展示的文物必須是其真實的面貌，在做文物三維數字化采集方法的選擇時，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、更精確反映文物的各個畫面以及文物的紋飾、文字、結構等各個細節(jié)部位的三維信息。
在獲取了文物的三維數字化信息之后，我們就可以通過三維建模軟件進行逆向建模工作了，將這些文物的細部構造等信息通過建模軟件逆向重建文物并且貼圖渲染得到三維數字檔案，然后即可展示給觀眾。有了文物的三維數字檔案，我們就可以建立虛擬博物館了，如果經費較為寬裕，可對小型物品用三維掃描或拍攝的方法，對于大型建筑的外部結構可以采用航拍方式，室內采用大空間三維掃描獲得與現實博物館的建筑外貌、展廳等相一致的畫面數字信息，而后經過逆向重建、貼圖渲染，可以使觀眾有進入實體博物館、走進展廳的感覺，仿佛置身于實體博物館中參觀游覽。
三維建模很費時間，所以這種方法并不簡單和節(jié)省費用。
除此之外，還有一種相對于三維數字化實景觀賞體驗稍遜一籌但還是可以了解到大部分館內布局信息的虛擬技術——全景圖像技術，即對博物館整體場景布設全面覆蓋的站點進行 360 度全景照片拍攝，而后將整個場館的所有全景照片進行站點鏈接。采用這種方法，只要全景拍攝時站點布設足夠全面就可以將整個展館盡收眼底，制作速度快，但是整體自由度因會受到站點影響而比前一種三維虛擬技術方法低。
虛擬博物館與實體博物館相比具有很多優(yōu)勢，比如:首先，所展示的藏品可以制作成無損的，給觀眾一個完整的展品，從而彌補有些藏品有缺損的遺憾;其次，展廳的風格及展示的形式可以不受客觀條件的約束，可以運用多種多樣、不拘一格的展廳風格，渲染和提高展示效果，幫助觀眾理解，從而加深對展品的印象，比建設實體展廳費用要低很多，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間和地理位置的限制，它可將實體博物館的信息服務拓展到超越時間、空間之外而進行，可以更加廣泛和深入，讓網絡觀眾可以隨時隨地看到博物館的展覽。
2. 文物復制、修復的應用
文物的保護在博物館的業(yè)務工作中是重中之重。文物的保護主要包括文物的復制和文物的修復。傳統(tǒng)的文物復制過程很復雜，其中最主要的是對文物進行各個方面的拍攝以及各個細節(jié)部位的測量等工作，遇到形狀復雜的文物，有些數據無法測量或測量不精確，這樣做出來的復制品可能會與原件存有很大的差異。若將三維激光掃描技術應用于文物的復制，則可以容易地獲得文物的精確幾何信息，便于對文物進行高準確度的復制。
另外我們還可通過先進的 3D 打印技術進行文物的復制。計算機將文物的三維數字存檔傳達給打印機，打印機軟件會將數字存檔進行解讀編碼傳達至 3D 打印機，把物體的形象打印出來。3D 打印產品有極高的仿真度，但是在一些較為復雜的細節(jié)還原度上，要根據所選擇的3D 打印機級別來定奪。3D 打印機的成型方法有很多種，不能以一概全。
三維數字化技術在文物修復方面也有著極其廣泛的應用。我們可以將受損文物通過三維掃描建立起三維模型，便于對受損文物進行精確的數據測量來輔助文物的修復工作;同時還可對文物進行虛擬修復的試驗，利用三維掃描技術獲取文物的數據，并通過虛擬現實技術進行建模，通過預覽其修復效果以及與修復前的原型進行對比，避免修復過程中因取用文物反復對比而對文物造成損壞，對文物修復方案的制定具有指導性的意義。
▲3D打印復制文物
3. 互動娛樂、宣傳教育的應用
利用虛擬現實技術可以實現許多交互娛樂功能，這種互動性在數字游戲行業(yè)已經得到了廣泛地應用。虛擬博物館通過其數字娛樂的互動性，利用形式多樣化、實現娛樂功能所需經費少等優(yōu)勢，使博物館逐漸擺脫傳統(tǒng)的利用藏品、文字說明等進行靜態(tài)、被動、單向的觀眾教育模式，將被動的參觀過程變?yōu)橹鲃有?、探索性、思考性、參與其中體驗的雙向性的學習模式，來實現歷史文化知識的傳播。觀眾通過戴上特殊的光學眼鏡可以看到和感受到與真實展品相同的虛擬影像，并可以用手指將展品進行任意的翻轉，從而滿足了觀眾“觸摸”式、“交互”式觀看展品的需求。這種互動型、寓教于樂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，觀眾會主動參與到虛擬博物館設計的互動、娛樂、教育等活動中，且在這輕松活潑的氛圍里，享受“娛樂”的同時有所收獲了知識，較好地解決了不能讓觀眾觸碰文物但又想讓觀眾耐心細致了解文物的矛盾。
三維數字技術在不同類別的博物館、紀念館的應用是有很大差別的。比如綜合類、藝術類的博物館、紀念館，這類館的展品因為其形體相對于人物類、專題類、故居類館的展品更為復雜，觀賞性更強，愛好者往往想對展品進行全方位的觀看，就連小心的細節(jié)也不會輕易放過，因此這類博物館、紀念館的三維數字技術應用主要側重于展品上;人物類、專題類、故居類的博物館、紀念館則是以建筑本身或場景為主要宣傳對象，這類館的展品大多以文獻為主，平面的展品較多，其立體的文物，因缺乏觀賞性和立體表現性，一般不建議運用三維數字掃描技術進行數字采集，這類館的三維數字技術主要應用于建筑本身或場景的掃描。
三維數字化技術在博物館應用中存在的問題
三維數字化技術在博物館的應用是博物館事業(yè)發(fā)展的必然趨勢，目前三維數字化技術在博物館的應用還是處于嘗試階段。從實際應用看，無論是三維數字化技術本身還是怎樣運用三維數字化技術為觀眾呈現文物的內在，都還存在不少問題。
(1) 三維掃描儀的技術不夠完善。許多三維掃描儀的光學技術不易處理閃亮(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) 只對文物運用了三維虛擬現實技術卻忽略了對文物背后故事的虛擬制作。
博物館的數字化建設發(fā)展至今，已經不是“人無我有”的階段了，而是進入到“人有我優(yōu)”的階段。博物館信息化的發(fā)展不缺技術，而是要挖掘文物的內在文化，這需要花費大量的人工、時間和經費，有了三維虛擬技術可以實現實體博物館不能實現的功能，提高工作效率。國內大多數博物館在建設虛擬博物館時往往偏重于形式的追求，覺得采用了新穎的高科技手段就提高了本館的科技含量，走在了時代的前沿。據調查虛擬博物館的建設存在的問題較多，很多虛擬博物館的網上觀眾訪問率比較低，觀眾對此沒有太大的興趣，博物館耗費重金建設的虛擬博物館最終成了擺設。產生這種結果的主要原因，筆者認為是設計者只注重展陳形式的改變，追求一種新穎的展現方式，而忽略了觀眾的需求，只是簡單地將實體展廳的展示方式轉變?yōu)檫\用三維數字方式展示，而不注重文物本身的內涵以及對文物審美的展示，沒有將觀眾的需求放在第一位。其實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，有了好的第一印象，觀眾就會對展品產生興趣，才會有繼續(xù)學習和探究的可能;第二，展品的功能，我們經常會被觀眾問到“這件展品是干什么用的”，很多展品一般人很難判斷其功能，由此可見觀眾對展品的功能也是非常感興趣的;第三，展品的內在故事，比如展品的制作過程、流傳經歷、軼事趣聞，沒有將文物背后的故事或者該文物在當時的作用及使用方法通過電腦特有的虛擬現實技術演繹給觀眾，沒有充分運用計算機可以虛擬現實的特點，而是簡單地將實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計缺少了審美的、藝術的元素。
▲克里夫蘭藝術博物館多媒體藏品陳列墻
結束語
總而言之，三維數字虛擬現實現實技術為博物館、紀念館的文物展示、宣傳教育、文物的保護和研究帶來了新的思維模式，給觀眾帶來“真實”的感覺并留下了深刻的印象，為文物的修護和復制提供了大量的精確信息。
然而博物館、紀念館的中心任務是通過文物來宣教歷史的，高科技術在博物館的運用不能靠簡單的展示形式的改變，要實現吸引觀眾、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在的故事，把文物本身不能表現出來的故事通過高科技、計算機三維虛擬現實技術等來表達，通過改變或制作虛擬環(huán)境、虛擬人物等，以一定的演繹手段直觀地表達一個完整的、能吸引人的故事。
文物一直是博物館、紀念館的“主角”，怎樣利用三維數字虛擬現實現實技術與文物保存環(huán)境相結合，模擬文物的腐蝕、老化過程以及怎樣能讓文物信息更準確，包括外觀形狀、顏色、厚重感等，這將是我們進一步研究的新方向。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關于博物館的知識技巧了，學習以上的三維數字虛擬現實技術在博物館的應用知識，對于博物館的幫助都是非常大的，這也是新手學習綜合所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點擊右側人工服務，我們會有專業(yè)的人士來為您解答。
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