常 櫻， 寧雅潔， 劉欣欣

(1.石家莊鐵道大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050043； 2.石家莊鐵道大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050043)

虛擬現(xiàn)實是計算機模擬的三維環(huán)境, 是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。[1]虛擬博物館運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬場景中完成對展品的展示，幫助用戶產(chǎn)生類似于真實環(huán)境中的“沉浸感”，近年來，廣泛應(yīng)用于科技館、博物館、圖書館、旅游景區(qū)、企業(yè)體驗中心以及各類會展。隨著一個世紀(jì)以來的世界經(jīng)濟全球化發(fā)展，中國傳統(tǒng)文化遭受著前所未有的挑戰(zhàn)，不斷呈現(xiàn)式微態(tài)勢。信息時代如何運用數(shù)字技術(shù)傳播亟需發(fā)揚的傳統(tǒng)文化，是擺在文化界、教育界面前的迫切任務(wù)。復(fù)原唐代風(fēng)格宅院建構(gòu)的虛擬博物館是數(shù)字博物館理念的一種拓展應(yīng)用，它針對當(dāng)前社會傳播的需求，以文化傳承、教育宣傳為主要目的，選取唐代文化主題，以虛擬博物館形式組織相關(guān)資源[2]，還原時代場景，展示文物，傳播歷史文化，期冀為當(dāng)今文化傳播帶來新的空氣。

一、 博物館結(jié)構(gòu)與內(nèi)容設(shè)計

唐代是我國歷史上的盛世時期，從唐代的文化遺產(chǎn)中，不僅可以領(lǐng)略到王朝蓬勃的氣派，更能管窺到古人的生活習(xí)慣。虛擬博物館依據(jù)傳世名畫、敦煌壁畫、故宮博物院、中國國家博物館、陜西歷史博物館、大唐西市博物館、日本東大寺正倉院等處的唐代物質(zhì)資料，加之書法、詩文等傳世資源，進行結(jié)構(gòu)組織與內(nèi)容設(shè)計，設(shè)計思路如圖1。整體包含“庭院”、“室內(nèi)”及“展示”三大部分，每部分分別由諸多項目組成。項目間有交叉，例如“建筑”與“古畫場景”既屬于庭院的組成部分，又屬于展示的內(nèi)容；項目間也有融合，例如庭院“布局”與“建筑”相輔相成，室內(nèi)“用品”與“文物”也不能截然分開，即所有擺放的“用品”都是“文物”，而有些“文物”卻單獨展示，不以“用品”面貌出現(xiàn)。

圖1 虛擬博物館設(shè)計思路圖

虛擬博物館整體設(shè)計為唐代風(fēng)格宅院，唐代庭院為合院式，中軸線明顯，主次分明，同時承繼魏晉以來崇尚山水的習(xí)氣，善于將山石、水池融入宅第，點綴竹木，組構(gòu)人工山水宅園[3]。布局仿照1959年西安中堡村盛唐墓中出土的一組三彩陶宅院明器[4](如圖2所示)，結(jié)合王維輞川圖，設(shè)計為前堂——后室型主體建筑格局，東西兩座廂房分布于前堂與后室之間兩側(cè)，前堂與后室間設(shè)置由走廊環(huán)繞的水池，池塘中心安排四角涼亭(如圖3所示)。此外，宅院的一側(cè)還設(shè)置了馬廄，反映了唐代貴族盛行畜馬的風(fēng)俗。

圖2 唐墓出土的陶宅院圖

圖3 院落布局圖

根據(jù)唐代建筑型制，大門南向居中。需要說明的是，唐代規(guī)定只有帝王可用鴟尾裝飾的廡殿屋頂，五品以上官吏住宅為歇山式屋頂[5]，但為了美觀及整體建筑形式的多樣性，博物館院落的前堂設(shè)計為單檐廡殿頂高臺帶廊柱的建筑，后室設(shè)計為單檐歇山頂建筑，兩側(cè)廂房則為硬山頂。水中長廊扶手為“美人靠”，湖心亭為四角攢尖翹檐。此外，鴟尾、柱礎(chǔ)、斗拱、臺階、地磚、石燈籠等建筑構(gòu)件與裝飾，同樣依據(jù)唐代建筑特征[6]，反應(yīng)了時代風(fēng)貌。

依據(jù)歷史風(fēng)俗，前堂是主人會客、宴會、交流、休憩的場所，后室為家人生活的場所，此兩建筑是博物館的重要展區(qū)，為了布展及觀眾漫游方便，均劃分為三開間(屋頂型制高于開間型制)，室內(nèi)空間以柱子、帷幔、屏風(fēng)進行分割。前堂中廳為宴樂場所，左間展示唐代書法，右間仿五代《韓熙載夜宴圖》局部，為談話小憩場所。后室中廳為家人聚宴場所，左間書房仿北齊《勘書圖》，展示唐代文學(xué)作品，右間臥房展示佛像[7]與梳妝用具[8]。同時反映了唐代婦女在家中拜佛的風(fēng)俗。廂房仿唐代繪畫《宮樂圖》，為樂器展示場所。藻井、地毯等貼圖來源于敦煌圖案[9]，屏風(fēng)、墻壁貼圖源于魏晉到五代的書法、繪畫，如圖4中的幾種屏風(fēng)，從左上至右下貼圖分別為“蘭亭序”、“明皇幸蜀圖”、正倉院藏唐代織物、大英博物館藏敦煌繪畫及盛唐墓室壁畫[10]。家具則分為臥具、坐具、架具、屏風(fēng)、庋具五類，形制分別源于魏晉到五代的繪畫及壁畫[11]。

圖4 虛擬環(huán)境中的幾種立屏

博物館中展品分為陶瓷器、金銀器及其他器物三大類。幾十種陶瓷器包含了邢窯、越窯、長沙窯、魯山段店窯等主要窯場的白瓷、青瓷、花瓷、黑瓷及三彩等，展示了唐代陶瓷的整體風(fēng)貌；館內(nèi)金銀器主要來自陜西歷史博物館及國家博物館，反映了唐代作為中國歷史上金銀器高峰的極高成就，其他器物則包含樂器、銅鏡、硯臺、犀角杯等，各類三維展品與書法、繪畫、文學(xué)作品一起共同構(gòu)成了唐代文化虛擬博物館的整體內(nèi)容。

結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點，博物館展示區(qū)分為室內(nèi)空間和室外空間。室內(nèi)空間由文物展示和書法、文學(xué)介紹兩部分構(gòu)成，文物展示包含三維模型、二維照片與介紹文字，書法、文學(xué)介紹以名家為線索，提供生平、作品、譯文、賞析等多方面信息。室外空間提供了《搗練圖》、《槐蔭消夏圖》、《內(nèi)人雙陸圖》、《十八學(xué)士圖》等多幅場景，人物活動與虛擬景物結(jié)合，為博物館增添了生活氣息，如圖5所示。

圖5 還原《搗練圖》場景

二、 博物館功能技術(shù)實現(xiàn)

當(dāng)前虛擬博物館的主要形式包括：對博物館以及博物館內(nèi)的文物和虛擬人物進行了精細建模全三維博物館，由360度全景方式的展廳實景與圖片文字所組成具體介紹的二維與三維結(jié)合的虛擬博物館，以及將三維場景渲染為二維效果的二維半虛擬博物館[12]。唐代文化虛擬博物館主要采用第一種形式，同時結(jié)合二維動畫技術(shù)，共同完成整體展示，其中三維場景、陳設(shè)和文物運用三維建模技術(shù)，文物展示功能使用二維交互動畫技術(shù)，博物館的整體功能通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)整合實現(xiàn)。

博物館中的室內(nèi)外場景搭建、家具和器物模型制作均采用三維技術(shù)。建筑的模型較大、較規(guī)整，多采用多邊形建模、布爾運算方式，NURBS建模作為輔助，建筑頂部飛檐翹角等復(fù)雜構(gòu)造，用LOFT(放樣)來實現(xiàn)。小的器物形狀不規(guī)則，變化多，選用復(fù)合建模與放樣建模方式。模型通過刪除面、控制分段數(shù)、控制貼圖尺寸、UVW展開、附加貼圖及貼圖表現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)等技術(shù)方式控制數(shù)據(jù)量。另外，在創(chuàng)建模型時，為避免比例失調(diào)問題，要預(yù)先設(shè)定物體的實際尺寸，通過調(diào)節(jié)模型點層級中點的X、Y、Z的具體數(shù)值控制模型，保證了物體比例恰當(dāng)、真實。圖6為點藍帶蓋罐圖片[13]，圖7為貼圖后的三維模型。

圖6 點藍帶蓋罐

圖7 點藍帶蓋罐三維模型

博物館中的二維展示部分借助了二維動畫技術(shù)與腳本語言，在動畫中運用了逐幀動畫、漸隱效果、滾動畫軸、鼠標(biāo)跟隨等效果，腳本語言實現(xiàn)的主要功能包括跳轉(zhuǎn)、加載、導(dǎo)入外部文件等，其中文字是通過載入外部數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，載入外部數(shù)據(jù)可有效減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)量，但文字效果不能通過CSS樣式定義，只能通過XML中介技術(shù)控制文字格式。

為了減少CPU占用，加快實時渲染速度，同時保持場景的真實感，在導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實工具前，要對場景進行烘焙。本系統(tǒng)主要運用VRAY LIGHTING MAP類型，區(qū)域模型分層管理，室內(nèi)室外分別烘焙，過程中通過切換相機分別載入，保證了系統(tǒng)流暢運行。成品中一旦發(fā)現(xiàn)場景中出現(xiàn)斷裂、重面等現(xiàn)象，則需反復(fù)烘焙。場景載入虛擬現(xiàn)實工具的過程需要反復(fù)實驗，調(diào)整材質(zhì)參數(shù)、反射參數(shù)和烘焙貼圖明暗調(diào)等。

漫游場景中通常需要設(shè)置鳥瞰動畫，在虛擬現(xiàn)實工具中，鳥瞰相機運行不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生偏差和抖動，為了提高細節(jié)完美度，在模型文件中建立樣條線作為相機路徑，綁定相機到樣條線上，選中場景中心物體，設(shè)置相機俯視角度及幀動畫，在到虛擬現(xiàn)實工具中調(diào)整，生成平滑舒適的鳥瞰動畫效果。

最終的虛擬博物館提供了三種漫游功能：第一種是全局瀏覽，即鳥瞰動畫；第二種是預(yù)先設(shè)計好幾種合理的漫游路徑，錄制成自動播放的動畫；第三種是自由行走，用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤方向鍵控制，自由行走在場景中間。博物館的展示功能通過菜單進行控制，將文物展品、文學(xué)作品、書法展品等根據(jù)布展位置不同分為多個組，用戶點擊菜單，實現(xiàn)各個展示空間之間的跳轉(zhuǎn)。

三、結(jié)語

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建唐代風(fēng)格宅院作為博物館整體場景，在其中通過建筑設(shè)計、庭院景觀、室內(nèi)布局、家具器物、文學(xué)書法等展現(xiàn)了唐代的審美要求、生活習(xí)俗以及文化特色。目前虛擬博物館中主要建筑四座(含室內(nèi))，亭臺、馬廄等附加建筑六處，唐代型制家具三十余種，包含有四十二種三維虛擬展品，七個還原的繪畫場景，介紹了多位唐代書法家、文學(xué)家及其作品，運行順暢，漫游舒適，導(dǎo)航便捷，交互友好，達到了初衷。但在設(shè)計方面，整體院落、屋宇構(gòu)成相對簡單，為了美觀突出了水系，建筑構(gòu)件與裝飾未加文字說明，文物展示有待進一步豐富，在以后的工作中需要著重解決。

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