文/張 健 蔡新元 徐 松

增強現(xiàn)實技術(shù)近年來得到了迅速發(fā)展與普及，并逐步應(yīng)用到對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的傳播中?！陡袼_爾王》作為我國北方游牧民族三大史詩之一，是一種長期通過被稱為“仲肯”的口頭詩人傳誦而得以流傳的特殊文化實體，對其的保護、保存、傳承是一件異常困難的工作。如何利用增強現(xiàn)實技術(shù)，就其內(nèi)容及素材進行主題動漫游戲的設(shè)計，使得獨特的民族傳統(tǒng)文化在資源化、外在化、符號化加工與處理的基礎(chǔ)上獲得一定的商品屬性，并得以推廣。本文主要探討在《格薩爾王》主題動漫游戲設(shè)計過程中運用增強現(xiàn)實技術(shù)所涉及的問題，進而探索運用該技術(shù)對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)進行傳播的技術(shù)路徑。

一、基于增強現(xiàn)實的游戲使用模塊及預(yù)期解決問題

本文選擇格薩爾王作為西藏文化形象的代表，將其設(shè)計、制作成為具象的二維、三維卡通動漫形象，并結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)，使這些形象與觀眾產(chǎn)生虛擬互動，解說西藏歷史、地域、民俗發(fā)展等，宣揚民族文化特點，實現(xiàn)西藏文化的新型傳播。具體而言，這一增強現(xiàn)實互動系統(tǒng)包括信息采集、信息處理及信息展示三個模塊。

1．信息采集模塊及其預(yù)期解決問題。信息采集模塊作為本系統(tǒng)的信息輸入端，起著對所有信息進行過濾、采集、輸入的功能。在主題動漫游戲增強現(xiàn)實互動系統(tǒng)中需要對兩個類型的信息進行采集，即二維信息與三維信息，并根據(jù)這兩類信息建立相應(yīng)的二維信息采集模塊和三維信息采集模塊。同時，這兩類信息根據(jù)主題動漫游戲腳本又被分為角色、場景、道具三大類，每個類別分別包含平面與立體的信息。

在信息采集模塊階段，預(yù)期采集過程中會出現(xiàn)冗余、破損和尺寸三類問題。其中，“冗余”錯誤是指同一類型信息多次采集，在庫存中存在一個以上的實例，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫體積過大；“破損”錯誤指信息在采集時或采集前發(fā)生破損，導(dǎo)致采集到庫中的信息不完整，影響后續(xù)模塊功能正常工作；“尺寸”錯誤指用戶提供給系統(tǒng)的素材尺寸過小或過大，過小會導(dǎo)致識別精度下降、識別失敗等問題，而尺寸過大會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫體積過大和導(dǎo)出功能失效等問題。

2．信息處理模塊及其預(yù)期解決問題。《格薩爾王》主題動漫游戲增強現(xiàn)實互動系統(tǒng)中主要需針對標(biāo)識信息和展示信息兩類信息進行處理。標(biāo)識信息是通過信息采集模塊生成的素材庫子集，通過將素材庫中相應(yīng)的信息生成為標(biāo)識，再通過觸發(fā)器在展示模塊中對其隱藏的信息進行展示。展示信息是指需要在信息展示模塊中使用的信息，它是信息采集素材庫的子集，只有在這個模塊中設(shè)置為展示信息并生成相應(yīng)的展示ID，才能在信息展示模塊對其進行調(diào)用。

在信息處理模塊階段，雖然標(biāo)識信息和展示信息都是由信息采集素材庫中的素材所生成的素材集，但這兩種信息本身又分為二維信息與三維信息，這就給系統(tǒng)設(shè)計與模塊制作帶來了很大的麻煩。在設(shè)置標(biāo)識信息與展示信息時，如設(shè)計考慮不周，用戶很容易將兩者弄混，將本應(yīng)設(shè)置為標(biāo)識信息的對象設(shè)置為展示信息。此外，對二維信息和三維信息的存放方式也是不同的，二維信息通常只存放為圖片格式（如：jpg，png等），但三維信息不但要儲存三維模型的空間信息，還應(yīng)有相應(yīng)的貼圖信息、UV信息等。

3．信息展示模塊及其預(yù)期解決問題。信息展示模塊是最終呈現(xiàn)效果的模塊，它主要負(fù)責(zé)展示靜態(tài)和動態(tài)兩類信息，這兩類信息都源于信息采集模塊。其中，靜態(tài)展示信息通常是介紹主要人物角色、關(guān)鍵劇情、道具等，展示手段為圖片、文字和靜態(tài)三維模型；而動態(tài)展示信息通常為人物設(shè)定、道具、場景鳥瞰、人物關(guān)系等，這些信息都具有復(fù)雜、運動的特性，只有通過動態(tài)展示才能更好地被觀眾所接受。

在信息展示模塊中，靜態(tài)展示信息包括素材庫中的二維信息與三維信息，這些信息以靜止的圖片、模型、文本等狀態(tài)存在。對這些信息進行展示需要限定其展示空間，并根據(jù)展示空間對信息體積進行映射，使其能夠滿足展示的需要。動態(tài)展示信息指素材庫中所包含的視頻、動畫等，這些信息包括視頻幀同步、音視頻同步、實時渲染等，對展示手段和展示技術(shù)的要求更高。

二、基于信息處理模塊優(yōu)化的《格薩爾王》增強現(xiàn)實互動游戲創(chuàng)作實踐

綜上考慮，在《格薩爾王》增強現(xiàn)實互動游戲項目的具體創(chuàng)作實踐中，項目組從特征點、對比度、有機圖案、長寬比、緩沖區(qū)、不規(guī)則圖形六個方面進行了探討與實踐，并針對增強現(xiàn)實圖像識別核心技術(shù)問題提出了相應(yīng)的解決方案。

1．標(biāo)識特征點的控制。首先，作為一個與公眾正面接洽的游戲平臺，其信息語言經(jīng)由各類形態(tài)豐富多樣的二維、三維動漫圖像表現(xiàn)出來，這種直觀的視覺語言信息易于獲得良好的社會文化傳播效果。其次，在增強現(xiàn)實應(yīng)用中，標(biāo)識物是關(guān)鍵所在，標(biāo)識內(nèi)所包含的識別點則是觸發(fā)信息的節(jié)點。如何將二者做一個良好的結(jié)合，實現(xiàn)復(fù)雜具象標(biāo)識物的快速識別？基于這一考慮，在《格薩爾王》項目中所采用的標(biāo)識主要以角色、場景、道具為主。同時，尤為注意在繪制過程中對識別點的控制。根據(jù)算法要求，成角識別會在每個小于等于90度的角自動生成一個識別點。所以，在對主體形象進行設(shè)計時，項目組通過對角色服飾紋路的特殊處理，使之契合于成角識別的要求，大量增加了識別點的數(shù)量，從而獲得更高的識別度，最終提升用戶在實際使用時的體驗（如圖1）。

圖1 根據(jù)成角識別繪制的格薩爾王角色擁有豐富的偵測點

2．局部對比度豐富。對于計算機來說，有機圖案、圓形細(xì)節(jié)、模糊細(xì)節(jié)、高壓縮比圖像往往無法提供足夠豐富的偵測點，從而產(chǎn)生識別錯誤。但計算機對圖像局部對比度的精微識別具有極高的敏銳度，而人眼由于生物特性的限制往往無法發(fā)現(xiàn)局部對比度的好壞。因此，提高圖片整體對比度或選用具有更多“尖銳”細(xì)節(jié)的圖片作為標(biāo)識可實現(xiàn)對識別效果的優(yōu)化。項目組在《格薩爾王》相關(guān)圖像內(nèi)容的早期設(shè)計階段即依據(jù)這一原則進行人物及場景的設(shè)定，設(shè)色時不僅考慮了審美維度，而且注重局部對比度的豐富設(shè)計。如同一色系下不同明度的漸次呈現(xiàn)，或不同色相下不同明度的差異呈現(xiàn)等，使圖片能更好地被系統(tǒng)偵測到（如圖2）。

3．圖像內(nèi)容的優(yōu)化。在游戲設(shè)計中，圖像中往往容易置入大量有機圖案和重復(fù)圖案用以實現(xiàn)豐富的裝飾效果。事實上，盡管這些圖像對比度良好、圖像品質(zhì)也合格，但它們并不適合作為增強現(xiàn)實的標(biāo)識。因為當(dāng)一幅圖像中不斷出現(xiàn)重復(fù)圖案時，增強現(xiàn)實系統(tǒng)會將它們視為同樣的出發(fā)點，由此導(dǎo)致畫面跳動的情況。與此同時，一旦我們將識別引擎換為多標(biāo)識識別時，又會占用極大的資源，導(dǎo)致死機。因此，在《格薩爾王》項目中，如圖3所示，我們從預(yù)選庫中剔除了那些含有此類重復(fù)圖案的圖片素材，代之以形態(tài)各異的線條和局部的色塊裝飾物作為對人物及場景效果的補償，實現(xiàn)對功能效應(yīng)和體驗效果的優(yōu)化。

圖2 《格薩爾王》中的各類角色設(shè)計都具有豐富的局部對比度

圖3 從預(yù)選庫中剔除的含重復(fù)圖案的圖片素材類型（左）及優(yōu)化方式（右）

圖4 使用線性圖像處理算法將圖像寬度擴大后可以輕易地被系統(tǒng)偵測

4．長寬比的調(diào)整。作為標(biāo)識的圖像可以是任意長寬比，但是由于生成標(biāo)識文件的同時，程序算法會執(zhí)行反鋸齒處理，所以對圖像的寬度有320像素的最小值要求。一旦原始識別圖像的寬度小于這個值，所生成文件的識別效率將會非常低，甚至大多數(shù)時候會產(chǎn)生無法識別的情況。在《格薩爾王》項目中我們所采用的寬度像素多為420像素，以保證識別效率（如圖4）。

圖5 對非矩形圖像處理后所獲得的識別效果

圖6 對8%緩沖區(qū)的增加

5．建立識別緩沖區(qū)。對識別緩沖區(qū)的建立也是本項目實施中的一種重要調(diào)節(jié)手段。一方面，項目中存在大量的角色、道具設(shè)計，而這些基本都是不規(guī)則形狀（非矩形）。當(dāng)要求將其作為識別標(biāo)識的時候，會出現(xiàn)算法不匹配的情況，案例中統(tǒng)一為其添加了白色矩形底圖，利于算法對其進行處理，生成識別數(shù)據(jù)（如圖5）。另一方面，由于識別算法的原因，在圖像四邊有大概8%的像素是作為識別緩存區(qū)的存在，即這部分像素不參與增強現(xiàn)實標(biāo)識識別。針對這類問題我們采取了兩種解決方案：其一，在選取作為標(biāo)識的圖像時擴大邊緣8%；其二，在選取的圖像周圍預(yù)留8%像素的白邊作為緩沖區(qū)（如圖6）。上述方式都有效解決了異形識別上的一些問題。

三、信息處理模塊優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效果及問題總結(jié)

通過自主研發(fā)將最新的增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于《格薩爾王》主題動漫游戲中，不僅是一次創(chuàng)新實驗，而且在制作過程中對識別標(biāo)識的選擇、識別內(nèi)容的處理、展示模塊的制作等相關(guān)技術(shù)問題進行了有效處理。同時，除了在內(nèi)容創(chuàng)作上更多挖掘《格薩爾王》這一非物質(zhì)文化遺產(chǎn)寶庫外，未來還需從廣域增強顯示內(nèi)容識別、云端自定義素材庫和用戶自定義APP三個方面對本增強現(xiàn)實系統(tǒng)進行升級，可以打破設(shè)備之間的隔閡，真正實現(xiàn)多屏互動融合。此外，隨著技術(shù)的提升，可以為用戶提供更大的自由度，豐富相應(yīng)的文化周邊產(chǎn)品，在更好地為用戶服務(wù)的同時，將西藏文化的精髓發(fā)揚光大。

[1]況揚．新媒體技術(shù)在江西非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護中的應(yīng)用研究[J]．科技廣場，2014（5）．

[2]韓艷萍．基于網(wǎng)絡(luò)的三維虛擬圖書館的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．科技和產(chǎn)業(yè)， 2014（6）．

[3]夏侯士戟，馬敏，陳東義．增強現(xiàn)實游戲中的并發(fā)多任務(wù)模型與實時調(diào)度方法[J]．計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，2014（2）．