崔強

山東省淄博市臨淄區(qū)是齊文化的發(fā)源地，在《戰(zhàn)國策》一書中提到“臨淄之中，七萬戶，臨淄之途，車轂擊，人肩摩，連衽成帷，舉袂成幕，揮汗成雨”，體現(xiàn)了齊國故都臨淄的繁華盛景。但是隨著社會的快速發(fā)展，大量歷史遺跡受到不同程度的損壞，當時齊國的繁榮盛景可以說已是所剩無幾，存在的也有相當部分是后人進行多次修葺的。無法真實體現(xiàn)出那種齊桓稱霸時期的宏偉場景，即便是進入臨淄齊國歷史博物館也沒有那種身臨其境的感受。

古建筑之所以被重視、被保護，一個重要的原因就是其不可再生性，這一特征決定了古建筑一旦被破壞，將很難再完整的呈現(xiàn)在人們的眼前。隨著計算機三維技術(shù)的發(fā)展，三維動畫技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，利用3D虛擬建筑技術(shù)可以將被破壞的古建筑以視頻動畫的形式再次呈現(xiàn)。通過古建筑的歷史留存資料，建立起實物模型三維數(shù)據(jù)庫，對文物古跡進行復(fù)原。同時，虛擬仿真技術(shù)復(fù)原的文物古跡，也解決了部分文物古跡不便于長期多次展覽展示的難題，真正讓文物古跡成為人類可以“擁有”的文化遺產(chǎn)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)Virtual Reality，簡稱VR，是利用計算機技術(shù)模擬產(chǎn)生三維空間，營造出一個接近真實的虛擬世界。VR利用視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等，達到讓使用者“身臨其境”的效果。VR有三個核心特征：沉浸感、交互性、想象力。其中，沉浸感是VR系統(tǒng)最基本的特征，即讓人脫離真實環(huán)境，沉浸到虛擬空間之中，獲得與真實世界相同或相似的感知。受VR技術(shù)的啟發(fā)，可以將該技術(shù)應(yīng)用到齊文化遺跡復(fù)原當中。當然，這并不是什么創(chuàng)新，在今年4月由Realities.io團隊制作的VR游戲《現(xiàn)實（Realities）》即將登陸HTC Vive，這是一款超現(xiàn)實游戲，簡單來說用戶可以通過HTC Vive虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器1：1實景在世界各地旅行。

從本質(zhì)上說，虛擬現(xiàn)實就是一種先進的計算機用戶接口，它通過給用戶同時提供諸如視、聽、觸等各種直觀而又自然的實時感知交互手段、最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負擔、提高整個系統(tǒng)的工作效率。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要具有以下四個重要特征：

1.存在感：

它是指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達到使用戶難以分辨真假的程度。

2.交互性：

交互性是指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視場中的物體也隨著手的移動而移動。

3.多感知性：

所謂多感知性就是說除了一般計算機所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實就是應(yīng)該具有人所具有的感知功能。

4.自主性：

是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動作的程度。例如，當受到力的推動時，物體會向力的方向移動、或翻倒、或從桌面落到地面等。

用戶通過傳感裝置直接對虛擬環(huán)境進行操作，并得到實時三維顯示和其它 反饋信息（如觸覺、力覺反饋等）。當系統(tǒng)與外部世界通過傳感裝置構(gòu)成反饋閉環(huán)時，在用戶的控制下，用戶與虛擬環(huán)境間的交互可以對外部世界產(chǎn)生作用（如遙操作等）。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要由以下五個模塊構(gòu)成：

1.檢測模塊：檢測用戶的操作命令，并通過傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。

2.反饋模塊：接受來自傳感器模塊信息，為用戶提供實時反饋。

3.傳感器模塊：一方面接受來自用戶的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面 將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。

4.控制模塊：對傳感器進行控制，使其對用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實世界產(chǎn)生作用。

5.建模模塊：獲取現(xiàn)實世界組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對應(yīng)的虛擬環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)可以包括以下幾個方面：

1.動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)：

虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心內(nèi)容。動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術(shù)（有規(guī)則的環(huán)境），而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術(shù)，兩者的有機結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。

2.實時三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，其關(guān)鍵是如何實現(xiàn)“實時”生成。為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15幀/秒，最好是高于30幀/秒。在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術(shù)的研究內(nèi)容。

3.立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實還遠遠不能滿足系統(tǒng)的需要，例如，數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點；虛擬現(xiàn)實設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。

4.應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。選擇適當?shù)膽?yīng)用對象可以大幅度地提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強度、提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量。為了達到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具。例如，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。

5.系統(tǒng)集成技術(shù)

由于虛擬現(xiàn)實中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別和合成技術(shù)等等。

相對于國內(nèi)而言，VR技術(shù)的發(fā)展還并不完善，應(yīng)用的領(lǐng)域相對較少。尤其是遺跡復(fù)原方面，現(xiàn)階段大部分只是在遺跡原貌上的虛擬展示，并沒有達到那種通過視覺、聽覺、觸覺等全方位身臨其境上的感受。所以，將VR技術(shù)應(yīng)用到齊文化遺跡復(fù)原中去，開發(fā)一款齊文化遺跡虛擬仿真平臺能夠更好的將歷史原貌展示給用戶，只要借助頭盔、眼鏡、耳機等虛擬現(xiàn)實設(shè)備，就能夠 “穿越”到當時齊桓稱霸時期，甚至是當時硝煙彌漫的古戰(zhàn)場，活生生呈現(xiàn)在面前。這樣能夠更好地對歷史進行還原。同時，也能夠做為一項旅游熱點項目，帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。

VR在齊文化遺跡復(fù)原中存在的主要問題是VR設(shè)備兼容性問題，目前市場上的主流設(shè)備為HTC Vive、Oculus Rift等，應(yīng)用面較窄，在對接上局限性較大，如前面提到的VR游戲《現(xiàn)實（Realities）》只能夠利用HTC Vive，而Oculus Rift，Realities.io制作團隊正在與該設(shè)備方洽談階段，所以，VR設(shè)備的應(yīng)用普及面現(xiàn)階段較窄。另外，在制作技術(shù)上也受到了一定的限制，現(xiàn)階段制作VR主要采用的軟件為3dmax、maya、CryEngine、unity3d等軟件，部分軟件因剛剛接觸，技術(shù)水平還沒有達到一定的要求，網(wǎng)絡(luò)書籍上的相關(guān)材料較少，大多只是停留在理論層面，所以在制作的過程中，模型精度、渲染貼圖等方面在應(yīng)用中會出現(xiàn)不穩(wěn)定因素。

在處理存在的問題時，主要是通過統(tǒng)一VR設(shè)備，在制作前期掌握相關(guān)VR設(shè)備的功能屬性。同時，進一步提升相關(guān)專業(yè)水平，多到VR技術(shù)較為發(fā)達的地方進行學(xué)習交流，如今年建立的中國（南昌）虛擬現(xiàn)實VR產(chǎn)業(yè)基地中的中國（南昌）虛擬現(xiàn)實教育培訓(xùn)集團，可去進行學(xué)習提升。另外，組建制作團隊，規(guī)劃合理，分工明確，并在制作前期與當?shù)叵嚓P(guān)機關(guān)對接，掌握相關(guān)歷史資料，提前分析整個制作中每個環(huán)節(jié)。