周雙城

（四川美術(shù)學(xué)院,重慶 401331）

我國擁有世界上豐富并且稀有的古生物化石資源，這些資源具有重要的科研價值、文化價值以及經(jīng)濟(jì)價值。但古生物化石資源并不能將絕滅的古生物資源具象化且直接產(chǎn)生社會價值。因此，根據(jù)古生物化石與相關(guān)資料，利用考古學(xué)結(jié)合藝術(shù)學(xué)對古生物資源進(jìn)行藝術(shù)復(fù)原，依托數(shù)字化平臺，開發(fā)相關(guān)的電影、動畫、游戲，使絕滅的古生物“活起來”，逐漸被大眾所認(rèn)知、認(rèn)可[1]。雖然填補(bǔ)了古生物資源開發(fā)的空缺，但在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的作品還是少之又少。本文以繼承發(fā)展的研究為視角，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為載體平臺，探討虛擬現(xiàn)實(shí)在古生物藝術(shù)復(fù)原中的優(yōu)勢與開發(fā)應(yīng)用，為古生物藝術(shù)復(fù)原探索新的發(fā)展方向，藝術(shù)化架構(gòu)開放世界，仿真古生物所處時期的環(huán)境，拉近古生物與大眾的距離，推動古生物資源可持續(xù)發(fā)展。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國外虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從誕生至今，已逐漸產(chǎn)業(yè)化。20世紀(jì)30年代初虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被用于軍事模擬練習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)從概念和理論的形成，經(jīng)過不斷的探索和發(fā)展，如今應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，迄今為止，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于軍事、教育、醫(yī)學(xué)、設(shè)計(jì)以及影視娛樂領(lǐng)域，憑借自身沉浸式交互體驗(yàn)的優(yōu)勢得到國外諸多大廠企業(yè)的青睞。2014年3月微軟公司斥資1.5億美元收購Oster-hout公司手中81項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利，開始進(jìn)軍 虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域；2015年5月蘋果公司收購了虛擬現(xiàn)實(shí)出初創(chuàng)公司Metaio；2016年也被大眾稱為“VR元年”。此后，諸多優(yōu)秀制作團(tuán)隊(duì)涉足虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，發(fā)布了很多新穎、趣味的作品，全球掀起了一陣VR熱的浪潮，同時也帶動了虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)內(nèi)容及配套服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)作為載體逐漸成為重要的計(jì)算平臺和社交平臺，根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)TrendForce發(fā)布的研究報告，2016年全球虛擬現(xiàn)實(shí)市場規(guī)模將接近67億美元，預(yù)計(jì)2020年虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的投資總額將達(dá)到1 200億美元，未來10年虛擬現(xiàn)實(shí)市場規(guī)模將更為龐大[2]。

1.2 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著人工智能的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人等智能產(chǎn)品層出不窮，不斷地融入人們的生活。伴隨著科技和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的持續(xù)發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)概念也在不斷演進(jìn)。目前國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)水平仍處于初級階段，市場規(guī)模處在較低水平，但虛擬現(xiàn)實(shí)市場規(guī)模在不斷擴(kuò)大，市場份額也迅速增長。從虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用層面來劃分，可以分為企業(yè)級和消費(fèi)級。企業(yè)級消費(fèi)主要針對軍事、教育以及航天等方向；消費(fèi)級消費(fèi)面向大眾，主要涉及領(lǐng)域?yàn)樵O(shè)計(jì)、影視娛樂、旅游等。伴隨虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的持續(xù)發(fā)展，我國政府也出臺了相應(yīng)的政策，推動發(fā)展各地產(chǎn)業(yè)特色與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，例如各地特色虛擬現(xiàn)實(shí)旅游，不僅起到宣傳地方特色的作用，還拉動了地方相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院調(diào)查整理的報告來看，我國消費(fèi)者規(guī)模從2015年的52萬人增長至2017年的499.9萬人，三年間增長了447.9萬人，預(yù)計(jì)2020年消費(fèi)者規(guī)模增長至2 006.9萬人。從中可以看出，國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)，不管是產(chǎn)業(yè)還是用戶都處于爆炸式增長，虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容數(shù)量更多，需求更加豐富。隨著硬件設(shè)備的迭代和虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，內(nèi)容制作是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的核心環(huán)節(jié)，線上各大視頻平臺推出付費(fèi)VR視頻，線下衍生出VR體驗(yàn)館，或者線上線下相結(jié)合模式的出現(xiàn)，都進(jìn)一步說明VR產(chǎn)業(yè)越來越受到資本市場的青睞和大眾的喜愛。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古生物藝術(shù)復(fù)原上的應(yīng)用

2.1 古生物數(shù)字化復(fù)原與虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的發(fā)展

古生物數(shù)字復(fù)原具有科研價值、科普價值以及經(jīng)濟(jì)價值。根據(jù)考古發(fā)掘出的古生物遺體、遺物或者遺跡相關(guān)資料，古生物數(shù)字化復(fù)原指借助3D數(shù)字藝術(shù)綜合古生物學(xué)、解剖學(xué)和地質(zhì)學(xué)，通過藝術(shù)處理與加工，呈現(xiàn)多樣化數(shù)字藝術(shù)復(fù)原[3]。古生物數(shù)字化復(fù)原解決了考古挖掘化石不容易保存，研究辨認(rèn)困難以及后續(xù)開發(fā)方向的問題，在遵循動物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上開發(fā)建模古生物藝術(shù)形象。其具體工序?yàn)椋簠⒖棘F(xiàn)代動物皮毛組織，繪制古生物貼圖；根據(jù)動物解剖學(xué)知識，建立動物骨骼關(guān)節(jié)以及肌肉組織結(jié)構(gòu)；最后通過三維數(shù)字化平臺將湮滅的古生物活靈活現(xiàn)的展示在世人眼前。目前，古生物數(shù)字化復(fù)原主要被應(yīng)用在古生物電影、動畫、游戲、古生物相關(guān)博物展出、3D數(shù)字打印、全景視頻以及虛擬現(xiàn)實(shí)等。古生物藝術(shù)資源不管在哪個領(lǐng)域，都可以使自身在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈中形成具有十分廣闊的開發(fā)前景和經(jīng)濟(jì)價值，合理的開發(fā)可使資源價值轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)價值，與相關(guān)產(chǎn)業(yè)融合推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使古生物數(shù)字資源具有強(qiáng)有力的社會價值與潛力。虛擬現(xiàn)實(shí)作為近幾年剛剛興起的技術(shù)同樣是借助三維數(shù)字化平臺，有別于其他呈現(xiàn)方式，虛擬現(xiàn)實(shí)則是將藝術(shù)復(fù)原的古生物模型導(dǎo)入游戲引擎之中，通過編譯制作完成古生物世界的構(gòu)建，體驗(yàn)者佩戴虛擬頭盔和手持傳感交互手柄進(jìn)入引擎所架構(gòu)的古生物世界，仿佛置身于遠(yuǎn)古時代。目前與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的作品層出不窮，但以古生物題材為內(nèi)容的作品屈指可數(shù)，因此古生物資源在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的應(yīng)用仍有很大的潛力。

2.2 古生物藝術(shù)復(fù)原作品應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)復(fù)原古生物可以把方向分為兩大類。第一類是以HTC Vive設(shè)備為媒介的虛擬現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)，這種虛擬現(xiàn)實(shí)是體驗(yàn)者借助虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和傳感交互手柄，通過和PC端的連接定位，讓體驗(yàn)者與藝術(shù)制作家所架構(gòu)的虛擬世界進(jìn)行互動。其優(yōu)勢在于，沉浸式互動體驗(yàn)感更強(qiáng)，同時可在虛擬世界中脫離束縛自由移動觀看，也可獲得更高清分辨率的視覺體驗(yàn)。劣勢在于硬件方面，依然未擺脫頭定位束縛，需要與高配置電腦連接才能獲得良好的沉浸互動感，且設(shè)備昂貴。第二類是通過傳統(tǒng)三維軟件模型動畫渲染360度全景序列幀來體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)，這種方式是通過全景序列幀球形包裹渲染攝像機(jī)（體驗(yàn)者視角）進(jìn)行播放，讓體驗(yàn)者能夠360度全方位觀察動畫，這一類被稱為全景視頻，優(yōu)勢在于不受虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備束縛，也不需要和PC端實(shí)時交互，只需利用手機(jī)插入谷歌VR盒子，借助手機(jī)內(nèi)置重力感應(yīng)就可以實(shí)現(xiàn)360度VR體驗(yàn)，可以在任何地方體驗(yàn)觀感，不需要PC端鏈接和定位。劣勢在于沉浸式體驗(yàn)稍差，受制于手機(jī)分辨率，不能獲得高分辨率與高刷新率帶來的良好視覺體驗(yàn)，時間長了容易造成3D眩暈感，最重要的一點(diǎn)是僅作為視覺觀賞，無法體驗(yàn)互動性。國外VR紀(jì)錄片《First Life》由“自然紀(jì)錄片之父”大衛(wèi)·阿滕伯勒（David Attenborough）制作并且解說，于2015年6月在倫敦自然歷史博物館首映，此片還原了5億年前寒武紀(jì)時代的海底世界。在此作品中觀眾可以自己探索體驗(yàn)遠(yuǎn)古時期海底世界，并且近距離觀看到已經(jīng)滅絕的歐巴賓海蝎。阿滕伯勒說：“VR是一種美妙的體驗(yàn)，不同于電影人的藝術(shù)是用影像來講故事，在這里它的創(chuàng)造和敘事是沒有限制的?！痹撟髌芬唤?jīng)播放就吸引了大量觀眾體驗(yàn)，并且得到國外媒體的一致好評。國內(nèi)同樣也有古生物VR作品，如澄江古生物VR電影《狂蟲日記》的問世。云南澄江地區(qū)擁有地球上迄今為止發(fā)現(xiàn)的分布最集中、種類最豐富的寒武紀(jì)珍稀動物。據(jù)影片導(dǎo)演黃奮越介紹，VR電影是通過借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及傳感器技術(shù)模擬生成三維環(huán)境場景，創(chuàng)造出一種嶄新的人機(jī)交互方式，模擬人的各種感覺器官功能，這包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等，使人能夠在虛擬環(huán)境之中沉浸式觀影，全方位自由體驗(yàn)虛擬環(huán)境場景。影片將通過對撫仙湖蟲、奇蝦、怪誕蟲一系列古生物的擬人化、個性化以及高辨識度的設(shè)計(jì)，打造澄江獨(dú)有的文化IP。由此可見，國內(nèi)國外VR制作人員都在致力于塑造與推廣古生物考古資源，打造兼具科研、科普、娛樂的古生物IP，致力“活化”古生物化石資源，還原遠(yuǎn)古生物環(huán)境，用數(shù)字化科學(xué)技術(shù)再造考古化石資源。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)復(fù)原古生物世界的途徑

3.1 淺談古生物藝術(shù)復(fù)原在虛擬現(xiàn)實(shí)平臺的制作——以關(guān)嶺古生物VR為例

筆者有幸參與四川美術(shù)學(xué)院VR作品《神秘關(guān)嶺VR體驗(yàn)空間》的制作（見圖1），這次制作是借助第一類HTC Vive平臺來呈現(xiàn)湮滅的關(guān)嶺古生物水下世界。選擇擁有良好畫面效果的虛幻4游戲引擎作為VR載體。首先，根據(jù)關(guān)嶺古生物藝術(shù)復(fù)原圖和關(guān)嶺地區(qū)相關(guān)資料進(jìn)行動物模型和場景模型的制作，在三維軟件Maya中制作出低模并且分好uv后導(dǎo)入三維雕刻軟件Zbrush中進(jìn)行制作模型細(xì)節(jié)，得到高質(zhì)量的古生物模型后在Zbrush中烘焙出置換貼圖（displace map）與法線貼圖（normal map），通過三維貼圖繪制軟件Substance Painter進(jìn)行古生物貼圖繪制，最終得到顏色貼圖（diffuse map），將其在PS中繪制灰度圖，處理成粗糙貼圖（roughness map）和高光貼圖（specular map）以控制模型的粗糙度和產(chǎn)生高光的部位，使用Maya對模型進(jìn)行骨骼綁定、控制器制作和權(quán)重繪制，得到可控的移動模型，k幀調(diào)整動畫前期工作基本完成[4]，在電影、動畫、3D博物打印中均可相互使用，這時可將前期做好的古生物模型導(dǎo)入虛幻4引擎之中。與其他三維軟件不同的是，導(dǎo)入虛幻引擎中的動畫最好是動物原地動畫，這樣方便在引擎中設(shè)置控制路線，從三維動畫軟件Maya中導(dǎo)出fbx文件，這種格式文件包含模型、骨骼系統(tǒng)以及動作文件，這些都是導(dǎo)入虛幻4引擎必不可少的要素，之后在虛幻4引擎中開始進(jìn)行場景搭建。這次制作借鑒魔幻現(xiàn)實(shí)主義風(fēng)格，搭建出失落遺跡的感覺，然后繪制地形山脈，擺放殘?jiān)珨啾?，讓關(guān)嶺古生物在這樣一個水下遺跡中漫游，使人在游玩的時候可以無限遐想。在場景搭建完畢后調(diào)整燈光材質(zhì)效果、編譯程序藍(lán)圖語言，利用Sequence定序器來設(shè)置古生物的運(yùn)動路線以及行為動畫，最終架構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)端口連接HTC Vive設(shè)備方可制作完成。

圖1 《神秘關(guān)嶺VR體驗(yàn)空間》（圖片來自網(wǎng)絡(luò)截圖）

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)建構(gòu)古生物開放世界

以往的VR作品受硬件機(jī)能的限制，通常把作品場景設(shè)置為小空間，例如室內(nèi)或者室外固定場景，采用線性敘事的故事結(jié)構(gòu)一步一步地引導(dǎo)沉浸式體驗(yàn)，例如比較知名的VR電影《The Blue》。該片展示了身臨其境的深海海底，體驗(yàn)者站在一個廢棄破碎的船頭甲板上，大量色彩斑斕的魚群和晶瑩剔透發(fā)著光芒的水母從面前游過，令人最為震撼的莫過于大型鯨魚從體驗(yàn)者面前緩慢游過，甚至可以看到鯨魚身體上的細(xì)節(jié)，游人無不贊嘆這種藝術(shù)形式。但遺憾的是體驗(yàn)過程很短暫，只能在規(guī)定的甲板上觀看。隨著VR技術(shù)的快速發(fā)展，VR設(shè)備將實(shí)現(xiàn)更多模型和場景的實(shí)時渲染，使體驗(yàn)者能夠自主探索和發(fā)現(xiàn)，提高體驗(yàn)趣味性的同時延長了體驗(yàn)時間。虛擬現(xiàn)實(shí)作品依托游戲引擎，本質(zhì)上還是游戲，世界著名游戲大廠育碧作品大多都是以開放世界為基礎(chǔ)，例如其旗下作品《刺客信條》系列、《孤島驚魂》系列等都是世界佳作。《刺客信條》游戲中還原了16世紀(jì)法國大革命時期，玩家可以體驗(yàn)到大革命時期人民運(yùn)動如火如荼的景象，同時還可以游覽一比一還原的巴黎圣母院等。不受線性敘事約束的自由探索邊界是目前的主流，因此，本文提出制作機(jī)制藍(lán)圖設(shè)置：（1）提取古生物地區(qū)環(huán)境與地理等科研信息建構(gòu)遠(yuǎn)古景觀，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用藝術(shù)學(xué)理論還原與再造遠(yuǎn)古開放世界奇觀；（2）類比古生物現(xiàn)代動物科目行為建立古生物活動AI，例如判斷捕食和動物互動；（3）加入動態(tài)天氣系統(tǒng)與晝夜更替機(jī)制，力求還原遠(yuǎn)古真實(shí)場景的變化；（4）通過加入多人社交，豐富互動娛樂性，在進(jìn)行手柄等傳感器與古生物實(shí)時互動時，顯示古生物相關(guān)科目信息，助推古生物科普工作。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)介入下的古生物藝術(shù)復(fù)原開發(fā)，是一次藝術(shù)與科學(xué)的碰撞，虛擬現(xiàn)實(shí)作為新興的數(shù)字化平臺，為古生物藝術(shù)復(fù)原相關(guān)開發(fā)帶來無限的可能。虛擬現(xiàn)實(shí)以其專屬的沉浸體驗(yàn)和交互體驗(yàn)受到大眾的青睞，不其僅帶動文化IP的發(fā)展，同時形成生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展并產(chǎn)生文化影響力，為古生物藝術(shù)復(fù)原途徑提供了方向。雖然目前古生物類作品偏少，但高校、社會已經(jīng)意識到古生物資源發(fā)展的潛力，將助推虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用古生物藝術(shù)復(fù)原進(jìn)入新發(fā)展階段，讓更多人了解古生物、認(rèn)識古生物、喜愛古生物。