朱 葉

（桂林電子科技大學 藝術與設計學院，廣西 桂林 450305）

引言

博物館展示了國家和地區(qū)的歷史背景、綜合實力和文明程度，是促進文化知識、增加大眾內(nèi)涵的非營利性機構。在新興信息經(jīng)濟和新型數(shù)字技術的多重驅(qū)動下，博物館一直在進行著數(shù)字化的轉型與升級，我國博物館的發(fā)展歷程大致經(jīng)歷了從“傳統(tǒng)博物館——數(shù)字博物館——智慧博物館”的轉變：傳統(tǒng)博物館注重文物本身的展示，展示藏品的手段以實物陳列和圖文展板為主；數(shù)字博物館使用三維建模、虛擬仿真等數(shù)字技術把實體博物館的藏品轉化為數(shù)據(jù)資源，將實體博物館以全景的形式、將展品以三維模型的形式呈現(xiàn)于線上虛擬展館，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)跨時間、跨地域傳播；智慧博物館則是在線下博物館中引入增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術，以社會公眾的服務需求為引領，以實體博物館的核心業(yè)務為主導，促成“物、人、數(shù)據(jù)”三者之間的信息交互模式。其中，增強現(xiàn)實（Augmented Reality，以下簡稱AR）是一種將現(xiàn)實世界情景和數(shù)字虛擬信息無縫集成的技術，它通過利用各種數(shù)字技術將模擬仿真的虛擬信息疊加到真實世界，從而讓人類達到超越現(xiàn)實的感官體驗，在智慧博物館應用場景中潛力巨大。

在個性化的文旅時代，博物館中充滿創(chuàng)意的AR應用更加符合受眾深入體驗、深度探索的文旅需求，AR應用具備創(chuàng)新互動、參與體驗的特性，能夠?qū)Ρ就敛┪镳^進行數(shù)字化應用的重塑與升級。本文以桂林博物館作為研究的核心案例，利用Unity游戲引擎和ARKit技術框架，在移動終端上制作“梅瓶風韻”AR應用，滿足用戶的個性化游覽需求，讓受眾在虛實交融的情境下主動思考、參與互動、寓教于樂。

一、博物館AR應用研究背景

（一）增強現(xiàn)實技術概述

增強現(xiàn)實是將虛擬空間與現(xiàn)實世界整合為一體的技術，能完成現(xiàn)實和虛擬空間的有效互動，虛擬空間的信息可以對現(xiàn)實空間的物體進行反饋和強化，加深用戶對真實空間的理解。Milgram和Kishino提出了一種增強現(xiàn)實的相關理論即“現(xiàn)實——虛擬連續(xù)體”，他們認為增強現(xiàn)實處于現(xiàn)實和虛擬之間。Azuma的研究表明增強現(xiàn)實應該包括三個關鍵部分，即虛實融合、實時交互和注冊跟蹤。過去博物館中的增強現(xiàn)實應用需要依附于計算機與輔助設備，受到設備和空間的限制，游客在游覽過程中無法隨時隨地實現(xiàn)AR導覽、AR實景掃描等互動行為。現(xiàn)如今手持智能設備已具備一定的圖像處理能力和穩(wěn)定的網(wǎng)絡協(xié)作能力，還擁有巨大的用戶基數(shù)，且隨著ARKit、ARCore、SenseAR等軟件工具包的不斷涌現(xiàn)，開發(fā)者可以方便快捷地在移動設備上制作增強現(xiàn)實應用，所以手持智能設備是目前AR應用的主要載體。

（二）AR在博物館應用的典例

在國家文物局給出的博物館等級名錄中，建設有線上數(shù)字博物館的約占百分之六左右，包含3D數(shù)字漫游的約占總數(shù)目的百分之四。博物館作為文化的重要傳播媒介，其展藏方式一直在經(jīng)歷著數(shù)字化的革新，但近幾年線上數(shù)字博物館展陳的弊端初顯，線上數(shù)字博物館所提供信息的真實性、交互性和現(xiàn)場體驗感與實體博物館存在巨大的差異。利用AR技術虛實結合的特性為博物館制作動態(tài)交互的AR應用，打造線上線下聯(lián)動的博物館體系，將是未來智慧博物館發(fā)展的新興趨勢。

國內(nèi)對AR博物館的建設探索剛起步，相關研究還未成體系，只涌現(xiàn)了少數(shù)的博物館AR應用的優(yōu)秀典例。如王涌天等利用AR重建了觀水法、海晏堂等圓明園古建筑；Kenerdine為了保護壁畫不被破壞，利用AR重現(xiàn)了莫高窟景象；新安智慧旅游APP打造了AR形象大使“黛眉”，游客可以在屏幕中看到立體的“黛眉”講解“絲路漢關，山水新安”的景區(qū)特色，這種新奇的互動體驗成功地營造出新安的IP文化形象。用戶掃描陜西歷史博物館的文物卡片會出現(xiàn)對應文物的三維模型，軟件還配有聲音和文字說明，新奇的展示效果和新穎的互動模式讓用戶對文物歷史有很深的印象。

（三）AR在博物館應用的意義

（1）豐富藏品展示形式，深挖文化內(nèi)涵特色，促進博物館數(shù)字化升級。博物館作為文化梳理與文化延續(xù)的重要場所，是文化輸出的重要陣地與有效媒介，但現(xiàn)如今，博物館的發(fā)展不再局限于將割裂的文物進行擺放與堆砌，或延伸線上、打造虛擬展廳，而要根植于本土地域文化，研究地方特色、提煉文化要素，進而利用數(shù)字技術做創(chuàng)意的“杠桿”、去撬動博物館的生命力與生產(chǎn)力，融合文化內(nèi)容與技術形式，讓受眾能充分探索文物動態(tài)信息、解讀厚重的歷史文化，在濃郁的歷史氛圍中領略傳承悠遠的古老文明。

（2）受眾由“被動接受”轉為“雙向互動”，打破單一輸出格局，促進文旅產(chǎn)業(yè)發(fā)展?，F(xiàn)如今博物館成為熱門的文旅目的地，但不論是傳統(tǒng)文物展示還是數(shù)字博物館都幾乎是單向的信息傳遞模式，互動性和趣味性不足。受眾的知識水平與知識結構發(fā)生了變化，對博物館的展陳內(nèi)容、手段效果都隨之有了更高的要求，博物館觀眾渴望參與、需要思考、注重數(shù)字媒體的互動性帶來的體驗感，而不是填鴨式的被動接受知識、單向接受教育。因此，借助增強現(xiàn)實打造特色鮮明、實時交互的博物館AR應用，滿足受眾個性化、差異化的需求，形成雙向互動的虛擬體驗格局變得尤為重要。

二、“梅瓶風韻”桂林博物館AR應用開發(fā)

（一）桂林博物館用戶需求分析

桂林博物館以桂林明代出土梅瓶、桂林歷史文物、廣西少數(shù)民族文物等為館藏特色，是展示桂林對外文化交流的重要窗口。桂林博物館官方采用線上、線下的問卷形式對2019年度游客進行調(diào)研，由官方數(shù)據(jù)可得出游客觀展的基礎資料信息、觀展時的興趣偏好信息與觀展后的意見與建議。

（1）對游客觀展前的基礎信息分析可得，參觀者群體趨向年輕化，對AR這種新興技術接受度會較高。在參觀博物館的客群中，26-45歲的游客占比48.28%，18-25歲的游客占比19.79%，雖然26-45歲游客為主要用戶群，但已婚有孩子的游客占游客總數(shù)的44.32%，他們的參觀目的大多是增強對孩子的歷史文化教育。

（2）對游客觀展中的興趣偏好分析可得，參觀者在觀展時注重對歷史文化知識的探求，喜愛講述桂林歷史和民俗文化的展廳，AR應用應加強對文化知識的講解。首先，38.92%的游客是為了觀察、了解文物而參觀桂林博物館，24.65%的觀眾是為了學習歷史而參觀；其次，在2019年度觀眾留言里排名前十的詞頻條目中，“歷史”出現(xiàn)了162次、“文化”出現(xiàn)了128次，說明游客在桂林博物館中比較傾向獲取有關歷史文化的知識。

（3）綜合了游客觀展后的意見與建議可得，近半數(shù)觀眾認為桂林博物館講解服務不到位，應豐富藏品的展示形式，提升展示的附加價值。36.53%的游客表示不了解有講解員講解服務，24.80%的游客不清楚講解員講解服務的具體時間、講解方式等；且有115名觀眾明確提出需要改善講解員講解服務。

（二） “梅瓶風韻”AR應用設計與開發(fā)

桂林博物館館藏有數(shù)量眾多、品種豐富的梅瓶，大致有十二種器型和三十種紋飾，被贊譽為“梅瓶之鄉(xiāng)，桂林一絕”。館中梅瓶均采用櫥窗放置的展示方式，展品下方僅放有介紹時代和尺寸的展牌，參觀者可以掃描二維碼看相應的文字說明和語音解說，但對不同文物反復掃描與跳轉的過程會讓用戶產(chǎn)生疲憊感，所以針對梅瓶的講解與展示進行“梅瓶風韻”AR應用的設計與開發(fā)。

AR系統(tǒng)的原理是通過對周圍環(huán)境的實時跟蹤實現(xiàn)虛擬物體的配準，通過顯示設備呈現(xiàn)虛實融合的景象，通過實時交互技術實現(xiàn)與虛擬系統(tǒng)的互動。其中，ARKit是蘋果于2017年在WWDC推出的增強現(xiàn)實開發(fā)平臺，已具備許多顯著優(yōu)勢和前沿特性，可以實現(xiàn)2D圖片識別、3D物體追蹤、人臉檢測等功能，所以本文基于ARKit軟件開發(fā)包，使用Unity3D中的ARFondation框架來制作移動增強現(xiàn)實軟件。

通過梅瓶圖像與文字說明等梅瓶資料分析梅瓶紋樣特點，根據(jù)紋樣承載的文化內(nèi)涵設計動態(tài)效果，如以“青花嬰戲圖梅瓶”為例，這件梅瓶的主題圖案描繪了古時兒童嬉戲玩耍的場面，圖中左側的孩童手持小旗、牽馬開道，中間的孩童跨騎木馬、揚鞭追趕，他身后的孩童執(zhí)荷葉作為遮陽傘蓋，右側的孩童手持蓮花作權杖隨行，圖中包含李白《長干行》中的“竹馬”，有“連生貴子”“郎騎竹馬來”等寓意（源自桂林博物館官方釋義），依據(jù)梅瓶紋樣的內(nèi)涵來設計紋樣的動態(tài)效果，并使用Particle System適當加入粒子特效。

首先，將梅瓶圖片在PhotoShop中分離出需要制作動效的紋樣圖層，如小旗、荷葉蓋、蓮花、騎竹馬的孩童等紋樣圖案，存儲為PSB大型圖集格式，導入Unity游戲引擎用于制作2D動畫。其次，在Skinning Editor中，為動態(tài)紋樣創(chuàng)建骨骼并根據(jù)動作關系連接骨骼鏈條，將骨骼之間的權重關系調(diào)整到合適的數(shù)值，生成權重配比的骨骼網(wǎng)絡。最后，使用Animation動畫編輯器對骨骼節(jié)點進行動畫制作，并存儲為預制體，制作過程如圖1所示。

圖1 A為青花嬰戲圖梅瓶，B為紋樣切分圖層，C為骨骼鏈，D為權重網(wǎng)絡，E為骨骼層級，F(xiàn)為Animation動畫幀制作

圖像檢測是通過計算機圖形算法對攝像機中的2D圖像進行識別定位與跟蹤配準的技術，而物體檢測是對真實環(huán)境中的物體進行識別和檢測的技術。在“梅瓶風韻”應用中，2D圖像識別用于對文物卡片中的梅瓶圖片進行識別檢測，3D物體追蹤則是針對真實展館中的梅瓶文物進行識別與跟蹤。

（1）對2D文物卡片進行圖像識別。首先，建立2D梅瓶圖片資源的參考圖像庫，參考圖像庫存儲每個梅瓶的特征值信息，當攝像頭捕捉到文物卡片中圖像信息時，系統(tǒng)會比對參考圖像庫中的圖像特征值，將真實環(huán)境中的圖像信息與預設的參考圖像建立對應關系。其次，在場景中掛載AR Tracked Image Manager組件，置入?yún)⒖紙D像庫及梅瓶圖像所匹配的預制體，每個預制體內(nèi)包含該梅瓶紋樣的動畫信息及音頻講解。

（2）對真實的3D梅瓶文物進行物體追蹤。首先，使用XCode對ios系統(tǒng)提供的3D物體掃描工具進行編譯，將真實文物放在掃描工具的包圍盒內(nèi)，移動手機獲取其完整的3D空間特征信息，制成該梅瓶的.arobject文件。其次，建立梅瓶文物的參考物體庫，用于存儲三維物體的空間特征信息，以供與真實環(huán)境中的文物建立對應關系。最后，掛載AR Tracked Object Manager組件，并用AR Object Anchor設置位置錨點、用于標注虛擬動畫渲染到真實文物上的指定位置，檢測核心代碼與圖像檢測類似。

當游客使用“梅瓶風韻”軟件掃描文物卡片或真實文物時，即可出現(xiàn)對應的梅瓶紋樣的動態(tài)展示及語音講解，免去了游客掃描跳轉的反復且繁瑣的操作，從手機屏幕中即可看到眼前文物的動態(tài)紋樣、聽到對應文物的講解，并能實時控制圖像檢測、文字說明和音頻講解，軟件界面及掃描效果示例如圖2，依次為“梅瓶風韻”應用界面、未啟用圖像檢測的青花仕女撲流螢圖梅瓶、啟用圖像檢測后帶有“流螢”粒子特效的仕女撲流螢動畫以及梅瓶的文字解說。

圖2 “梅瓶風韻”應用界面及圖像追蹤界面

三、結語

國內(nèi)大多數(shù)博物館年接待量在30萬人次及以下，出現(xiàn)了大型博物館“門庭若市”，而絕大部分的中小型博物館“無人問津”的境況，有限的空間展示環(huán)境滿足不了用戶日益增長的文化需求，包括桂林博物館在內(nèi)的中小型博物館亟待借助AR等數(shù)字技術的力量進行轉型升級。本文以桂林博物館為例，通過分析其館藏特色與受眾需求，從文物卡片與實景導覽兩個角度設計了“梅瓶風韻”AR應用，賦予靜態(tài)紋樣以動態(tài)鮮活的生命力，讓游客不再只是“走馬觀花”式地游覽，而是可以利用眼睛快速捕捉動態(tài)的圖案信息，結合語音講解深入理解梅瓶的文化內(nèi)涵，提升了梅瓶展示的信息豐富度。