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        基于VR技術(shù)的甘肅歷史文化遺址數(shù)字化保護(hù)研究

        2022-11-17 04:01:21許朝森巴鈞才
        無線互聯(lián)科技 2022年14期
        關(guān)鍵詞:動畫利用歷史

        許朝森,巴鈞才

        (蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué),甘肅 蘭州 730070)

        0 引言

        歷史文化遺址是社會長期發(fā)展而形成的重要物質(zhì),代表著民族風(fēng)貌、精神以及地方風(fēng)土人情。我國十分重視文化遺產(chǎn)的保護(hù)工作,而甘肅省具有較多的歷史文化遺址,需要充分發(fā)揮VR技術(shù)在歷史文化遺址保護(hù)中的作用。本文將以魯土司衙門舊址為例分析VR技術(shù)在甘肅歷史文化遺址保護(hù)中的應(yīng)用。

        1 VR技術(shù)與歷史文化遺址分析

        1.1 VR技術(shù)分析

        虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),應(yīng)用VR技術(shù)可以構(gòu)建虛擬世界,即利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建三維動態(tài)視景,并讓用戶體驗(yàn)[1]。VR技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛,如地產(chǎn)漫游、虛擬樣板間、多專業(yè)協(xié)調(diào)、網(wǎng)上看房、場館仿真等都應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。但是,VR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中也出現(xiàn)了一些問題。(1)設(shè)備使用不便、攜帶不便等問題十分突出,且硬件的處理速度相對較慢。(2)軟件的可用性較差。在硬件的影響下,應(yīng)用VR技術(shù)的成本較高且效果不佳,相關(guān)的理論與算法不夠成熟,三維建模技術(shù)也存在一定問題。(3)應(yīng)用領(lǐng)域有限。在諸多因素的影響下,VR技術(shù)沒有被廣泛應(yīng)用在教育領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域。(4)效果不佳。虛擬現(xiàn)實(shí)感知缺乏對觸覺與聽覺的關(guān)注,導(dǎo)致整體效果缺乏真實(shí)性。同時(shí),VR技術(shù)與人的交互不足,在人工智能以及語音識別等方面的效果不佳。

        1.2 歷史文化遺址分析

        歷史文化遺址指的是古人建造的建筑現(xiàn)在成了建筑廢墟,常見的歷史文化遺址包括村落、宮殿、都城、民居、寺廟以及作坊等[2]。在自然與人為等因素的影響下,大多數(shù)文化遺址都被埋藏在地下,部分文化遺址殘存在地面上,也有部分文化遺址已淪為廢墟。當(dāng)前,我國較為著名的歷史文化遺址主要包括古墓地、古城堡以及石窯寺。

        2 甘肅歷史文化遺址保護(hù)現(xiàn)狀

        經(jīng)過長期發(fā)展,甘肅省積累了大量優(yōu)秀的歷史文化,其中民俗風(fēng)情有阿克塞風(fēng)俗、肅北蒙古族風(fēng)情、敦煌莫高窟民俗、肅南裕固族風(fēng)情;歷史文化有大地灣文化、伏羲文化等;歷史文化遺址有玉門關(guān)、古陽關(guān)、公劉廟、窯洞民居以及魯土司衙門等[3]。

        其中,魯土司衙門位于甘肅省蘭州市永登縣,是目前甘肅省眾多土司建筑當(dāng)中保存較為完整的宮殿式建筑群,主要是由魯土司衙門、土司花園以及妙因寺等部分共同構(gòu)成。魯土司衙門坐北朝南、附近自然環(huán)境十分優(yōu)美,主體建筑布局呈現(xiàn)出了對稱的特點(diǎn)。魯土司衙門的東西兩側(cè)是寢宮、倉院、小教場等建筑,也包括儀門等建筑。整體而言,魯土司衙門具有濃厚的民族風(fēng)格。近年來,文物保護(hù)單位逐漸將感恩寺、顯教寺、海德寺以及雷壇并入到魯土司衙門舊址中。同時(shí),魯土司衙門中儲存了大量的佛教典籍,例如大藏經(jīng)等,具有重要意義。

        甘肅省在歷史文化遺址保護(hù)中獲得了一定的成績,但是從實(shí)際情況來看,甘肅省的底子較為薄弱,存在缺乏資金、缺乏人才等問題。

        (1)缺乏資金。甘肅省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較低,進(jìn)行歷史文化遺址保護(hù)的經(jīng)費(fèi)主要來自國家財(cái)政支持。但是,國家財(cái)政支持有限,且更注重對國保單位的保護(hù),對省保單位、市保單位以及縣保單位等級別的歷史文化遺址的支持力度不足,且仍然按照財(cái)政分級負(fù)擔(dān)的原則劃撥經(jīng)費(fèi)。但是,多數(shù)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平較低,導(dǎo)致文物單位存在較大的資金缺口,無法在歷史文化遺址的保護(hù)中投入更多的資金。

        (2)缺乏人才。相比于經(jīng)費(fèi)不足,甘肅省人才不足這一問題更加突出。當(dāng)前,甘肅省從事文物工作的人員有3 000人左右,但專業(yè)的技術(shù)人員只有五六百人。歷史文化遺址的保護(hù)具有較強(qiáng)的專業(yè)性,對專業(yè)人員的需求量較大。但是,甘肅省的專業(yè)人員較為匱乏,且現(xiàn)有專業(yè)人員分布不均衡,大多數(shù)專業(yè)人員都在比較大的文博單位中?;鶎硬块T十分缺乏專業(yè)人員,加大了歷史文化遺址的保護(hù)難度。且部分地區(qū)的基層文物保護(hù)機(jī)構(gòu)與文博單位都位于偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村,很難吸引到專業(yè)人才。

        (3)技術(shù)水平較低。信息技術(shù)在人們的生活與生產(chǎn)活動中占據(jù)著重要地位。同樣,信息技術(shù)在歷史文化遺址保護(hù)與利用中也發(fā)揮著重要作用,但是甘肅省文物保護(hù)單位的技術(shù)水平較低,技術(shù)應(yīng)用水平也較低,無法充分發(fā)揮信息技術(shù)在歷史文化遺址保護(hù)中的作用。首先,在經(jīng)費(fèi)缺乏的情況下,甘肅省無法為歷史文化遺址的保護(hù)提供更多的資金,也無法完善信息設(shè)備與相關(guān)設(shè)施。例如,若想應(yīng)用VR技術(shù)便需要完善計(jì)算機(jī)等設(shè)備,但是甘肅省無法購置大量的設(shè)施。因此,VR技術(shù)在歷史文化遺址中的應(yīng)用較少。其次,信息技術(shù)應(yīng)用水平較低。甘肅省缺乏專業(yè)人才,現(xiàn)有的工作人員對信息技術(shù)尤其是VR技術(shù)等高科技了解較少,不知道如何在歷史文化遺址中應(yīng)用VR技術(shù)。

        3 VR技術(shù)在甘肅歷史文化遺址保護(hù)中的應(yīng)用

        3.1 VR技術(shù)在歷史文化遺址中的應(yīng)用方法

        歷史文化遺址具有不可再生性,若不加強(qiáng)保護(hù)可能無法恢復(fù)其原貌。同時(shí),當(dāng)前歷史文化遺址保護(hù)技術(shù)有限,可能會導(dǎo)致歷史文化遺址因受到人為與自然等因素的影響而消亡。歷史文化遺址的參觀人數(shù)較多,可能會對文化遺址造成破壞。而利用VR技術(shù)可以增加歷史文化遺址的展示頻率,也可以進(jìn)行歷史文化遺址的數(shù)字化保存。

        (1)利用VR技術(shù)增加歷史文化遺址的展示頻率。大多數(shù)人距離甘肅省較遠(yuǎn),在交通、時(shí)間以及資金等因素的限制下,人們無法實(shí)地參觀歷史文化遺址,且部分歷史文化遺址需要高度保護(hù),若參觀人數(shù)過多會對遺址造成破壞。為此,文物保護(hù)單位可以通過VR技術(shù)展示歷史文化遺址,讓人們隨時(shí)隨地參觀遺址、了解遺址,讓人們感受到歷史文化遺址當(dāng)中的歷史文化價(jià)值。當(dāng)前,應(yīng)用在歷史文化遺址保護(hù)中的VR技術(shù)有三維全景、Web 3D商業(yè)軟件、編程方法以及VRML/X3D語言等,其中Web 3D商業(yè)軟件有3DML以及Viewpoint,而編程方法包括Java 3D等[4]。參觀者可以通過這些VR技術(shù)全方位地欣賞歷史文化遺址,有利于滿足人們的參觀需求。

        (2)利用VR技術(shù)進(jìn)行歷史文化遺址的數(shù)字化保存。當(dāng)前,部分地區(qū)的歷史文化遺址保護(hù)工作出現(xiàn)了問題,其中部分歷史文化遺址受到了破壞,為此文物保護(hù)單位需要利用VR技術(shù)進(jìn)行歷史文化遺址的數(shù)字化保存。VR技術(shù)包括數(shù)字建模技術(shù)與三維掃描技術(shù),利用這些技術(shù)可以對歷史文化遺址進(jìn)行數(shù)字化處理與數(shù)字化保存。例如,對于魯土司衙門舊址等體積較大的歷史文化遺址,可以利用VR技術(shù)進(jìn)行遺址的數(shù)據(jù)采集。利用VR技術(shù)獲取的數(shù)字化信息可以永久保存,之后可以通過全息投影、3D打印等方式展現(xiàn)歷史文化遺址。工作人員可以利用VR技術(shù)對魯土司衙門舊址當(dāng)中的佛教藏經(jīng)等文化遺產(chǎn)進(jìn)行保存,構(gòu)建電子檔案,并利用無人機(jī)拍攝、激光掃描等方式收集魯土司衙門舊址的模型,增強(qiáng)三維場景的真實(shí)性。

        3.2 利用VR技術(shù)進(jìn)行歷史文化遺址保護(hù)的流程

        (1)獲取數(shù)據(jù)。為了利用VR技術(shù)真實(shí)展現(xiàn)歷史文化遺址,工作人員需要利用不同的測量手段獲取高精度的遺址三維信息。常用的測量技術(shù)有人工測量、攝影測量、儀器測量以及激光雷達(dá)測量等,其中人工測量的關(guān)鍵在于測量遺址簡單的幾何特征;攝影測量可以獲取遺址的規(guī)則幾何特征以及詳細(xì)的三維信息;儀器測量可以進(jìn)行大型場景的測量;激光雷達(dá)測量可以獲取非規(guī)則表面的三維信息。只有將不同的測量技術(shù)結(jié)合起來,才能夠獲取更準(zhǔn)確的遺址三維信息,為VR技術(shù)的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

        (2)構(gòu)建三維虛擬環(huán)境模型。在獲取歷史文化遺址的三維信息之后,工作人員需要根據(jù)三維信息構(gòu)建三維模型,從而為歷史文化遺址的數(shù)字化展現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。工作人員可以利用較為成熟的建模軟件進(jìn)行建模,確保建模精度符合實(shí)際需求。但是,即使應(yīng)用成熟的建模軟件也需要大量的手工操作,降低了建模的效率,也提高了建模的成本,因此,需要加大對自動化建模方法的研究力度。

        (3)應(yīng)用實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)。工作人員可以利用實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)展現(xiàn)構(gòu)建好的目標(biāo)模型與三維場景,從而創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境。在應(yīng)用實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)時(shí),工作人員需要保證圖形的實(shí)時(shí)繪制幀率在15 fps甚至30 fps之上[5]。同時(shí),工作人員應(yīng)在保證圖形質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高圖形繪制頻率。

        (4)應(yīng)用立體顯示與傳感器技術(shù)。只是通過屏幕展現(xiàn)歷史文化遺址并不滿足考古學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域的研究需求,因此,需要利用立體顯示技術(shù)與傳感器技術(shù)增強(qiáng)場景的立體性與真實(shí)性。例如,技術(shù)人員可以在傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上積極研發(fā)數(shù)據(jù)手套、3D眼鏡等專業(yè)設(shè)施,讓研究人員利用專業(yè)設(shè)施研究歷史文化遺址。其次,利用大型的立體顯示設(shè)備為參觀者提供虛擬演示的場景,緩解歷史文化遺址參觀人數(shù)過多的現(xiàn)狀。

        (5)豐富應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具。若想應(yīng)用VR技術(shù)就需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)合適的場合、明確對象,因此,應(yīng)當(dāng)利用平臺開發(fā)技術(shù)與分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)。其次,VR技術(shù)當(dāng)中包括很多核心技術(shù),例如實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、廣角立體顯示技術(shù)等。其中,實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)可以準(zhǔn)確反饋物體的圖像,不會受到光照等條件的影響;廣角立體顯示技術(shù)指的是參觀者戴上特制眼鏡后可以同時(shí)看到奇數(shù)幀圖像與偶數(shù)幀圖像,就會產(chǎn)生立體感;立體聲音播放技術(shù)可以讓參觀者更快速地判斷聲源的方向;觸覺與力覺反饋技術(shù)讓參觀者戴上內(nèi)層裝有振動觸點(diǎn)的手套感受文化遺址;語音輸入輸出技術(shù)通過人的自然預(yù)算輸入信息并輸出信息。

        4 VR技術(shù)在歷史文化遺址中的具體應(yīng)用

        魯土司衙門舊址是甘肅省保存較為完整的宮殿式建筑群,展現(xiàn)了甘肅省的發(fā)展情況,因此,可以利用VR技術(shù)加大保護(hù)力度,如利用VR技術(shù)進(jìn)行魯土司衙門舊址的虛擬現(xiàn)實(shí)動畫規(guī)劃。虛擬現(xiàn)實(shí)動畫系統(tǒng)具有仿真性、交互性等特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)動畫的設(shè)計(jì)融合了諸多學(xué)科的內(nèi)容,需要利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算、模型構(gòu)建、材質(zhì)處理等手段構(gòu)建三維立體環(huán)境,并將三維影像投射到虛擬交互平臺上,創(chuàng)設(shè)身臨其境的環(huán)境,可以讓參觀者融入到虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,具有較強(qiáng)的仿真性。例如,在進(jìn)行魯土司衙門舊址虛擬交互動畫的設(shè)計(jì)時(shí),技術(shù)人員便利用三維技術(shù)手段設(shè)置了高度仿真的場景,使參觀者可以直接利用3D眼鏡游覽魯土司衙門舊址。虛擬現(xiàn)實(shí)動畫可以通過圖像、圖形滿足參觀者的需求,與參觀者進(jìn)行互動,具有一定的交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)動畫調(diào)動了參觀者的積極性,使參觀者沉浸其中,具有較強(qiáng)的沉浸性。虛擬現(xiàn)實(shí)動畫的設(shè)計(jì)應(yīng)用了實(shí)用主義美學(xué)理論,具有較強(qiáng)的審美性。

        虛擬現(xiàn)實(shí)動畫設(shè)計(jì)平臺的構(gòu)成包括三維仿真建模平臺、虛擬現(xiàn)實(shí)交互平臺等子系統(tǒng)。在進(jìn)行魯土司衙門舊址虛擬現(xiàn)實(shí)動畫的整體規(guī)劃時(shí),需要綜合分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對象、軟硬件需求、設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)流程。(1)設(shè)計(jì)對象。魯土司衙門舊址的民族風(fēng)格較為明顯,是由祖先堂、大堂等諸多建筑共同構(gòu)成的,需要根據(jù)魯土司衙門舊址的實(shí)際情況構(gòu)建三維虛擬動畫系統(tǒng),創(chuàng)設(shè)虛擬空間。(2)軟硬件需求。硬件包括尼康相機(jī)、索尼動畫演示投影機(jī)等,軟件包括3ds Max,Unity3d等。(3)設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)魯土司衙門舊址虛擬交互動畫可以仿真再現(xiàn)歷史文化遺址并保護(hù)遺址;實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的動態(tài)體驗(yàn);加強(qiáng)資源整合;加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)[6]。(4)設(shè)計(jì)流程。在設(shè)計(jì)過程中,技術(shù)人員需采集信息,構(gòu)建模型,做好動畫特效設(shè)置工作,實(shí)現(xiàn)3ds Max平臺與Unity3d平臺的銜接。

        5 結(jié)語

        VR技術(shù)在歷史文化遺址的保護(hù)中發(fā)揮著重要作用,文化遺產(chǎn)保護(hù)部門應(yīng)提高對VR技術(shù)的重視程度并通過有效措施靈活應(yīng)用VR技術(shù),通過虛擬互動等方式展現(xiàn)歷史文化遺址,增進(jìn)人們對文化遺址的了解與認(rèn)同,讓更多的人主動參與文化遺址的保護(hù),促進(jìn)傳統(tǒng)文化的發(fā)展。

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