一、引言

近年來(lái)，信息化、數(shù)字化已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的主要方向之一。在這一趨勢(shì)下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用，對(duì)社會(huì)創(chuàng)造的價(jià)值也越來(lái)越突出。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以帶給人們交互式、沉浸式的感受。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于博物館，能夠突破時(shí)間、空間、場(chǎng)地等因素的限制，人們通過(guò)登錄數(shù)字博物館，置身于虛擬的三維場(chǎng)景中，在虛擬的世界中獲得沉浸式的體驗(yàn)。

二、數(shù)字化博物館與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

（一）數(shù)字化博物館

博物館是重要的公共文化場(chǎng)所，其主要功能是對(duì)館內(nèi)藏品的歷史、藝術(shù)、科技、文化等方面展開(kāi)研究，對(duì)館內(nèi)藏品進(jìn)行有效的保護(hù)，并將藏品及其代表的豐富文化對(duì)外展示，承擔(dān)著傳播技術(shù)知識(shí)、傳承優(yōu)秀歷史文化的重任。[1]博物館還具有旅游開(kāi)發(fā)功能，將研究藏品所蘊(yùn)藏的歷史、藝術(shù)、科技、文化價(jià)值進(jìn)行深度挖掘，開(kāi)發(fā)出深層次、高品質(zhì)的文化旅游項(xiàng)目。數(shù)字化博物館則是通過(guò)信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)將博物館實(shí)體搬到網(wǎng)上，參觀者登錄相應(yīng)的網(wǎng)站即可欣賞到珍貴的藏品，了解藏品背后的歷史文化信息。博物館藏品在展示過(guò)程中難免會(huì)受到外界環(huán)境因素的影響，而通過(guò)數(shù)字化博物館展示平臺(tái)，參觀者既能夠近距離接觸藏品，也更有利于藏品的妥善保管。針對(duì)數(shù)字化博物館的研究與探索在20世紀(jì)末就已經(jīng)開(kāi)始了，“超越時(shí)空的紫禁城”正是故宮博物院與IBM深度合作創(chuàng)建的我國(guó)首個(gè)虛擬體驗(yàn)型博物館，博物館數(shù)字化建設(shè)已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的主流方向。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（virtual reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR）早在20世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了，人們利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)制造出一個(gè)讓人感覺(jué)很真實(shí)的虛擬世界。[2]從廣義上看，VR就是利用數(shù)字化技術(shù)制造出一個(gè)與現(xiàn)實(shí)生活相同感受的世界。從狹義的角度分析VR技術(shù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、三維立體成像技術(shù)等，通過(guò)傳感設(shè)備、立體成像設(shè)備等模擬真實(shí)的世界，人們通過(guò)佩戴專(zhuān)業(yè)設(shè)備在虛擬環(huán)境下可以獲得與真實(shí)世界相同的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等方面的感受，使用者還能從中獲得交互式體驗(yàn)。目前VR技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，比如醫(yī)療、航空航天、軍事、工業(yè)等尖端科技領(lǐng)域，同時(shí)還進(jìn)入到人們的生活當(dāng)中，比如影視娛樂(lè)、教育、設(shè)計(jì)等行業(yè)，VR技術(shù)已逐步發(fā)展成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。[3]

三、數(shù)字化博物館的功能特性

VR技術(shù)的應(yīng)用賦予了數(shù)字化博物館更多元、更新穎的功能，將博物館、文化和游客更好地聯(lián)系起來(lái)，為游客參觀和學(xué)習(xí)研究提供了更加便捷的途徑。[4]

（一）開(kāi)放性

實(shí)體博物館存在一定局限性，一方面博物館內(nèi)藏品特別是珍貴文物，不宜遠(yuǎn)距離搬運(yùn)和轉(zhuǎn)移，只能選擇就近或就地建立實(shí)體博物館對(duì)文物進(jìn)行保護(hù)和存放。另一方面，實(shí)體博物館內(nèi)展廳空間有限，尤其是一些珍貴文物，考慮到文物的安全性，還需要限定每次參觀人員的數(shù)量。而數(shù)字化博物館則打破了這種空間上的限制，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將實(shí)體文物進(jìn)行數(shù)字化處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字化平臺(tái)對(duì)外展示，人們可以隨時(shí)隨地瀏覽館藏文物，數(shù)字化博物館的開(kāi)放性為博物館文物展示提供了便利，增添了新的活力。

（二）交互性

博物館數(shù)字化平臺(tái)改變了傳統(tǒng)博物館的展示方式，通過(guò)交互性設(shè)計(jì)提升參觀者在博物館空間中的感受。博物館中的交互設(shè)計(jì)大致包含四個(gè)方面，一是利用傳統(tǒng)的硬件設(shè)備（比如鼠標(biāo)、手柄、鍵盤(pán)等）點(diǎn)擊操作界面中相應(yīng)的區(qū)域達(dá)到交互的目的；二是利用現(xiàn)代智能終端設(shè)備達(dá)到視覺(jué)上的觸控交互，參觀者通過(guò)作出相應(yīng)的手勢(shì)（比如點(diǎn)擊、滑動(dòng)、放大、縮放、旋轉(zhuǎn)等），利用屏幕為媒介進(jìn)行展示；三是利用聲、光、電營(yíng)造一種特殊的氛圍，提升參觀者聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)上的感官效果；四是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升參觀者的參與度與互動(dòng)性，這也是現(xiàn)階段博物館數(shù)字化建設(shè)的主要方向，比如借助體感技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取場(chǎng)景中的圖像信息，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取關(guān)鍵部位，交互系統(tǒng)可以將用戶做出的動(dòng)作進(jìn)行解析后轉(zhuǎn)換為操作指令，完成精準(zhǔn)人機(jī)交互。

（三）沉浸性

沉浸性的含義是參觀者仿佛進(jìn)入了一個(gè)真實(shí)的世界，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的感知系統(tǒng)獲取虛擬世界中的觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感知等，達(dá)到實(shí)時(shí)交互的目的，這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用的基本特征。博物館沉浸式設(shè)計(jì)是為了讓參觀者在瀏覽過(guò)程中解讀歷史、觀賞文物，將傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代生活聯(lián)系起來(lái)，滿足現(xiàn)代人們對(duì)旅游和文化的新需求。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用色彩、光電、聲音、圖像營(yíng)造出一個(gè)絢麗、超時(shí)空的空間效果，充分調(diào)動(dòng)參觀者感官、想象、情感與思維，融入極具藝術(shù)效果的中心。沉浸式設(shè)計(jì)是現(xiàn)代博物館數(shù)字化建設(shè)與轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，是一種超越主流視角詮釋展覽敘事空間的新模式。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字化博物館中的實(shí)現(xiàn)

數(shù)字化博物館建設(shè)的重點(diǎn)在于場(chǎng)景和氛圍的營(yíng)造，通過(guò)模擬在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)上給參觀者營(yíng)造一種身臨其境的沉浸式體驗(yàn)，利用交互性設(shè)計(jì)可以近距離欣賞館藏文物，突破時(shí)空與地域的限制，在輕松愉悅的新奇體驗(yàn)中學(xué)習(xí)歷史文化知識(shí)。[5]

（一）整體架構(gòu)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字化博物館整體架構(gòu)分為兩大部分，即場(chǎng)景的營(yíng)造和交互性設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)可以采用多種圖形技術(shù)，比如以Unity3D為平臺(tái)，采用Maya軟件完成三維建模和動(dòng)畫(huà)制作，使用PS軟件對(duì)圖像中的紋理部分進(jìn)行處理。參觀者可以通過(guò)平臺(tái)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與館藏物品的互動(dòng)，用戶通過(guò)控制HTC VIVE手柄在虛擬世界中自由轉(zhuǎn)換各種場(chǎng)景，并且允許用戶轉(zhuǎn)換到虛擬場(chǎng)景中不同的預(yù)定義位置，還可以根據(jù)自己的興趣標(biāo)記圓形特效。在虛擬世界中參觀者有著較高的自主性，可以自由確定訪問(wèn)位置和停留時(shí)間。當(dāng)參觀者選中某一件藏品時(shí)還可以進(jìn)入一個(gè)虛擬的三維場(chǎng)景中，使用VR手柄與藏品進(jìn)行交互，在虛擬場(chǎng)景下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放調(diào)整，也可以進(jìn)行語(yǔ)音互動(dòng)，查詢相關(guān)信息等，增強(qiáng)了用戶與藏品之間的交互性，完成一系列操作后可以選擇返回博物館大廳，也可以退出當(dāng)前場(chǎng)景繼續(xù)漫游。

（二）系統(tǒng)場(chǎng)景的搭建

使用Maya軟件搭建虛擬的數(shù)字化博物館，在博物館的不同展示場(chǎng)館中放置各種虛擬文物藏品，每件文物藏品都要建立三維模型，同時(shí)還要展示該文物藏品的歷史文化背景，以便參觀者深入了解文物藏品的內(nèi)涵。[6]在將文物藏品由靜態(tài)轉(zhuǎn)換為三維立體圖像時(shí)應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)其原貌，不能影響文物自身所代表的歷史背景和文化內(nèi)涵，因此在構(gòu)建虛擬場(chǎng)景時(shí)應(yīng)保證能夠準(zhǔn)確感受原作的氛圍與精神。當(dāng)前Maya軟件在三維場(chǎng)景建模中的應(yīng)用比較廣泛，可以把握每件文物藏品的細(xì)節(jié)，再使用PS軟件對(duì)文物藏品的紋理進(jìn)行處理，使虛擬場(chǎng)景中的每種元素都符合該文物藏品所處的歷史朝代，既保證了文化內(nèi)涵，又具有科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

在虛擬場(chǎng)景中很多復(fù)雜效果需要通過(guò)燈光來(lái)呈現(xiàn)，合理使用燈光可以增加虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感與美感。虛擬場(chǎng)景中的網(wǎng)格與紋理決定了場(chǎng)景的輪廓與外觀，燈光則是場(chǎng)景顏色與氛圍的營(yíng)造者，因此燈光的使用在數(shù)字化博物館中非常重要。為使燈光效果更加逼真，可以采用燈光烘焙設(shè)計(jì)，將實(shí)時(shí)全局光照燈光信息添加到紋理貼圖，使光照信息內(nèi)容更加豐富，同時(shí)也減少了資源的消耗。

（三）系統(tǒng)操作流程

當(dāng)用戶進(jìn)入虛擬數(shù)字化博物館大廳后，面臨兩個(gè)選擇，一個(gè)是漫游，另一個(gè)是選中某件藏品。漫游的方式主要有三種，即連續(xù)漫游、固定點(diǎn)漫游和瞬移。連續(xù)漫游是用戶控制手柄調(diào)整漫游的方向，可以設(shè)置成按照固定的移動(dòng)速度和視角進(jìn)行瀏覽；固定點(diǎn)漫游是選擇某個(gè)預(yù)定義的關(guān)鍵位置進(jìn)行瀏覽，避免錯(cuò)過(guò)重要的信息；瞬移則是控制手柄發(fā)出一條射線到虛擬空間中可移動(dòng)區(qū)域的某個(gè)位置并瞬間到達(dá)。[7]這三種漫游模式可以根據(jù)用戶的需求自由控制。如果參觀者想瀏覽查看某件藏品時(shí)，可以通過(guò)控制手中的手柄選擇，該功能主要是通過(guò)UI交互設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在虛擬場(chǎng)景下每件藏品都對(duì)應(yīng)一個(gè)“確定”按鈕，用戶可以通過(guò)手柄發(fā)出的射線控制或者通過(guò)觸碰的方式控制，選中相應(yīng)藏品的UI按鈕后進(jìn)入。這兩種控制方式有一定的差別，當(dāng)用戶與所選中的藏品UI按鈕較遠(yuǎn)時(shí)可以使用射線控制的方式，如果距離較近時(shí)可以使用觸碰的方式，用戶可以自由選擇。

（四）燈光效果的呈現(xiàn)

科學(xué)合理的燈光設(shè)計(jì)是虛擬場(chǎng)景氛圍的營(yíng)造者，也是提升參觀者體驗(yàn)效果的關(guān)鍵，在燈光的使用上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：突出重點(diǎn)，館藏文物是博物館展示的重點(diǎn)，在光源配置上應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注藏品光照效果；光源的選擇，針對(duì)不同材質(zhì)的藏品使用不同的照明方式，比如陶器適合聚光源，甲骨類(lèi)比較小的文物適合在較矮的展示柜中使用點(diǎn)光源；光源的分布，根據(jù)場(chǎng)景內(nèi)實(shí)際情況合理分布光源，以免出現(xiàn)陰影、重影等，影響展示效果；光源的控制，合理調(diào)整光源的照射距離和光源半徑，使光照達(dá)到最佳效果。

可以通過(guò)展示柜中光源產(chǎn)生的漫反射效果影響虛擬場(chǎng)景的整體效果，相對(duì)暗一點(diǎn)的環(huán)境更能夠突出展示柜中藏品的呈現(xiàn)效果，一般館內(nèi)藏品都具有一定的歷史文化價(jià)值，相對(duì)較暗的光照效果也能夠更好地呈現(xiàn)藏品的神秘感。在Maya軟件中創(chuàng)建應(yīng)用場(chǎng)景，選擇球體與相應(yīng)的材質(zhì)，再選擇菜單中的“燈光”選項(xiàng)，繼續(xù)點(diǎn)擊擴(kuò)展欄中的“區(qū)域光”，光源的各項(xiàng)屬性都可以編輯，最后點(diǎn)擊“渲染”按鈕完成光源的設(shè)置，如果需要同時(shí)設(shè)置多個(gè)光源可以采用云渲染平臺(tái)提高工作效率。

（五）交互性的實(shí)現(xiàn)

在數(shù)字化博物館大廳中，各場(chǎng)景可以看作是多個(gè)“關(guān)卡”，在大廳中控制手柄就可以進(jìn)入相應(yīng)的關(guān)卡漫游。

在虛擬場(chǎng)景中可以采用“Pawn”設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶視角下的前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)等一些交互性操作，比如旋轉(zhuǎn)視角、角色移動(dòng)、射線檢測(cè)等，用戶通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕進(jìn)入某件藏品“關(guān)卡”?！癙awn”對(duì)于視角的控制是通過(guò)一個(gè)膠囊體和一個(gè)攝像機(jī)來(lái)完成的，利用鼠標(biāo)輸入事件，讀取鼠標(biāo) “X、Y” 坐標(biāo)軸的值調(diào)整攝像機(jī)的朝向。角色移動(dòng)是利用鍵盤(pán)輸入事件觸發(fā)的，在獲取角色的朝向后，移動(dòng)單位距離。設(shè)計(jì)完成后需要進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，以免發(fā)生角色穿透模型的問(wèn)題。進(jìn)入藏品“關(guān)卡”的設(shè)定是通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)場(chǎng)景按鈕實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)“射線檢測(cè)線條”節(jié)點(diǎn)從鼠標(biāo)所處位置發(fā)出一條射線，系統(tǒng)則會(huì)記錄下與射線發(fā)生碰撞的模型ID，然后按照ID開(kāi)啟相應(yīng)的“關(guān)卡”。系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)角色所處的位置與朝向，當(dāng)角色從某個(gè)“關(guān)卡”中退出并返回大廳時(shí)，可以還原至原來(lái)的位置與朝向。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)數(shù)字化博物館互動(dòng)體驗(yàn)效果的提升

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，數(shù)字化博物館可以提供個(gè)性化服務(wù)，按照不同年齡、性別、領(lǐng)域的目標(biāo)群體采取針對(duì)性設(shè)計(jì)方案，每個(gè)參觀者都能夠按照自己的需求在同一博物館中使用相應(yīng)的VR設(shè)備進(jìn)行瀏覽學(xué)習(xí)，滿足不同群體的個(gè)性化需求。數(shù)字化博物館雖獨(dú)立存在于虛擬環(huán)境當(dāng)中，但虛擬環(huán)境中的藏品、陳列、展廳布置等都要與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相符。數(shù)字化博物館建設(shè)目前可以選擇的展示方案有多種，可選用的技術(shù)設(shè)備也較多，不同類(lèi)型的博物館可以按照自己的需求制定合理化方案，比如，在比較寬敞的大型博物館中可以根據(jù)藏品特點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的VR體驗(yàn)區(qū)，在相對(duì)封閉的環(huán)境中不會(huì)受到其他因素的干擾；而一些小型博物館則適合采用3D投影或者使用便攜式VR設(shè)備，這樣可以減少空間的占用，提高游客參觀的效率。[8]

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用也需要考慮參觀者的內(nèi)心感覺(jué)與需求，設(shè)計(jì)出具有個(gè)性化、人性化的展示方式，增強(qiáng)參觀者沉浸式的體驗(yàn)效果。此外，在運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)也應(yīng)考慮到展示時(shí)間的限制，尤其是一些包含了較多復(fù)雜信息的文物藏品，應(yīng)從觀者的角度創(chuàng)建舒適、友好的操作界面，遵循美學(xué)設(shè)計(jì)理念，不能產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，不能增加觀眾的認(rèn)知負(fù)荷。[9]

六、結(jié)語(yǔ)

信息化時(shí)代背景下，數(shù)字化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用為我們呈現(xiàn)了一個(gè)具有融合性、交互性的數(shù)字虛擬空間，人們?cè)谔摂M化的場(chǎng)景中獲得沉浸式、交互式體驗(yàn)。博物館數(shù)字化建設(shè)是時(shí)代發(fā)展的必然需求，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用將需要展示的文字、圖片、音頻、視頻等內(nèi)容以三維立體的形式展現(xiàn)在參觀者面前，將博物館所陳列的文物、資源進(jìn)行空間化、信息化、虛擬化，給參觀者以身臨其境的感受。

參考文獻(xiàn)：

[1]石峰.徐州戶部山傳統(tǒng)民居建筑木雕裝飾藝術(shù)數(shù)字博物館設(shè)計(jì)研究[J].鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，29（01）：65-68.

[2]徐光霽.博物館數(shù)字化建設(shè)與文物管理探討[J].中國(guó)科技信息，2021（17）：108-109.

[3]馬自萍，郭貝貝，李海東，等. Pano2VR的寧夏虛擬博物館全景漫游實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（08）：149-153.

[4]胡小青，蔡雨欣，許潔.基于VR技術(shù)背景下井岡山紅色文化虛擬博物館設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（19）：142.

[5]于雨.游戲引擎中玻璃材質(zhì)的藝術(shù)表現(xiàn)探究——以UE4為例[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2020（23）：

144-145.

[6]游越，趙濤.燈光——博物館展覽陳列的渲染巨匠[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2021（21）：41-43.

[7]李妍，程璐璐，郭驍煊.基于虛幻引擎技術(shù)的蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館數(shù)字化場(chǎng)景設(shè)計(jì)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2021（12）：157-158.

[8]馬紹江，傅睿.基于UE4藍(lán)圖編程的建筑結(jié)構(gòu)可視化交互應(yīng)用設(shè)計(jì)研究[J].山西建筑，2020，46（10）：197-198.

[9]楊傳貴，楊瑩.靜寄山莊泠然閣景區(qū)UE4仿真漫游設(shè)計(jì)研究[J].天津城建大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，26（04）：243-248.

（作者簡(jiǎn)介：趙冬，女，本科，宜昌博物館，副研究館員，研究方向：博物館陳列展覽）

（責(zé)任編輯 張?jiān)埔荩?/p>