詹徐昊

(南京博物院,江蘇 南京 210016)

0 引言

博物館是為社會及其發(fā)展服務的非營利的常設機構(gòu),是對人類與環(huán)境的見證物進行收藏、研究、傳播和展示的場所。隨著信息技術的快速發(fā)展以及“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出,數(shù)字博物館已日漸進入公眾視野[1]。為了解決傳統(tǒng)博物館的局限性,擺脫“展柜+實物+說明牌”的傳統(tǒng)展陳形式,更新“圖片+文字+視頻”的講解手段,越來越多的博物館嘗試發(fā)展線上數(shù)字博物館。數(shù)字博物館是利用計算機技術,特別是信息技術、多媒體技術和網(wǎng)絡技術,把各類博物館的收藏、研究、展示、教育等方面用數(shù)字化的方式表現(xiàn)出來的博物館[2]。

數(shù)字化是博物館未來的發(fā)展趨勢,是現(xiàn)代科學技術及文化事業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。如何真正做到讓文物活起來,讓展覽走進千家萬戶,走進大眾的生活,是當代博物館人需要探討和思考的課題。為積極落實國務院《關于進一步加強文物工作的指導意見》(國發(fā)〔2016〕17號)和《關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》(國發(fā)〔2015〕40號)[3],南京博物院積極探索展覽數(shù)字化的可行性方案。近年來,南京博物院利用人工智能三維數(shù)字化采集技術并整合數(shù)字化信息,搭建三維文物數(shù)據(jù)庫,開發(fā)數(shù)字體驗文化產(chǎn)品,在全平臺推廣精彩的展覽和重點文物,提升數(shù)字內(nèi)容質(zhì)量,為官網(wǎng)和官微提供更多的多媒體素材和資源。南京博物院力圖結(jié)合博物館的性質(zhì)和功能,綜合利用計算機技術、通信技術、多媒體技術、虛擬現(xiàn)實等科技手段,建立一個技術先進、資源豐富的數(shù)字化展示平臺,而線上虛擬展廳的開發(fā)就是其中重要的一環(huán)。

1 南京博物院虛擬展廳項目的發(fā)展歷程

1.1 虛擬展廳建設的初步探索與實踐

南京博物院(以下簡稱“南博”)的虛擬展廳項目早在2012年就開始進行了最早的嘗試。根據(jù)數(shù)次的調(diào)研并綜合了博物館的實際情況,決定采用當年較為常見和高性價比的制作方案,即“數(shù)碼相機拍攝+全景軟件拼接+三維虛擬漫游制作”的方式。本研究通過3種不同工作流串聯(lián)起一整套的拍攝制作方案。在這一期間,制作團隊對南博的重點展覽進行了虛擬導覽的制作,同時對全國近100家一級和特色博物館進行展廳空間的拍攝采集工作,制作了近二十余家博物館展廳的虛擬導覽,通過大量的實際工作積累了豐富的制作經(jīng)驗。

1.1.1 利用相機進行現(xiàn)場照片的采集

現(xiàn)場照片的采集工作是通過人工選點的方式,用數(shù)碼單反相機在展廳空間進行定點360°的拍攝,每隔15°拍攝1張高清照片,一共拍攝24張,每張照片要保證有15%的重疊區(qū)域,一般一個展廳需要拍攝30多個點位,也就是將近1 000多張照片。拍攝完成后,制作團隊將這些照片進行整理分類。

1.1.2 利用PixMaker Pro軟件生成全景照片

制作團隊采用網(wǎng)絡上免費的全景照片拼接軟件PixMaker Pro對整理好的照片進行導入拼接處理,通過軟件自動的計算以及手動的糾錯偏差,可以生成1張完整的高像素的全景照片,最高可達21 064×4 026像素,這樣前期拍攝的每個點位都可以生成1張高像素全景圖。

1.1.3 利用三維虛擬漫游軟件制作虛擬展廳

制作團隊將生成的全景照片導入三維虛擬漫游制作系統(tǒng)中,加上第三方的平面導覽圖,通過軟件將其串聯(lián)起來,形成初步的虛擬漫游場景,再通過添加場景熱點、包含雷達掃描效果的交互式地圖、設置漫游路線等一系列操作后創(chuàng)建出較為專業(yè)的交互式虛擬漫游效果。但因為采用的是3個系統(tǒng)相互配合串聯(lián)的方式,所以導致在相互的協(xié)調(diào)性和工作效率上顯得不夠合理,而且拍攝的過程需要人為對場景的曝光、白平衡等參數(shù)進行合理設置,這對攝影師的專業(yè)性有一定的需求。同時,大量的照片整理和拼接工作也消耗了相當長的時間。一次性拼接成功率并不高,制作流程相對煩瑣。這為后來南博繼續(xù)創(chuàng)新和探索提供了依據(jù)和經(jīng)驗。

1.2 一體化拍攝設備首次在虛擬展廳搭建中的應用

2017-2019年,隨著數(shù)字化技術以及網(wǎng)絡技術的進步和發(fā)展,通過3套不同系統(tǒng)搭建的工作流程已經(jīng)不能很好地適應這一時期南京博物院對虛擬展廳的更高需求,一體化的拍攝制作方案已經(jīng)成為行業(yè)主流,制作團隊通過大量調(diào)研和比對,根據(jù)自身的實際需求最終選擇了四維看看這一品牌的拍攝設備。

1.2.1 四維看看一體化全景相機的工作流程

一體化全景相機的工作流程主要是通過將全景相機與攝影師的手機相連接,通過相機上的2個攝像頭自動拍攝展廳照片,每一個點位拍攝完成后直接在App生成三維模型,做到所見即所得,通過強大的后臺模型計算能力,在所有拍攝完成后就可以查看已經(jīng)生成的虛擬展廳,結(jié)束后在電腦端進入后臺可以對場景進行一定程度上的自定義操作,如添加熱點,為文物添加音樂、圖片等。這樣一整套流程下來,制作一個虛擬展廳只需要大約2天的時間,與原來3套流程相比,大大節(jié)約了時間,簡化了步驟。

1.2.2 采用一體化拍攝設備取得階段性的成果

近兩年,制作團隊借助一體化設備為南京博物院的每一個特展都制作了相關的線上虛擬展廳,大約有10余個成功上線,例如:《穆夏》《意大利文藝復興》《畢加索》《金色阿富汗》等。同時,南京博物院逐漸形成了自己的線上虛擬展覽模式,走出屬于自己特色的發(fā)展之路。

1.3 利用全新三維空間建模技術搭建高質(zhì)量的虛擬展廳

2020年至今,隨著后疫情時代的來臨,觀眾對于線上展覽的需求與日俱增。進入新時代,數(shù)字化技術的發(fā)展突飛猛進,大量的高新技術和手段層出不窮,不僅需要更高效、更自由的制作流程,也需要更高精度級別的一體化拍攝設備。隨著分辨率的不斷提高,人們對多媒體影像質(zhì)量的要求也越來越高。

1.3.1 四維看見全景相機的基本工作流程

基于這些年項目團隊對四維看看系列產(chǎn)品的認可,通過與乙方無數(shù)次的互相溝通和反饋,廠商積極響應甲方的需求,使得該系列設備可以不斷地迭代升級,不斷地自我革新。這一階段采用了最新的四維看見一體化拍攝設備,這套設備采用了全新的建模采集方式。通過旋轉(zhuǎn)雙攝像頭對現(xiàn)場進行全方位的連續(xù)拍攝,拍攝完成24張照片后,再利用AI技術同時將其組合建模,旋轉(zhuǎn)1周約耗時1 min,也就是1個點位只需要1 min即可生成即時三維模型,同時因為加入了更大尺寸的傳感器,提升了成像質(zhì)量、解析力和畫面純凈度,所以在畫質(zhì)上也有較大的提升,能提供具有更高像素和分辨率的圖片,能讓三維模型收納更多的細節(jié)、保留更多真實世界的信息。有了高像素的加持,四維看見相機輸出的三維模型可以支持4倍放大,文字細節(jié)也能清晰保留。與前期拍攝流程同時升級的還有后臺的編輯制作能力,全新的制作界面和功能給制作者提供了更自由、更開放的自定義操作。

1.3.2 線上展覽資源庫逐漸形成與完善

南京博物院利用四維看見全景相機在這期間一共拍攝制作了《考古江蘇》《浮世繪》《宋韻》《大江萬古流》 等數(shù)十個特展的在線虛擬展覽,并同步在官網(wǎng)和官微平臺上線發(fā)布。這些展覽獲得了博物館行業(yè)內(nèi)以及廣大觀眾的認可和喜愛。南京博物院逐步形成了一定規(guī)模的線上展覽資源庫,為觀眾提供了更優(yōu)質(zhì)、更便利的線上參觀體驗。

2 南京博物院虛擬展廳的拍攝與制作技術流程

2.1 虛擬展廳的前期拍攝技術規(guī)范與流程

目前,南京博物院的線上虛體展覽項目已經(jīng)成為院內(nèi)每年的常規(guī)工作。項目團隊每年要配合特展、大展制作相配套的高質(zhì)量三維在線虛擬展覽4～6個。截至目前,已經(jīng)形成了比較成熟的規(guī)范化制作流程,總體的制作流程分為3個部分:虛擬場景的前期采集拍攝、三維模型的搭建以及虛擬展廳的后期合成制作。

2.1.1 南京博物院對虛擬展覽技術要點的規(guī)范

制作團隊根據(jù)多年的經(jīng)驗并結(jié)合當前的實際需求,對線上虛擬展覽制作的技術要點做了如下的規(guī)范:(1)虛擬場景最少為720°全景影像,分辨率為8 K以上。(2)每個虛擬場景必須添加不少于25件重點文物的圖文信息介紹。(3)虛擬場景中每個點位的距離最多不能大于2 m,要保證場景的瀏覽流暢性和邏輯性。(4)構(gòu)建展覽知識關聯(lián)結(jié)構(gòu),并在虛擬展廳中進行融合展示。(5)場景的拍攝曝光要求準確,平衡環(huán)境與展品之間的曝光值,不能出現(xiàn)曝光過度或曝光不足的情況。(6)所有三維虛擬展廳的運行不得要求瀏覽者安裝第三方插件,支持H5。

2.1.2 拍攝前期展廳踩點流程

筆者以南京博物院最新的特展《莫里斯-英國工藝美術設計展》為例,重點展示虛擬展廳制作的具體工作流程。第一部分是對實體展廳場景進行數(shù)字化采集拍攝。在開始拍攝之前,攝影師會前往展廳實際踩點,主要是熟悉展廳具體展線布局,提前規(guī)劃好將要采集的點位。一般情況下,會根據(jù)實際參觀流線和空間布局,按照距離2 m為1個拍攝點從展廳入口處開始采集。

2.1.3 全景相機與手機App連接的拍攝方式

拍攝者通過手機上的App,將Wi-Fi熱點與全景相機連接成功后即可開始拍攝。四維看見全景相機采用了雙目方案,通過旋轉(zhuǎn)雙攝像頭對場景連續(xù)拍攝24張照片后進行建模,旋轉(zhuǎn)1周約耗時1 min,如圖1所示。具體操作流程:在設備參數(shù)設定頁面下端即可選擇拍攝方式,拍攝方式分為左右拍攝和同步拍攝。設備每完成1個點位的拍攝之后,會對圖像數(shù)據(jù)進行自動拼接并呈現(xiàn)預覽效果。支持在預覽圖中檢查拍攝的情況。確認拍攝情況后,可把設備移動到下一點位,重復以上步驟。拍攝方式:選擇左右拍攝新建場景,相機開始拍攝,鏡頭環(huán)繞1周,共拍攝6次照片,每次拍攝都會記錄點位上的3 D信息。這里的“左右”指的是拍攝者面對設備上的LED屏幕時的左右。

圖1 高效的現(xiàn)場拍攝方式

(1)開啟“左右拍攝”開關,并點擊“確定”。

(2)設備上的鏡頭開始啟動。人站到設備鏡頭的背后,按下手機App上的快門。

(3)一個角度拍攝完成后,相機自動旋轉(zhuǎn),按下快門按鈕,鏡頭拍攝啟動。如此循環(huán),挨個點位拍攝,直至將所需要采集的場景拍攝完畢。

《莫里斯-英國工藝美術設計展》一共拍攝了103個點位,涵蓋了展廳主要參觀流線上的所有路徑點,根據(jù)以往的經(jīng)驗,一個大約800～900 m2的展廳,基本上要拍攝采集100個點位以上才可以達到相對的完整性,當然采集的點位越多,觀眾線上參觀的體驗感會更強、更真實。

2.2 虛擬展廳三維空間模型自動搭建工作流程

2.2.1 計算機自動進行三維空間的建模工作

制作團隊將拍攝好的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡上傳至四維看見的云后臺,等待上傳完成后即可開始自動進行二維轉(zhuǎn)三維模型的計算。具體的計算原理是將一組二維照片作為數(shù)據(jù)輸入,通過計算機軟件進行全自動化處理,軟件自動通過相機定標后確定相機位置,初步對對象進行稀松的點重建,在此基礎上進一步進行稠密的點重建,最后是在稠密點重建的基礎上對三維場景進行稠密的面重建。在三維點云模型的基礎上,通過數(shù)字測繪,整體輸出三維點云模型和點云平面切片信息、點云剖面切片信息以及點云立面切片信息,由點云平面切片信息、點云剖面切片信息以及點云立面切片信息共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)翔實的三維測繪圖,數(shù)據(jù)精度在毫米級別[4]。所有的計算處理全部交由軟件后臺進行,無需人工干預和操作,大大簡化了工作難度,提高了工作效率。

2.2.2 計算機自動進行三維模型的材質(zhì)貼圖工作

三維模型制作完成后,軟件會繼續(xù)進行下一步深加工,對搭建好的三維模型進行材質(zhì)貼圖。貼圖是賦予模型材質(zhì)的工作。所謂材質(zhì)是指物體表面呈現(xiàn)出的顏色、透明度、反光度、粗糙程度等質(zhì)感的表現(xiàn),可以通過參數(shù)的調(diào)節(jié)獲得展廳中的材質(zhì)類型,也可以使用貼圖坐標將制作好的二維圖片直接貼在模型的表面。通過貼圖可以更加真實地呈現(xiàn)出現(xiàn)實展廳中模型所塑造的物體屬性,達成虛擬展廳對真實世界的反應效果。

2.2.3 計算機自動進行三維模型的渲染工作

三維模型完成了自動貼圖之后還需要通過三維軟件中自動運算的渲染功能,將前面幾步的工作合成并最終呈現(xiàn)為動態(tài)文件,將這個動態(tài)文件輸出,就是最基本的成品--線上數(shù)字展覽。不管是模型貼圖制作的靜態(tài)效果圖還是運動軌跡制作的動態(tài)文件,都需要渲染后才能輸出成品,而渲染是由渲染器完成的。渲染器按照渲染質(zhì)量從低到高開始渲染,主要采用有線掃描、光線跟蹤以及輻射度渲染等方式,需要注意的是渲染質(zhì)量越好需要的渲染時間就越長。渲染烘焙要把握好對圖像采集器、抗鋸齒過濾器、內(nèi)建預置、細分采樣等參數(shù)的設置。大場景進行烘焙時宜采用CompleteMap設置,需要表現(xiàn)較為細膩的模型時可選用LightingMap設置。

2.3 虛擬展廳的后期編輯制作流程

在完成了建模、貼圖和渲染等步驟之后便可以進入該流程的第三部分,即后期制作。可以通過PC端的后臺進入后期制作編輯頁面,現(xiàn)在展現(xiàn)在制作者面前的是一個完整的計算好的虛擬展廳模型,這時可以通過后臺的編輯界面所提供的多種自由的自定義選項來對場景進行后期處理和編輯。

2.3.1 場景及初始畫面的編輯

制作人員首先選擇“場景”編輯界面,在“場景信息”里面輸入《莫里斯-英國工藝美術設計展》的展覽文字介紹和信息,同時也可以鏈接文本信息,直接將文本地址鏈接到此。該信息將作為觀眾進入虛擬展廳時首先展示出的內(nèi)容,接著要確定觀眾進入頁面后所展示的虛擬展廳的主畫面,在“基礎設置”選項里選擇“初始畫面”,點擊設置,畫面中會出現(xiàn)一個白色的線框,手動將白線框移動到合適的位置(一般為展廳入口處)以此來確定初始畫面。

2.3.2 場景美化的設置

完成初始設置后,將對每個點位的場景曝光進行具體的調(diào)整。因為整個拍攝和計算過程是計算機自動處理完成,機器自動對場景的曝光和色彩進行判斷,遇到一些大光比的場景難免會出現(xiàn)曝光過度或曝光不足的情況。因此,制作人員需要手動對具體場景的曝光度和色彩進行調(diào)整和優(yōu)化。選擇“場景美化”選項,找到需要調(diào)整的某一個具體點位,點擊下方的“調(diào)節(jié)”按鈕,這時界面右邊會出現(xiàn)4個可以調(diào)整的選項,分別是“亮度”“對比度”“飽和度”和“色溫”。根據(jù)需要逐一調(diào)整數(shù)值,可調(diào)范圍從-20至+20,處理完成后可以選擇“應用到所有場景”,一鍵完成對整個虛擬展廳所有點位的畫面調(diào)整。

2.3.3 場景添加熱點信息的設置

曝光設置完成后,就可以進入后期制作中最重要的一個步驟。系統(tǒng)為制作者提供了豐富的人機交互功能,可以通過添加若干“熱點”,對展覽中的重要文物和展項加以圖片、文字、音頻以及視頻的介紹和展示。通過三維場景與信息展示之間的互聯(lián)控制最終達到在三維展廳中以虛擬現(xiàn)實方式展現(xiàn),而多媒體信息會以熱點的形式嵌入三維場景。用戶點擊即可出現(xiàn)圖片、文字或者音視頻,可在整個場景中自主觀看重點區(qū)域的內(nèi)容。自主選擇熱點查詢,點擊頁面即可跳轉(zhuǎn)至該熱點模塊區(qū)域,進行瀏覽。

2.3.4 熱點功能的擴展應用

制作者還可以通過編寫腳本信息來控制視頻的播放、暫停、顯示和隱藏等功能,也可以在展項中加入語音介紹。后臺允許添加的圖片支持JPG、PNG、TGA等格式,音樂支持MP3、WAV等格式,視頻支持AVI、MP4、MOV、MPG、FLV等格式。通過熱點在場景窗口中嵌入文字、圖片、網(wǎng)頁、視頻,語音解說等,結(jié)合各種多媒體展示手段,對展品的基本信息、背景文化進行拓展介紹。在《莫里斯--英國工藝美術設計展》中,制作者一共添加了23個圖文熱點和1個視頻熱點。在圖文熱點中,可以把多張文物的高清圖片嵌入其中,讓觀眾可以自由地點擊并放大觀看,視頻熱點可以嵌入高清的視頻,與展廳里的視頻同步,觀眾可以自由地開始播放或隨機暫停和關閉。通過上述的流程和步驟才算完成了虛擬展廳從前期拍攝到后期制作的全部工作,將制作好的虛擬展廳鏈接通過網(wǎng)絡發(fā)布上傳,在審核通過后即可在官網(wǎng)和官微等平臺對公眾發(fā)布。

3 線上虛擬展廳的未來及意義

3.1 虛擬展廳是展覽數(shù)字化的重要體現(xiàn)

線上虛擬展廳作為博物館數(shù)字化的一種重要表現(xiàn)形式,它克服了現(xiàn)實文物與藏品陳列受空間和現(xiàn)場展示的限制,通過數(shù)字化,利用虛擬空間、圖像及三維等多媒體技術進行網(wǎng)上展覽展示,滿足了參觀者的多種需求。數(shù)字化的展示方式,可以營造多維的展示效果,幫助參觀者在沒有人工講解的情況下就能自主了解關于展覽展品更豐富的背景信息并獲得更真實的場景體驗。首先這種線上的陳列方式不會占用有限的實體陳列空間,而且僅僅利用觀眾個人的移動終端和計算機等設備即可達到展示的目的。這在多數(shù)時候能夠成為文物展品展示的有益補充。其次,借助先進的計算機技術和多媒體技術,文物展品的數(shù)字化展示比傳統(tǒng)的實體展示具有更全面、更豐富、更逼真的效果。

3.2 虛擬展廳在博物館發(fā)展中的重要作用

自2017年南京博物院正式開始啟動線上虛擬展廳項目以來,筆者所在的制作團隊一共拍攝制作了近20余個展覽的線上虛擬展廳,總瀏覽量接近10萬余次,其中不乏一些年度大展如《金色阿富汗》《兄弟王》《融合》《宋韻》《大江萬古流》等,這些線上展覽也都受到業(yè)內(nèi)外的廣泛好評。今后,南京博物院還將繼續(xù)探索線上虛擬展覽更多的可能性,下一步會計劃和社會服務部等業(yè)務部門合作,將展覽相關的語音導覽和講解內(nèi)容與虛擬展廳相融合,豐富觀眾的參觀體驗,爭取做到與線下展覽同步,讓三維虛擬展廳最大程度地拓展線下展覽的維度,擴充展覽內(nèi)容,豐富展覽的形式。同時,南京博物院還將繼續(xù)創(chuàng)新發(fā)展博物館實體空間的展示信息與虛擬空間信息的有機整合,用于實現(xiàn)信息互動,真正做到空間信息與引導系統(tǒng)“以人為本”,使館藏文物信息數(shù)字化,使信息傳遞網(wǎng)絡化,最終實現(xiàn)文物展品展覽的范圍無限化。為觀眾提供更為全面的展覽信息與更自由的參觀路線將會成為現(xiàn)代博物館數(shù)字化展示設計的主要發(fā)展目標。

4 結(jié)語

南京博物院通過這些年的創(chuàng)新與實踐,在線上虛擬展覽的探索上一直在不斷努力,從一無所知到目前已逐漸形成了具有南博特色的線上展覽模式,在這一過程中筆者堅定數(shù)字多媒體技術是未來博物館數(shù)字化發(fā)展的重要因素,將更多更新的數(shù)字技術應用于博物館中,為展覽展示服務,拓展展覽展示空間,讓傳統(tǒng)博物館和中華民族優(yōu)秀的文化歷史走進千家萬戶。同時,線上虛擬展廳作為對實體展覽空間的補充和拓展,在未來將會起到越來越重要的作用。今后,南京博物院將繼續(xù)大力發(fā)展和及時更新線上虛擬展廳,豐富其展示內(nèi)容,提升其展示質(zhì)量,更好地為公眾服務,為公眾提供更豐富、更高質(zhì)量的博物館數(shù)字資源。