三維數(shù)字技術(shù)在博物館中的應(yīng)用探究

孫立

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，三位數(shù)字技術(shù)已經(jīng)不斷應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在動(dòng)畫、攝影、電廠、建筑等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本文主要闡述了三維數(shù)字技術(shù)的原理和三維技術(shù)在圖書館中的運(yùn)用，主要對(duì)環(huán)幕投影技術(shù)、360度全息成像技術(shù)、幻影成像技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維交互技術(shù)五種技術(shù)進(jìn)行了分析，并且提出了三維技術(shù)在博物館的應(yīng)用中存在的問(wèn)題，探究三維技術(shù)在博物館中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：三維數(shù)字技術(shù) 博物館 應(yīng)用 探究

中圖分類號(hào)TP391.41；TP393.092 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0000-00

傳統(tǒng)的博物館中的文物陳列展示大多數(shù)是用靜態(tài)展品的方式，再配上有限的文字來(lái)對(duì)陳設(shè)的文物、進(jìn)行解釋、說(shuō)明。這樣的形式使得參觀者對(duì)展品的物理體征和歷史背景等信息不能夠全面的了解，缺少互動(dòng)性。而三維熟悉技術(shù)正好可以彌補(bǔ)這一缺陷，在三維數(shù)字技術(shù)的使用下，途觀使用仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、并行處理技術(shù)、多種傳感器技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技技術(shù)，對(duì)人的觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)等感官功能進(jìn)行模擬，不受空間和時(shí)間的約束，讓參觀者深刻體會(huì)展品的魅力，使博物館充分發(fā)揮其重要的作用。

1三維數(shù)字技術(shù)的原理

三維掃描技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、電、機(jī)、和光結(jié)合在一起的技術(shù)，它可以針對(duì)被收集到的物體，使用光學(xué)原理開(kāi)進(jìn)行激光掃描和光學(xué)掃描，從更詳細(xì)的角度也可以說(shuō)是使用結(jié)構(gòu)光照明技術(shù)，將光照從投影儀上投射都被收集的物體上，然后被投射的土體反射出來(lái)的光信息再返回到信息接收器中，返回的光信息即是收集到的物體的數(shù)據(jù)，它是三維空間中大量的物體點(diǎn)坐標(biāo)的匯合，它使用的中心原理就是高度精確的測(cè)角系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的二維技術(shù)相比較，它使用的是直接獲得三維信息的辦法，能夠有效的規(guī)避信息丟失，保障文物與人的安全，無(wú)時(shí)間約束和準(zhǔn)確度較高、速度較快等優(yōu)勢(shì)。

在對(duì)考古現(xiàn)場(chǎng)和文物進(jìn)行虛擬場(chǎng)景之后，要把收集的收據(jù)轉(zhuǎn)變成文物的實(shí)體虛擬模型，就是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓參觀者可以產(chǎn)生身臨其境的感受，形成觸覺(jué)、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)得感官世界去欣賞文物。它具有三個(gè)特征：想象性、交互性和沉浸性。沉浸性就是使人對(duì)虛擬物體和虛擬的環(huán)境投入情感，是根據(jù)人的生理特點(diǎn)，再加上三維數(shù)字頭盔、三維數(shù)字眼睛和特殊的手套等輔助設(shè)備，在虛擬的環(huán)境中對(duì)文物進(jìn)行觸碰和觀看，感受在虛擬的環(huán)境真實(shí)性，體會(huì)歷史文物的魅力。此外，交互性就是在沉浸性的基礎(chǔ)上的升華和提升，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是互動(dòng)，參觀者需要使用例如鼠標(biāo)、鍵盤、多種傳感器等硬件設(shè)備，和物體和虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，達(dá)到信息和參觀者同步的目的。想象性就是對(duì)于比較大的場(chǎng)景，參觀者可以在虛擬的環(huán)境中有身臨其境、暢游場(chǎng)景的感受。

2博物館中的三維數(shù)字技術(shù)

2.1環(huán)幕投影技術(shù)

所謂環(huán)幕投影，就是利用多臺(tái)投影設(shè)備，并形成一個(gè)環(huán)形的投影屏幕，屏幕的環(huán)形弧度不低于100度，不高于360度。這種投影技術(shù)可以營(yíng)造一個(gè)虛擬顯示系統(tǒng)，并充分滿足觀眾的觀展需要，帶給他們?nèi)碌囊暵?tīng)體驗(yàn)。由于投影屏幕為弧形，因此，可以滿足不同位置、不同視角的觀看，再加上立體聲的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，觀眾在觀看時(shí)就如同身臨其境，放佛景象就在眼前，特別適合宇宙、地球這類天文展示。例如上海世博會(huì)展出的《清明上河圖》、農(nóng)業(yè)博物館中的都江堰、《千里江山圖》等等。《清明上河圖》見(jiàn)圖1。

2.2 360度全息成像技術(shù)

所謂360度全息成像，就是指在成像過(guò)程中，利用光的衍射和人眼誤差，將制作的物體三維圖像在展覽柜中進(jìn)行展示。這種技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要任何的輔助設(shè)備，就可以讓觀眾看見(jiàn)三維立體影響，常用于文物、珠寶、汽車等的展示。在河北省的唐山博物館中，就有一種展品利用了這項(xiàng)技術(shù)，是一個(gè)史前人類頭骨，如圖2所示。

2.3幻影成像技術(shù)

幻影成像技術(shù)也可以叫做虛擬成像技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中，首先要對(duì)人或物進(jìn)行正常拍攝，然后將其投射到布景中，生成模型，進(jìn)行展示。這種成像技術(shù)既可以用來(lái)描述一件事情的來(lái)龍去脈，又可以用來(lái)闡釋一種原理，還可以演示一項(xiàng)技術(shù)的整個(gè)操作流程，具有形象、直觀、生動(dòng)的特點(diǎn)。例如，西安市的半坡博物館就巧妙利用了這項(xiàng)技術(shù)展示半坡人的生活方式，如圖3所示。

2.4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是指利用現(xiàn)在的信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，提升用戶的現(xiàn)實(shí)感知度和真實(shí)度，在這項(xiàng)技術(shù)的利用過(guò)程中，要將虛擬物體疊加到現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景中，聽(tīng)過(guò)現(xiàn)實(shí)與虛擬的混合，實(shí)現(xiàn)位置的改變和場(chǎng)景的切換。例如，2012年的加拿大一個(gè)博物館中展示的終極恐龍，就很好地利用了這項(xiàng)技術(shù)，觀眾如果將平板電腦或智能手機(jī)的攝像頭對(duì)準(zhǔn)恐龍骨架，就會(huì)看到突然“復(fù)活”的恐龍，如圖4所示。

2.5三維交互技術(shù)

三維交互技術(shù)中常見(jiàn)的體感交互設(shè)備有GRB-D Camera、MEMS以及近場(chǎng)體感設(shè)備。我們通過(guò)把博物館文物三維交互的流程形成模式化，制作出了符合當(dāng)下博物館數(shù)字陳設(shè)的三維交互設(shè)計(jì)框架流程。如圖5所示。比如在對(duì)北京胡同進(jìn)行虛擬化時(shí)，使用多樣的建構(gòu)模型技術(shù)把北京胡同的場(chǎng)景構(gòu)建出來(lái)，使用unity3d來(lái)模擬場(chǎng)景和三維交互技術(shù)通過(guò)這種優(yōu)秀的引擎特性和交互技術(shù)對(duì)胡同的場(chǎng)景進(jìn)行復(fù)原和演示，并使用姿態(tài)校對(duì)和位移實(shí)時(shí)矯正六自由度信息，同時(shí)利用多媒體定時(shí)平滑和中斷濾波來(lái)提升數(shù)據(jù)的可靠性，完成胡同的四季變化。如圖6所示。

3三維技術(shù)在博物館的應(yīng)用中存在的問(wèn)題

當(dāng)下的三維數(shù)字信息技術(shù)不斷的發(fā)展，但是三維技術(shù)在博物館的應(yīng)用還存在著諸多的不足之處，比如在三維技術(shù)對(duì)文物信息高度精準(zhǔn)采集的同時(shí)，怎樣提高三維技術(shù)掃描的效率；在采集文物信息時(shí)，如何處理文物大量的數(shù)據(jù)分析等。這些問(wèn)題都有待于解決，需要博物館相關(guān)人員和社會(huì)、政府的不斷努力探索。

4結(jié)語(yǔ)

在三維數(shù)字信息技術(shù)的不斷推動(dòng)下，博物館的展覽方式、文物修復(fù)和保護(hù)以及對(duì)文物的收藏和管理都有了巨大的進(jìn)步。但是三維技術(shù)在博物館的應(yīng)用中，仍存在著一些不足，需要博物館相關(guān)人員和政府、社會(huì)的不斷探索，滿足博物館信息化發(fā)展的需求。本文著重分析了三維數(shù)字技術(shù)中的環(huán)幕投影技術(shù)、360度全息成像技術(shù)、幻影成像技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維交互技術(shù)五種技術(shù)手段，然后分析了三維技術(shù)在博物館應(yīng)用中所存在的問(wèn)題，以期提供參考和借鑒。

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