晉作家具檔案虛擬展示平臺系統的設計

文 / 張智昊

晉作家具作為山西省最具有代表性的歷史文化遺產，有著悠久的歷史。它起源于秦漢，日趨成熟于宋元，極盛于明清。晉作與蘇作、京作、廣作并稱為中國古典家具四大流派。它的竹木藤三結構、龜裂斷紋漆、鏤空雕刻及鑲嵌、五彩與描金等技藝，是我國古典家具的特色傳統工藝，一度瀕臨失傳[1]。保護與傳承晉作家具文化遺產，是擺在家具科研工作者面前的一項重大任務。本文擬從探討構建晉作家具檔案數據庫入手，運用3Dmax、Virtools等計算機軟件技術建立虛擬展示平臺，旨在為數字化保護與傳承晉作家具探索出一條有效的路徑。

一、建立晉作家具檔案虛擬展示平臺系統的必要性

在今天，仍然能見到很多遺世的非常受人們喜愛的明清晉作家具。它們與山西建筑、氣候、人文環境關系非常密切。出于保護的角度，現在已經不能讓觀眾近距離地觀看與觸摸實物家具，觀眾只能通過數字化的方式來欣賞晉作家具的雕刻、紋樣、鑲嵌等家具細節。這就需要借助三維圖形和虛擬現實等技術來呈現。通過計算機技術對晉作家具及擺放環境進行復制、仿真、展示和保存，可以給予用戶真實空間的體驗以及互動性和游戲化的感受，這對于傳承晉作家具文化有著重要的現實意義。現今，虛擬展示技術能夠較為準確完整地保存晉作家具造型方面的各項數據，較好地實現瀕危文物的高精度保護與永久性保存。這種技術也可以作為考古文物保護的重要手段。為了推進數字化博物館的進程，彌補實物展示的種種不足，數字化虛擬展示已經成為一種新穎的文物展示手段。

二、晉作家具檔案虛擬展示平臺系統的結構設計與模塊構成

晉作家具虛擬展示平臺以普通大眾為用戶，分為晉作家具檔案圖片數據庫、晉作家具360度全景展示、晉作家具虛擬交互開發三大模塊。其中，晉作家具檔案圖片數據庫作為該項目的基礎部分，在山西當地采取第一手信息資料，注重晉作家具細節，搜集家具制作工藝視頻、家具2D圖像、文字、實景影像等多種數字化資料。它以晉作家具360度全景展示與虛擬交互開發為虛擬展示平臺，主要是通過計算機軟件建立晉作家具模型數據庫，將家具、擺放環境及裝飾品3D模型一一展現。它包含數字博物館360度全景展示、榫卯結構動畫視頻、晉作家具色彩材質虛擬交互、虛擬展廳個性化漫游體驗等界面。展示方式能充分表達晉作家具的內涵與特色。該系統每個模塊說明詳實，能夠為相關行業如雕刻、建筑、漆具等提供參考資料。這對晉作家具文化的進一步傳承與推廣起到了拓展作用。晉作家具虛擬展示平臺是集家具歷史溯源、家具榫卯結構拼裝、家具虛擬現實展示、家具色彩材質交互等為一體的一站式完成展示系統。該系統是探索文物展示的新模式，是用戶觀賞交互和技術實現的新手段，是探索跨終端系統平臺的操作、展示與虛擬交互設計的新方法。

圖1 系統結構

（一）晉作家具檔案虛擬展示平臺系統的結構設計

晉作家具系統結構設計是虛擬展示平臺的重要工作，目標是保證虛擬展示平臺安全和程序順利運行。平臺數據的更新維護，要確保信息的完整性，保障系統的交互性與可操作性[3]。根據晉作家具虛擬展示的工作原則和內容特點，本文將晉作家具檔案虛擬平臺系統的功能與內容分為晉作家具檔案圖片數據庫、晉作家具360度全景展示與晉作家具虛擬交互三大模塊，見圖1。

（二）晉作家具檔案虛擬展示系統的模塊構成

1.晉作家具檔案圖片數據庫模塊。晉作家具可先分為坐臥類（椅、凳、床、塌）、置物類（桌、案、幾）、儲藏類（儲藏功能的櫥柜）、屏架類（屏風與掛類家具），再進行數字化錄入。由于晉作家具大多屬于古文物，一些家具體量較大且局部易出現磨損，可采用數碼照相機與三維掃描儀混合使用的方式，進行數字化采集。晉作家具的選材精細，注重實用功能，造型風格敦厚壯碩，結構嚴謹，大滿大全，在數字化錄入時，可采取非接觸式手持三維掃描儀，自動生成三維實體圖形，掃描速度可達48萬次測量/秒，對于邊界、縫隙、曲面率較大的家具曲面可使用數碼相機進行輔助，主要采集晉作家具的造型藝術形態、質地、肌理、色彩、木質紋理、尺寸、紋飾、家具構件等細節。每件家具可配有專家評價說明，并對該晉作家具進行歷史溯源，提取重要圖文，通過整理搜集晉作家具制作工藝等相關視頻及文檔相關報道，形成晉作家具檔案圖片數據庫。

2.晉作家具檔案360度全景展示模塊。晉作家具檔案360度全景展示是根據專業相機捕捉場景中的圖像信息，進行山西古典家具博物館、山西太谷三多堂博物館等的數據采集，利用專業軟件進行圖片拼合，如造景師、全景大師與光影魔術手等軟件，生成數字化博物館虛擬展廳，使用專業播放器進行播放及互動，使平面二維景像通過計算機技術形成三維的360度全景景觀。這不僅有較強的真實感，而且生成方便，制作周期短，可進行網絡發布，便于沒有軟件操作基礎的用戶使用。

3.晉作家具檔案虛擬交互模塊。虛擬交互技術已經成為新興的數字化博物館形式。故宮博物院已經推出了較為成熟的作品，分別是胤稹美人圖、紫禁城祥瑞、皇帝的一天、韓熙載夜宴圖、每日故宮與故宮陶瓷館。晉作家具檔案可在此基礎上，引入虛擬交互技術，構建全面深入的互聯網虛擬展示平臺。這樣晉作家具的虛擬展示便可以深深地吸引觀賞者的注意力，也使展示過程更加有序、清晰，能夠有效地引導觀賞者進行色彩或材質等虛擬交互過程，形成虛擬展示交流。該模塊可分為基于Virtools技術的動畫多媒體視頻制作與虛擬交互設計制作兩個部分。

三、晉作家具檔案虛擬展示平臺開發流程的實現

晉作家具虛擬展示平臺開發流程的實現是以晉作家具檔案圖片數據庫模塊為基礎的，在開發流程中設計晉作家具360度全景展示與基于Virtools技術的虛擬交互兩組并行模塊，其中的晉作家具檔案虛擬交互部分，是該平臺的重點與難點區域，開發流程見圖2。

圖2 晉作家具虛擬展示開發流程圖

（一）晉作家具檔案360度全景展示平臺開發

以山西太谷三多堂為例，在晉作家具全景展示設計中，Google相機拍攝三多堂內部空間的各個角度，每個角度都要繞體一周360度，真實還原其內部情況，在拍攝時相機應盡量貼近面部，這樣最終合成的效果更好，沉浸感更強，同時要盡量避免近景，遠離動態物體。圖片在導出后，由造景師進行合成，完成無縫拼接操作，達到數字虛擬展廳的生成。360度全景展示具有要求設施配置低、便捷、非專業人員也可使用。它已經成為互聯網虛擬展示的重要方式。觀賞者也可通過虛擬展廳提供各種操縱圖像的功能，進行視窗的放大或縮小，移動鼠標各個方向進行場景的觀看與漫游，并且可以使用手機與VR眼鏡進行虛擬現實的沉浸式體驗，達到模擬和再現還原場景的真實效果。

（二）晉作家具檔案虛擬交互平臺開發

1.3D模型制作階段。依托晉作家具檔案圖片數據庫的資料數據，可以制作材質貼圖。但是數據庫圖片由于拍攝角度等問題可能會存在缺陷或偏差，需要使用photoshop軟件進行后期處理，對于家具圖片的色彩與紋理進行修正，選取其中分辨度與精確度較高的紋理作為材質貼圖，存入模型貼圖庫使用。使用3Dmax軟件創建三維家具模型庫，VARY插件等進行材質賦予。晉作家具中如棖子、雕刻、鑲嵌等細部結構，盡量使用3D建模，如果模型過于復雜，會導致所占內存太大以至于服務器難以有效渲染。為了保證程序運行時流暢的需求，可以使用高質量材質貼圖進行替代；同時選取具有代表性的山西古建筑民居，如王家大院、何家大院等，進行室內模型3D建模制作，以便作為數字化博物館虛擬展廳的使用。由于VARY貼圖導入Virtools軟件后，材質貼圖可能會出現全黑而難以觀看的情況，因此貼圖文件格式要在同一文件夾命名，并以BMP文件格式進行保存。三維模型制作完成后導出，保存為NMO格式文件，以便導入Virtools虛擬現實軟件[4]。

2.Virtools程序制作階段。將晉作家具3D模型庫與山西古建筑室內場景模型庫分多次導入Virtools虛擬現實軟件界面。以某次單體晉作家具為例，晉作單體家具導入Virtools后，創建攝像機，以便進行觀察制作。可將該家具結構進行拆分，完成木制榫卯結構零件的制作，記錄晉作家具零件制作拼裝過程，生成晉作家具動畫多媒體視頻。用戶可點擊觀看，以便了解晉作家具結構與制作過程。同時在家具細部設置鏈接，使用戶可以通過鼠標對晉作家具進行色彩、選材、紋樣、細節構造、視角等的切換，完成與觀眾的虛擬交互過程。在晉作家具虛擬展示平臺設計完成后，用戶還可根據自己興趣與愛好將單體家具或成組家具導入山西古建筑室內場景模型庫，進行簡單方便的個性化操作，完成虛擬漫游和體驗。同時在晉作家具虛擬展示平臺發布前，要進行碰撞測試，防止家具移動過程中脫離地面或移到墻體外側[5]。

3.測試與發布。在完成所有模塊功能的單元測試與集成測試之后，使用VirtoolsMakeExe程序打包，制作獨立運行的exe程序，進行作品發布，最終完成晉作家具檔案虛擬交互模塊制作。

四、結語

在三大模塊制作完成后，統一運作、整合與網絡發布，生成晉作家具檔案虛擬展示平臺，并即時更新、維護與管理。用戶通過登陸晉作家具檔案虛擬展示平臺，可以更加形象生動地了解學習晉作家具造型藝術文化。這對于保護與傳承晉作家具，使之適應現代社會，滿足人們的精神物質需要與經濟要求，具有重要的借鑒意義。