次世代游戲制作技術(shù)在歷史文物復(fù)原中的應(yīng)用

劉宜東 黎婭

摘 要：數(shù)字化技術(shù)為我們修復(fù)殘損歷史文物提供了多種可能，當(dāng)下常見的歷史文物數(shù)字化路徑有數(shù)字拍攝、三維建模、照片建模，這三個(gè)方法在不同需求情況下具有各自的適宜性。在三維建模技術(shù)中，基于次世代游戲制作技術(shù)和PBR貼圖處理流程的數(shù)字化文物技術(shù)，在“逼真”復(fù)原的同時(shí)，兼顧了對(duì)歷史文物的再加工，結(jié)合游戲引擎，使文物的傳播途徑變得更加靈活。

關(guān)鍵詞：次世代;文物;復(fù)原

中國(guó)是一個(gè)具有悠久歷史和文化沉淀的國(guó)家，文物資源非常豐富。時(shí)間長(zhǎng)河沉淀的實(shí)體是最佳的歷史敘述者，隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，我們通過各種數(shù)字技術(shù)手段，能夠很好地再現(xiàn)這些文物的時(shí)代特征，可以從不同的角度對(duì)它進(jìn)行研究。馬浩嘉認(rèn)為：“歷史文物具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)三大價(jià)值。”[1]所以，在歷史文物的數(shù)字化修復(fù)過程中，我們應(yīng)當(dāng)從不同價(jià)值維度，適宜地采用相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)，因地制宜，讓其成為“有效”的敘事者。

1 當(dāng)下主流的文物數(shù)字化復(fù)原技術(shù)

早期的歷史文物數(shù)字化，是通過數(shù)碼相機(jī)對(duì)文物的每個(gè)角度進(jìn)行數(shù)字采集，盡可能多地?cái)z取文物的材質(zhì)細(xì)節(jié)、破損細(xì)節(jié)等，這種方法比較適用于對(duì)文物實(shí)體進(jìn)行快速的數(shù)字歸檔并建立資源庫。比如，上海博物館對(duì)其館內(nèi)的文物進(jìn)行每隔15至25度的數(shù)字拍攝，結(jié)合Unity3D游戲引擎和C#編程語言，通過鼠標(biāo)就可以對(duì)文物進(jìn)行趨于360度的環(huán)繞觀看。通過數(shù)碼相機(jī)對(duì)歷史文物進(jìn)行數(shù)字化處理，能夠較為真實(shí)地復(fù)原歷史文物的特征，能夠記錄其現(xiàn)有材質(zhì)肌理和風(fēng)化、腐蝕特點(diǎn)，對(duì)于科學(xué)研究、資料收集、藝術(shù)展示來說，是一種較為便捷的方式。不過，數(shù)碼照片也有局限性。首先是觀看的角度，除非進(jìn)行大量角度的預(yù)先拍攝，否則不可能做到對(duì)文物各角度進(jìn)行實(shí)時(shí)的查看。其次，數(shù)字照片雖然在建檔方面有著快捷性，但其再編碼過程顯得有些力不從心，比如，模擬歷史文物在時(shí)間推移過程中的變化，數(shù)字照片就無法勝任。

隨著個(gè)人電腦硬件的不斷升級(jí)，三維模型從簡(jiǎn)單的幾何造型脫離出來，進(jìn)而可以完成高精度的制作，在各類魔幻、科幻作品中都有所體現(xiàn)，因此，通過高精模型的創(chuàng)建來對(duì)歷史文物進(jìn)行數(shù)字化成為可能。“傳統(tǒng)常用的三維數(shù)字建模技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、建筑測(cè)繪等行業(yè)已普遍使用，而在文物保護(hù)和博物館虛擬化展示等方面也做了一些嘗試”，[2]當(dāng)下通過Zbrush、Mudbox等數(shù)字雕刻軟件，能夠最大限度地還原文物的細(xì)節(jié)，再使用貼圖，能使文物特征逼真再現(xiàn)。雖然這樣的方式讓我們可以360度無死角觀看，文物也可以對(duì)模型進(jìn)行再編碼，制作特效動(dòng)畫，但高精模型的雕刻周期較長(zhǎng)，在時(shí)效性上略顯不足。

將前兩者的數(shù)字化進(jìn)程結(jié)合，便是照片建模技術(shù)。顧名思義，是指通過相機(jī)等設(shè)備對(duì)物體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過某種算法進(jìn)行圖形圖像處理，從而自主生成被拍攝物體的三維模型的技術(shù)。其流程是通過攝像設(shè)備對(duì)文物進(jìn)行各個(gè)角度的數(shù)字采集，并把數(shù)據(jù)傳給專門處理的軟件，比如Agisoft Photoscan，再用其進(jìn)行多視點(diǎn)自主建模。照片建模雖然融合了照片和三維建模各自的優(yōu)點(diǎn)，但也有局限性。一些較為低端的照片建模軟件無法達(dá)到要求的精度，而較高端的照片建模技術(shù)造價(jià)也不便宜。再者，如果我們創(chuàng)建數(shù)字文物的作用在于展示和傳播，則需要進(jìn)一步進(jìn)行人為論證，這就需要制作者對(duì)文物進(jìn)行藝術(shù)加工處理。這時(shí)，照片建模所產(chǎn)生的模型布線就不便于后期對(duì)其進(jìn)行UV拆分和貼圖繪制，乃至動(dòng)畫制作。

2 次世代游戲制作技術(shù)在歷史文物修復(fù)中的應(yīng)用

數(shù)字化歷史文物技術(shù)在不同定位語境下具有各自的適用性，照片建模技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)采集要求較高，對(duì)于大型空間的數(shù)據(jù)采集，在設(shè)備造價(jià)上不具備優(yōu)勢(shì)。而“次世代游戲制作技術(shù)通過一張或多張貼圖（法線貼圖、高光貼圖、漫反射貼圖、環(huán)境光照貼圖），把三維高模（通常擁有上百萬個(gè)面的數(shù)據(jù)）上擁有的豐富細(xì)節(jié)體現(xiàn)在低模（根據(jù)計(jì)算機(jī)渲染運(yùn)算能力，通常幾千到幾萬面不等）上，這樣做優(yōu)化了計(jì)算機(jī)處理圖像的能力”，[3]既能最大限度地還原文物的物理特性，又能在各大游戲引擎軟件如UE4、Unity3D等中進(jìn)行“互動(dòng)”設(shè)計(jì)，在文物復(fù)原的同時(shí)，增強(qiáng)歷史文物的“可讀性”。次世代游戲制作復(fù)原歷史文物的具體流程主要有七個(gè)部分。第一，通過照片的數(shù)據(jù)采集，對(duì)需要數(shù)字還原的文物進(jìn)行采集，再分析照片各個(gè)細(xì)節(jié)的處理方案。第二，利用3dsmax、Maya、Soli、bender等三維軟件建立文物的中模。中模只需涵蓋文物的基本外形結(jié)構(gòu)即可，模型布線勻稱規(guī)則，以便后期進(jìn)行數(shù)字雕刻。第三，將之前制作的中模OBJ文件導(dǎo)入Zbrush數(shù)字雕刻軟件，對(duì)比文物照片進(jìn)行破損、細(xì)節(jié)的精細(xì)刻畫。第四，利用TopoGun拓?fù)滠浖谱魑奈锬Ｐ偷牡湍！５谖澹湍Ｕ筓V。第六，利用PS、Bodypaint、Substancepaint制作模型貼圖，目前主流的貼圖流程為PBR流程，PBR即基于物理的渲染，是一套嘗試基于真實(shí)世界光照物理模型的渲染技術(shù)合集，使用了一種更符合物理學(xué)規(guī)律的方式來模擬光線，以達(dá)到更真實(shí)的渲染效果。它將傳統(tǒng)的次世代游戲通過高光（Specular）貼圖來制作文物材質(zhì)的方式細(xì)化為了貼圖，即金屬強(qiáng)度（Metallic）和光滑強(qiáng)度（Smoothness），之前的做法類似于我們使用 “計(jì)算機(jī)語言”紅綠藍(lán)（RGB）定義顏色。PBR技術(shù)類似于使用“人類語言”定義顏色，即飽和度和亮度（HSB）。PBR會(huì)讓流程更標(biāo)準(zhǔn)化，方便大規(guī)模協(xié)作。第七，導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D游戲引擎進(jìn)行互動(dòng)環(huán)節(jié)的開發(fā)。次世代制作技術(shù)伴隨著數(shù)字雕刻軟件的成熟而發(fā)展，最初由于計(jì)算機(jī)硬件的限制，對(duì)貼圖的尺寸有著嚴(yán)格的要求，因此早期的次世代游戲制作很難逼真還原文物的各種細(xì)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷完善和研發(fā)，無論是操作系統(tǒng)平臺(tái)還是游戲引擎，都開始支持4K級(jí)別貼圖的開發(fā)制作，我國(guó)也在超高清顯示設(shè)備上加快研發(fā)，以后8K、16K等超高清分辨率不再只是想象，這讓文物的細(xì)節(jié)體現(xiàn)得更加細(xì)膩，讓數(shù)字模型的特征輸出更加出色。羅奧指出：“四川美術(shù)學(xué)院的周教授就有關(guān)于古生物復(fù)原的研究項(xiàng)目，他的團(tuán)隊(duì)能夠從皮毛層面對(duì)滅絕生物進(jìn)行數(shù)字復(fù)原，使從未見過的生物在計(jì)算機(jī)里變得栩栩如生。古生物如此，可見復(fù)原歷史遺跡應(yīng)當(dāng)也是可行的。”[3]因此，采用次世代游戲制作技術(shù)，通過PBR貼圖流程能夠在做到“逼真”還原的文物前提下又對(duì)文物進(jìn)行藝術(shù)加工，符合大眾的審美需要，使得傳播方式更加靈活。

3 結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)使歷史文物數(shù)字化的過程變得更加豐富，不過我們也應(yīng)該對(duì)文物數(shù)字復(fù)原的定位有一個(gè)明確的把控。如果我們需要對(duì)歷史文物進(jìn)行藝術(shù)加工處理，并方便其傳播中國(guó)歷史，傳承優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，那“真實(shí)性”不再是唯一訴求，我們應(yīng)當(dāng)在“逼真”的前提下，合理地對(duì)歷史文物的數(shù)字模型進(jìn)行改造，而不是一味技術(shù)至上，追求真實(shí)還原，陷入“工具理性”的制作觀念，使數(shù)字文物模型顯得過于“粗糙”，無法起到“傳播”的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬浩嘉.淺析新時(shí)代文物的歷史文化價(jià)值及其傳播創(chuàng)新[J].科技風(fēng)，2019（1）：213.

[2] 馬歡歡，趙清坡. Agisoft Photoscan照片建模技術(shù)在考古中的應(yīng)用[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2016（4）：144.

[3] 羅奧，范伊然.數(shù)字化技術(shù)對(duì)歷史文化傳播影響研究[J].藝術(shù)科技，2017（5）：26.

作者簡(jiǎn)介：劉宜東，男，重慶人，碩士研究生，重慶電子工程職業(yè)學(xué)院數(shù)字媒體學(xué)院講師，研究方向：動(dòng)畫，游戲，數(shù)字藝術(shù)。

黎婭，女，重慶人，碩士研究生，重慶電子工程職業(yè)學(xué)院數(shù)字媒體學(xué)院講師，研究方向：美術(shù)學(xué)。