基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）平臺(tái)的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護(hù)研究

【摘要】依據(jù)我國《文物保護(hù)法》，如同古人類化石一樣，具有科學(xué)價(jià)值的古脊椎動(dòng)物化石同樣是我國重要的科學(xué)文化遺產(chǎn)，屬于國家珍貴文物，受到國家保護(hù)。數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，為古生物復(fù)原及保護(hù)提供了全新的技術(shù)支持。本文以諸城恐龍博物館為例，對(duì)利用混合現(xiàn)實(shí)（MR）平臺(tái)實(shí)現(xiàn)古生物數(shù)字化復(fù)原與保護(hù)進(jìn)行研究，可以為山東乃至全國今后的相關(guān)研究提供參考，具有積極的價(jià)值與意義。

【關(guān)鍵詞】混合現(xiàn)實(shí)（MR）平臺(tái)；古生物；數(shù)字化；復(fù)原；保護(hù)

【中圖分類號(hào)】Q914 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)人們的工作、學(xué)習(xí)、交流、娛樂方式進(jìn)行了重塑，并帶來了變革性新體驗(yàn)。美國市場調(diào)研公司的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)，2017年至2025年間，混合現(xiàn)實(shí)的市值將達(dá)到1.87億美元，其增長率高達(dá)38.06%。目前，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于娛樂領(lǐng)域，但是隨著這一技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展與普及，其在教育、文化事業(yè)等方面的應(yīng)用也將顯著增長。不可否認(rèn)，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將逐步成為今后人們?nèi)粘Ｉ钪械闹鲗?dǎo)技術(shù)。就博物館發(fā)展而言，已經(jīng)步入傳統(tǒng)博物館、流動(dòng)博物館與網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館齊頭并進(jìn)的時(shí)代，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)為博物館古生物復(fù)原與修復(fù)提供的了新的發(fā)展方式與方向，極大地延伸了博物館的服務(wù)空間與教育功能，不僅能更好地保護(hù)古生物遺產(chǎn)資源，還能有效滿足當(dāng)下民眾的多元化需求。由此可見，將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于古生物復(fù)原與保護(hù)具有可行性，對(duì)其進(jìn)行研究具有必要性。

一、混合現(xiàn)實(shí)（MR）平臺(tái)概述

（一）混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)概念

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)通過以數(shù)字信息處理技術(shù)為基礎(chǔ)對(duì)現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行重新整合，從而構(gòu)建新的創(chuàng)作平臺(tái)。換言之，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將現(xiàn)實(shí)場景信息引入到虛擬環(huán)境中，在現(xiàn)實(shí)世界、虛擬世界及用戶之間構(gòu)建一個(gè)可以進(jìn)行交互反饋的信息回路，這樣可以有效強(qiáng)化用戶體驗(yàn)的真實(shí)感。混合現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的構(gòu)建可以描述并實(shí)現(xiàn)古生物學(xué)家與數(shù)字媒體藝術(shù)家的創(chuàng)作意念。通過這一平臺(tái)，利用數(shù)字傳播媒體將基于數(shù)字技術(shù)的信息系統(tǒng)向古生物學(xué)家發(fā)布，可以實(shí)現(xiàn)一種互動(dòng)式科學(xué)探索與研究過程。對(duì)混合現(xiàn)實(shí)平臺(tái)而言，其具體表現(xiàn)形式有以下幾種：互動(dòng)裝置、數(shù)字影像數(shù)據(jù)庫、動(dòng)畫模擬、網(wǎng)絡(luò)傳播、多媒體藝術(shù)等。

（二）混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)特征

通過對(duì)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與實(shí)踐進(jìn)行梳理與分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下幾個(gè)主要特征：其一，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)虛擬結(jié)合性。即將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界進(jìn)行合并，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建新的可視化環(huán)境。在新構(gòu)建的可視化環(huán)境中，物理對(duì)象與數(shù)字對(duì)象是共存的，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。由混合技術(shù)的概念可知，該技術(shù)是將現(xiàn)實(shí)場景與虛擬場景進(jìn)行結(jié)合，并使其與用戶共同構(gòu)建可以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)真實(shí)感的一個(gè)交互反饋的信息回路。基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的這一特性，我們可以發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)可以與現(xiàn)實(shí)世界事物進(jìn)行交互的環(huán)境，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)就在于與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互及信息的及時(shí)獲取；其二，交互性。大眾通過混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在更真實(shí)的環(huán)境中對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行自主控制及多角度的觀察與參與；其三，綜合性。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其是計(jì)算機(jī)數(shù)碼技術(shù)、通信技術(shù)，信息掃描等的綜合體。

二、基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）平臺(tái)的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護(hù)研究——以諸城博物館為例

（一）諸城博物館運(yùn)用混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)的需求分析

就諸城恐龍博物館而言，目前該博物館對(duì)古生物化石的主要展出方式為實(shí)物標(biāo)本陳列，其模擬廳仍然采用較為傳統(tǒng)的材料來對(duì)恐龍各種形態(tài)情景進(jìn)行模擬。環(huán)幕電影廳雖有部分4D效果虛擬實(shí)景模擬，但存在效果制作真實(shí)性不足且畫面較為粗糙等問題。通過對(duì)來館參觀的民眾進(jìn)行調(diào)查，其中大部分參觀者反映的普遍問題有三個(gè)：其一，枯燥乏味、不直觀；其二，信息傳遞量不足；其三，參與互動(dòng)性欠缺等。對(duì)新型自然博物館而言，尤其是涉及古生物科學(xué)遺產(chǎn)文化的博物館，其在活動(dòng)開展的過程中應(yīng)強(qiáng)調(diào)推廣過程的互動(dòng)性、參與性與體驗(yàn)性，這剛好符合將虛擬技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合在一起的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性和優(yōu)勢。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用極大契合了大眾對(duì)古生物知識(shí)的需求，豐富了自然景觀的表現(xiàn)方式，同時(shí)提升了古生物文化資源保護(hù)與利用的效率，順應(yīng)我國重點(diǎn)支持遺產(chǎn)文化推廣趨勢。具有新穎直觀的表現(xiàn)形式及較強(qiáng)互動(dòng)性的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，成為大眾了解、保護(hù)古生物實(shí)物及遺跡最有效的實(shí)施方式和手段。由此可見，諸城恐龍博物館運(yùn)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)館藏古生物資源進(jìn)行修復(fù)與保護(hù)既是建設(shè)的需要，又是發(fā)展的需要。

（二）混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)對(duì)古生物復(fù)原與保護(hù)的有效性分析

首先，基于很混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征，其對(duì)古生物博物館實(shí)物展出與推廣工作的高效、優(yōu)質(zhì)開展具有積極價(jià)值。一般而言，古生物在保存及展出過程中都面臨一定的約束性，即要在特定的時(shí)間或地點(diǎn)內(nèi)，通過現(xiàn)存挖掘展品與復(fù)制品的方式進(jìn)行展出，這兩種展出方式的傳播速度與廣度都略顯不足。對(duì)此，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)這一缺陷進(jìn)行補(bǔ)充。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含著三維動(dòng)畫模擬技術(shù)、三維掃描技術(shù)與互動(dòng)裝置等一系列新的技術(shù)與藝術(shù)手段，可以更加直觀、完整及藝術(shù)性地對(duì)古生物文化進(jìn)行展示，能有效提升古生物博物館實(shí)物展出與推廣工作的實(shí)效性。此外，利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)把原本存在或者可能存在的物種的生存狀態(tài)及演化過程進(jìn)行復(fù)原和模擬，并對(duì)某些跨度較大或進(jìn)程異常緩慢的古生物物種變化進(jìn)行集中展現(xiàn)，在這一過程中對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的利用可以提升古生物資源的娛樂性，提升人們對(duì)古生物的興趣，從而助推古生物博物館實(shí)物展出與推廣工作效率；其次，對(duì)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的合理利用，有利于古生物數(shù)字化復(fù)原與保護(hù)工作的具體落實(shí)。隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的日臻完善，集合兩種技術(shù)優(yōu)勢的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被推廣應(yīng)用于現(xiàn)代智能醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其所取得的科研成果已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。同時(shí)國外著名自然博物館對(duì)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)形成了較為成熟的設(shè)計(jì)方案，并取得了一定的實(shí)施效果，由此可見，在諸城恐龍博物館遺產(chǎn)文化推廣中利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將有利于相關(guān)工作的落實(shí)。

（三）混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)應(yīng)用于古生物復(fù)原與保護(hù)的要點(diǎn)分析

首先，要明確在混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于古生物復(fù)原與保護(hù)的過程中，展示的核心是古生物化石而不是技術(shù)手段。古生物數(shù)字模型的構(gòu)建要兼具科學(xué)性與典型性。在構(gòu)建古生物數(shù)字模型時(shí)，要對(duì)化石的相關(guān)知識(shí)及其所生存時(shí)代的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行全面了解，探索化石及其背后的故事，并通過技術(shù)手段進(jìn)行還原，力求內(nèi)容表現(xiàn)與技術(shù)應(yīng)用的和諧統(tǒng)一；其次，對(duì)于古生物化石資源來說，其具有不可再生性與不可替代性，需要相對(duì)固定的、恒濕與恒溫的保存環(huán)境，利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將這些化石標(biāo)本數(shù)字化復(fù)原，然后將真實(shí)資源進(jìn)行合理保藏，不僅可以保護(hù)模式標(biāo)本，還能讓更多的參觀者了解科學(xué)研究進(jìn)展，大幅度提升博物館科學(xué)傳播的力度；最后，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是科學(xué)與藝術(shù)的有機(jī)結(jié)合，不僅可以強(qiáng)化化石展示的視覺效果，還能喚起民眾對(duì)古生物的認(rèn)知與記憶。由于目前大部分化石并不是完整的，所以利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)復(fù)原古生物化石，需要盡可能多地參照同類化石標(biāo)本，這樣才能還原古生物基本結(jié)構(gòu)與細(xì)節(jié)，使復(fù)原模型更接近實(shí)際。

（四）基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）平臺(tái)的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護(hù)的未來發(fā)展趨勢

通過對(duì)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行研究，我們可以對(duì)基于混合現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護(hù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行以下推測：其一，混合現(xiàn)實(shí)+人工智能。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人工只能技術(shù)的結(jié)合將會(huì)帶來新的、關(guān)鍵的技術(shù)變革，兩種技術(shù)的有效結(jié)合將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)目前不能達(dá)到的事情。如我們所知，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將物理現(xiàn)實(shí)與數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行疊加，以此為用戶構(gòu)建一套全新的交互體驗(yàn)，而人工智能技術(shù)的融入可以對(duì)這一體驗(yàn)進(jìn)一步提升。此外，對(duì)人工智能技術(shù)而言，云計(jì)算技術(shù)是其發(fā)展的一個(gè)催化劑，基于云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)可以更好地幫助混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)理解物理對(duì)象。由此可見，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人工智能技術(shù)的融合可以給用戶帶來更持久的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)感；其二，沉浸式交流。對(duì)于目前的全息體驗(yàn)而言，其是孤獨(dú)或孤立的，但混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來要打造的應(yīng)是可共享的。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的是更加沉浸式的溝通交流方式，進(jìn)一步解除現(xiàn)實(shí)場景中的空間限制，降低混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用成本，提升其應(yīng)用便捷性。

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作者簡介：田永江（1981-），男，漢族，山東諸城人，碩士研究生，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)漫與傳媒學(xué)院，副教授，研究方向：影視動(dòng)畫。

基金項(xiàng)目：山東省藝術(shù)科學(xué)重點(diǎn)課題“基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）平臺(tái)的古生物數(shù)字化復(fù)原與保護(hù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：201806597）。