陶瓷文化景觀AR系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

（景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)信息工程學(xué)院 江西·景德鎮(zhèn) 333403）

1 陶瓷文化景觀AR系統(tǒng)的開發(fā)意義

以習(xí)近平總書記視察江西重要講話精神為引領(lǐng)，不斷加深建設(shè)景德鎮(zhèn)國家陶瓷文化傳承創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)的責(zé)任感、使命感和緊迫感，秉承江西省委、省政府對于該試驗(yàn)區(qū)發(fā)展制定的“大文化、大品牌、大產(chǎn)業(yè)”要求，聚焦景德鎮(zhèn)千年陶瓷文化的保護(hù)、傳承與創(chuàng)新；同時，VR產(chǎn)業(yè)被列入了江西“2+6+N”產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量跨越式發(fā)展行動計劃，作為江西省重點(diǎn)打造的產(chǎn)業(yè)之一而具備得天獨(dú)厚的先發(fā)優(yōu)勢；此外，陶瓷文化是景德鎮(zhèn)享譽(yù)世界的“古色”文化旅游資源。基于以上背景，研究了采用Unity3D技術(shù)開發(fā)的陶瓷文化景觀AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）系統(tǒng)，旨在推動景德鎮(zhèn)國家陶瓷文化傳承創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)文化旅游的智慧化發(fā)展。

景德鎮(zhèn)陶瓷產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)千年發(fā)展，陶瓷文化景觀資源在景德鎮(zhèn)地區(qū)十分豐富，這些年來對陶瓷文化景觀資源的挖掘與利用工作一直在有序進(jìn)行，例如：景德鎮(zhèn)歷代瓷窯的復(fù)建復(fù)燒、傳統(tǒng)制瓷作坊的恢復(fù)等，相當(dāng)數(shù)量的陶瓷文化景觀從而得以重建、修繕，以實(shí)體形式展現(xiàn)在世人面前。

每一處陶瓷文化景觀資源都與傳統(tǒng)古法制瓷工藝或景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)陶瓷制作產(chǎn)業(yè)鏈上的各個環(huán)節(jié)相關(guān)。傳統(tǒng)古法制作陶瓷的工序共有72道，分大類共有8項(xiàng)，依次為：加工工序（8道）、造型工序（2道）、制模工序（9道）、成形工序（29道）、素?zé)ば颍?道）、上釉工序（8道）、釉燒工序（8道）和檢驗(yàn)工序（1道）。多年前，隨著電影《人鬼情未了》的熱播，陶瓷制作過程走進(jìn)人們的視野，但大眾比較熟悉的工序可能僅僅局限在“拉坯”、“燒窯”等。即使在如今這個陶瓷產(chǎn)業(yè)較為興盛的時代，古法制瓷中多道工序的傳承人數(shù)量非常稀少，個別工序由于學(xué)習(xí)成本高、掌握難度大更是面臨失傳的窘境。

面對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大機(jī)遇，數(shù)字技術(shù)賦能傳統(tǒng)文化景觀資源的保護(hù)與創(chuàng)新傳承已是必由之路。研究基于Unity3D的陶瓷文化景觀AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。一方面，陶瓷文化景觀資源（包括古法制瓷工藝、傳統(tǒng)制瓷產(chǎn)業(yè)鏈再現(xiàn)）的數(shù)字化保護(hù)與創(chuàng)新傳承需要不斷深耕挖掘，以回應(yīng)“世界意義、中國價值、景德鎮(zhèn)特色”的景德鎮(zhèn)國家陶瓷文化傳承創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略；另一方面，讓更多的民眾通過沉浸式體驗(yàn)景德鎮(zhèn)陶瓷文化景觀資源，了解傳統(tǒng)古法制瓷工藝、感受景德鎮(zhèn)精美陶瓷制品的繁復(fù)制作過程，可以進(jìn)一步彰顯景德鎮(zhèn)“古色”文化旅游資源的無窮魅力。

2 陶瓷文化景觀AR系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)需求分析

陶瓷文化景觀AR系統(tǒng)的功能性分析可以反映該系統(tǒng)能夠完成的各項(xiàng)功能，通過線上、線下發(fā)放問卷調(diào)查的形式，收集各類用戶對使用該系統(tǒng)的主要需求。在需求收集的過程中，經(jīng)統(tǒng)計，對陶瓷文化景觀場景呈現(xiàn)功能的需求人數(shù)為223人、對用戶管理功能與社區(qū)管理功能的需求人數(shù)分別為112人和134人。可見，用戶除了希望在這個系統(tǒng)中能夠體驗(yàn)到陶瓷文化景觀的各類人文、藝術(shù)等場景、了解到相關(guān)景觀的場景知識以外，還需要能夠進(jìn)行經(jīng)由社區(qū)分類進(jìn)行用戶分享、交流的功能。系統(tǒng)功能模塊圖如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)功能模塊

2.2 場景管理流程設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計前期，需要實(shí)地走訪與調(diào)查大量的陶瓷文化景觀，進(jìn)行標(biāo)記物的選定與景觀素材的高清拍攝。可以選擇不同的AR開發(fā)工具包進(jìn)行標(biāo)記物識別，本系統(tǒng)采用的AR開發(fā)工具包是Vuforia 9.0。通過高清拍攝采集真實(shí)場景的視頻或者圖像來獲取各類景觀的真實(shí)場景信息，并將這些真實(shí)場景信息保存到數(shù)據(jù)庫。通過本系統(tǒng)的虛擬場景生成單元可以完成虛擬場景的建模、管理、繪制；本系統(tǒng)的場景處理單元可以對虛實(shí)場景信息分別進(jìn)行分析和重構(gòu)，并結(jié)合傳感器等跟蹤設(shè)備的數(shù)據(jù)來分析虛擬場景和真實(shí)場景的相對位置，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的對齊并進(jìn)行虛擬場景的融合計算；通過本系統(tǒng)的顯示模塊可以在外部顯示器上顯示虛實(shí)疊加融合后的場景信息；用戶通過手機(jī)、平板電腦等設(shè)備可以完成對虛實(shí)結(jié)合場景的交互操作。虛擬場景和現(xiàn)實(shí)場景的協(xié)同工作流程見圖2所示。

圖2：場景管理工作流程圖

圖3：景德鎮(zhèn)窯燒窯場景圖

2.3 動畫疊加設(shè)計

為了實(shí)現(xiàn)多模式的虛實(shí)疊加功能，系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)三維模型、視頻、文字的疊加，還可以實(shí)現(xiàn)動畫的疊加。

此處以部分古法制瓷工藝動畫的制作流程為例進(jìn)行介紹。系統(tǒng)采用青瞳視覺出品的動作捕捉系統(tǒng)，由古法制瓷工藝傳承人穿上動作捕捉服在16個高清攝像頭下做古法制瓷相關(guān)工序的動作，同時在動作捕捉系統(tǒng)里導(dǎo)入骨骼剛體就可實(shí)時看到動作變化過程。由于動作的融合度與可辨別度可能會達(dá)不到質(zhì)量要求，通常需要進(jìn)行多次重復(fù)才能制作出一個完整的動作動畫。將錄制好的動作動畫保存為fbx類型文件，以備疊加使用。

2.4 動畫疊加效果實(shí)現(xiàn)

使用unity3D開發(fā)環(huán)境將人物模型、場景模型與動作捕捉動畫結(jié)合，具體步驟如下：將事先已經(jīng)制作完成的虛擬場景模型及人物模型導(dǎo)入unity3D中，同時把制作完成的動畫文件也放入對應(yīng)的模型文件夾下，接著創(chuàng)建Animator Controller控制器并給控制器命名，然后將動畫文件拖曳入Animator中，將Entry實(shí)例與產(chǎn)生的塊連接之后，再將控制器拖放到模型上，這樣就完成了動畫的疊加。最后在在Unity3D中導(dǎo)出相應(yīng)的APK文件。圖3為景德鎮(zhèn)窯（一種清代景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)柴窯）燒窯場景圖。

3 結(jié)語

積極主動融入景德鎮(zhèn)國家陶瓷文化傳承創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)的建設(shè)工作，這是前所未有的歷史機(jī)遇，基于AR技術(shù)為陶瓷文化“古色”旅游資源的傳承與保護(hù)，創(chuàng)新性地提供了一些有效思路。陶瓷文化旅游的智慧化發(fā)展，需要不斷豐富VR/AR產(chǎn)品的有效供給，也需要更多的跨界合作服務(wù)與成熟解決方案的研發(fā)。