宋代界畫裸眼立體三維數字化展示研究

孫旭苗

溫州大學美術與設計學院

一、研究背景

作為傳統繪畫中獨立的繪畫主體，界畫用其獨特的藝術語言生動地記錄了中華民族各個歷史時期不同的社會風貌和審美風格。但歷代名家畫論對其評價并不太高，以至于界畫在后世并未受到過多重視，這也在一定程度上影響了界畫的發展。如唐代繪畫理論家張彥遠在《論畫六法》中評論“至于臺榭樹石，車輿器物，無生動之可擬，無氣韻之可侔，直要位置向背而已。” 這種評價間接導致了界畫畫家的傳記及其畫作極少被收錄于畫史典籍，使得后世對中國古代建筑畫的研究具有一定的局限性與難度。盡管如此，在歷史上，歷朝歷代仍然有許多畫家致力于創作優秀的界畫作品。正是他們嘔心瀝血所創作的畫作流傳至今，才使后世擁有更加豐富翔實的珍貴歷史文化資料，也為后世了解當時的建筑風格，了解當時的社會生活狀況、市場民俗風貌提供了便利。而目前對界畫的學術研究是通過從建筑圖像的研究到對建筑本體及其文化底蘊的研究，從而深入探索其所蘊含的生態思維、審美意蘊和更高層次的歷史文化內涵。由于界畫所具備的高度審美價值和寶貴的歷史意義，值得我們給予充分的關注。

一般而言，人們可以通過多種方式感知物質世界，例如視覺、聽覺和嗅覺。其中，視覺數據占人類感知信息總量的80%以上，因此，視覺是獲取外界信息的主要渠道。隨著互聯網技術的發展，3D影像的出現可以滿足人們對沉浸感和新鮮感的需求，但這種技術在古代傳統繪畫中很少使用。鑒于此，以宋代界畫為研究出發點，運用數字三維重建與裸眼立體技術，將畫作從二維平面轉向三維空間到四維時間的裸眼動態立體展示。從宋代的社會背景和審美思維等角度來探討界畫的發展，并運用裸眼動態立體技術對其進行全面綜合的解析，使得人們能夠重新審視界畫在畫學中的地位以及價值，為大畫學科添磚加瓦。

在《“十三五”規劃》中明確提出要發展新一代裸眼3D顯示技術，裸眼3D被定性為“最有生命力且終將成為顯示技術共性平臺的下一代顯示技術”。 裸眼3D技術不管在現在還是在未來都有著巨大的潛力，且由于國家政策的推動與大力支持，國內外很多公司都在積極涉足裸眼3D技術領域，隨著我國經濟的不斷發展，產業發展環境也更加成熟，人們物質生活水平的提高和日益增長的審美需求，使得裸眼3D技術的創新發展勢在必行。通過對宋代界畫的數字化立體展示研究，進一步打破傳統與現代的界限，克服傳統文化與現代科學技術結合的阻礙和諸多限制，為宋代界畫的再呈現注入新鮮的血液。

二、研究內容

采用數字三維重建與裸眼立體技術，利用攝影測量在電腦模擬產生三維的虛擬畫作，結合裸眼立體技術，在裸眼3D顯示器上展示動態虛擬且立體地界畫畫面，構建一個虛實疊加的觀賞效果。裸眼動態立體的實時交互盡可能展現宋代界畫畫作的色彩、景象、層次，實現界畫風格的虛擬仿真，使觀者產生觸手可及且身臨其境般的視覺、觸覺等感官的模擬體驗。具體內容如下：

（一）構建宋代界畫三維數字場景，通過資料收集、技術提煉，進行宋代界畫三維建構方案設計。通過 maya、3dmax、photoshop 等三維軟件和平面軟件進行宋代界畫的建模、色彩材質表現與內外參數分析，完成界畫的三維構建。其具體有五大步驟：

1.圖像獲取：在進行圖像處理之前，使用相機獲取畫作的 2D 圖像；

2.攝像機標定：通過攝像機標定來建立有效的成像模型，結合圖像的匹配結果得到空間中的三維點坐標，從而達到進行三維重建的目的；

3.特征提取

4.立體匹配：根據所提取的特征來建立圖像之間的一種對應關系，也就是將同一物理空間點的兩幅不同圖像中的成像點一一對應起來；

5.三維重建：有了比較精確的匹配結果，結合攝像機標定的內外參數，就可以獲得三維場景信息。

（二）構建界畫裸眼3D動態的虛擬仿真交互。采用4K裸眼立體顯示器構建人機交互界面下的裸眼呈現，完善和實現界畫的沉浸式交互體驗，技術實現具體步驟如下：

1.三維圖像輸入：拉伸、拆分和緩存輸入的三維圖像；

2.多視點視圖：生成9個不同視點的視圖，每個視圖略有不同；

3.圖像融合：將生成的9個不同視點的視圖按照柱狀透鏡裸眼3D顯示屏子像素排列要求進行排列，合成裸眼3D圖像，并送到HDMI接口；

4.圖像輸出。

（三）實現觸手可及且身臨其境般的視覺、觸覺等感官的虛擬交互與體驗。不需要電腦和沉浸式立體頭盔設備，體驗超乎常規的虛擬仿真畫面，從而在虛實疊加的觀賞環境中，吸引更多的人深入了解宋代界畫的歷史背景和其傳承的優秀文化精神。

（四）向溫州大學美術與設計學院師生開放體驗測試平臺，測試并優化裸眼動態立體仿真界畫的藝術性、文化性、繪畫性及交互性體驗。根據師生測試結果優化畫面內容，再次向外院師生開放體驗測試平臺，根據測試結果對項目做最終優化，從而完善項目成果。

此外，通過研究的不斷實踐測試優化，來繼續探索和研究其可拓展性，從而加大推廣力度。

三、研究特色

（一）探索裸眼動態立體顯示在古代傳統繪畫中的應用價值。

（二）本項目盡可能使虛擬動態立體展現的畫面接近還原宋代界畫畫作的風格、色彩、景象、層次，實現界畫風格的虛擬仿真。

（三）宋代界畫具有繪畫性、藝術性、文化性，裸眼動態立體虛擬仿真能夠在基礎上放大其優良的特質，實現宋代界畫文化內涵的有效傳播。

（四）人機交互界面下的裸眼呈現，有利于觀者自主、實時、創新地進行裸眼交互體驗，進一步探索畫作背后的深層內涵與創作背景。

（五）有利于為古代建筑研究提供新的研究方向，新的研究視角，進一步解讀宋人理想的城市、建筑和環境。

（六）裸眼3D技術對宋代界畫的傳承性創新與展示提供了新的途徑。以宋代界畫為核心，以裸眼3D技術為技術基礎。裸眼3D技術作為新興技術，它不僅在表現形式上改變了宋代界畫，也為宋代界畫帶來了傳統傳承形式的創新。通過裸眼3D技術制作出來的宋代界畫動態立體形象會更適合現代大眾的觀賞口味。比較以往傳統形式的宋代界畫，新的裸眼動態立體界畫能夠提升觀者欣賞畫作時視、感等多重感知，帶來充滿沉浸感的觀畫感受，讓更多當代年輕人更容易主動接觸并了解宋代界畫的歷史意義，并且為學術界深挖界畫中蘊含的生活思想、美學內涵以及更高層次的文化意義提供新的研究途徑與方向。

四、研究必要性

（一）將對宋代界畫的起源、演變及社會背景、文化心理、藝術品格、美學思想等進行系統梳理。

（二）通過對宋代界畫的虛擬仿真創新呈現，分析界畫作為中國傳統繪畫的形式、內容、表現技法和藝術特征。且人機交互界面下的裸眼動態呈現，有利于觀者自主、實時、創新地進行裸眼交互體驗，進一步探索畫作背后的深層內涵與創作背景，實現對宋代界畫的進一步深入研究以及發展與傳承。

（三）開發發掘界畫對中國古代社會生活和繪畫發展的意義。

（四）宋代界畫由二維平面轉入三維空間到四維時間的動態立體顯示，裸眼動態立體效果增添界畫的趣味性、生動性、觀賞性與沉浸交互性，激發當代新青年對古代傳統畫作的了解興趣，實現對界畫文化的有力傳承。

（五）宋代界畫具有繪畫性、藝術性、文化性，研究盡可能使虛擬立體展現的畫面接近還原宋代界畫畫作的風格、色彩、景象、層次，實現界畫風格的虛擬仿真。裸眼動態立體虛擬仿真能夠在基礎上放大其優良的特質，實現宋代界畫文化內涵的有效傳播。

（六）目前，在裸眼立體顯示相關專業范圍內，對界畫的立體呈現和研究的還非常少見，因此，此研究具有前瞻性和引領性，特色十分明顯。

五、研究技術方案

（一）實驗研究階段

1.研究的初期階段，首先確定研究課題，通過文獻和案例資料的收集分析以及實地考察調研的實物資料、圖像資料分析，深入研究界畫文化內涵、風格特征、畫作筆法技藝以及核心技術提煉；

2.研究的中期階段，在做好充足的前期調研工作之后，對宋代界畫進行數字三維重建與裸眼3D技術應用，利用 maya、3dmax、Photoshop 等三維建模軟件和平面軟件對界畫進行圖像獲取、攝像機標定、特征點提取、立體匹配以及三維重建，分析其色彩材質表現及內外參數等，從而獲取完整的界畫三維場景信息；將獲取的界畫三維場景圖像輸入4K裸眼3D顯示器中，進行拉伸、拆分以及緩存，通過多視點視圖模塊、圖像融合模塊對界畫三維圖像進行技術處理，最終輸出界畫的裸眼3D圖像，完成宋代界畫虛擬裸眼動態畫面的呈現；

3.研究的后期階段，運用行動研究法不斷進行測試、優化，通過實踐應用檢驗宋代界畫虛擬仿真是否能夠較高程度的體現畫作的文化性、繪畫性與藝術性，最后形成完整的研究報告。

（二）示范推廣階段

1.虛擬化布展，演示版本作品發布到網絡端進行推廣。首先進行小范圍推廣，向溫州大學美術與設計學院師生開放體驗測試平臺，進行項目推廣的同時便于收到有效的優劣點反饋，根據反饋信息及時地作出技術修改、調整；進一步優化以后，再次向外院師生開放體驗測試平臺達到項目推廣的目的并且根據測試結果對項目做最終優化，從而完善項目成果。

2.與數字展廳、數字科技博覽會及博物館接軌，進行線下優化版本推廣。通過小范圍的試推廣，使項目成果趨于成熟。與文化、科技平臺進行線下接軌，創新呈現的裸眼動態立體界畫畫作滿足參觀者精神審美需求的同時，引發其深入探究界畫文化內涵及意義的興趣，從而達到的不僅是對項目的推廣，更多的是對傳統文化的傳播與推廣，進而達到重新審視界畫的地位、影響及其價值，填補畫學中界畫研究的某些空白或為大畫學科建設添磚加瓦的目的。

六、結語

對宋代界畫進行數字化立體展示和藝術再現，其一是為呈現界畫曾經達到過的高度輝煌，提高當前我國社會對于傳統文化的自信；其二，也是為界畫今后的文物實物保護、貯存進行最基本的準備工作。宋代界畫之中所體現出的中國古代建筑及社會風貌，對于現代中國社會有著巨大的研究價值和歷史價值，將為大畫學科及中國當代建筑創作注入活力和提供借鑒。