基于Unity3D的法器類文物虛擬展示系統

徐帥玉 楊曉波

摘要：隨著三維技術的發展，三維虛擬展示將取代二維展示而成為主流。為了積極響應習近平總書記文化建設和文化保護傳承的號召，讓大眾能夠近距離觸摸文物，基于Unity3D進行虛擬展示開發，以西藏法器類文物為例，通過三維激光掃描采集、照片建模、3ds Max三維建模等方法建立法器三維模型，用UGUI設計制作三維展示交互界面，用C#語言來實現文物移動展示、旋轉縮放展示等功能，搭建了一個既能還原法器樣貌，又能突出展示法器的模型，也可以讓游客有著全方位觀看體驗的展示系統，并可通過網絡、移動終端發布觀看也可和實地展覽。

關鍵詞：虛擬展示；3ds Max；Unity3D；文物

中圖分類號：TP391.9文獻標志碼：A

0引言

目前文物展示方式的發展方向由于文物的珍貴性和復雜性開始在虛擬展示的方向探索發展。在信息科技迅速發展的今天，互聯網是最便捷的知識獲取地帶，利用新技術來重建出虛擬逼真的歷史文物，為展示歷史文物提供一條嶄新方便的道路。新時代的虛擬現實技術既開闊了觀看者的視聽感應能力，還改變物體的形態和產品服務方式。國家對虛擬技術的應用給予高度關注，并對文物保護的應用也起到了重要作用，而且提供了文物展示、保護、研究的更多方式，更有效緩解歷史文化資源的保護和利用之間的矛盾，這樣不僅可以擴展歷史文化資源的信息傳播的范圍，也為文物展示技術的事業發展提供更加先進的科技支持。運用虛擬技術，全面、大量地展示了文物，既能使文物保存更加安全，又可以長遠的保存文物。虛擬現實與網絡的結合，將文物的展示和保護水平提升到一個新的層次，并為文物的展示和保護提供新的渠道。利用虛擬技術的優勢，可以更全方位，更加立體的，形象逼真的進行文物展示，因為它對于所有人展示出來的是視覺上的強烈沖擊，尤其是對于外在表現十分重視的展示行業，可以幫助文物迅捷地邁入虛擬時代，進一步實現新時代的文物展示新方法[1]。

1虛擬展示概述

虛擬展示的方式目前主要有二維和三維兩種形式。而二維展示是基本的圖形技術，通過二維影像的形式對物體進行虛擬展示，但基于二維圖像的局限性，人們對物體的認識并不形象生動，對物體的認識也不能充分地展現出物體的外貌和特征，偏于主觀的想象。實現對物體三維模型虛擬展示的設計和流程一般是，先通過三維掃描儀器獲取物體的三維數據；二則利用3D建模軟件建立物體的3D模型；然后使用3D渲染技術設計、3D交互設計以及各種虛擬技術，最后構成物體的虛擬展示平臺。本論述使用的三維虛擬展示技術Untiy3D，是目前用于游戲制作的引擎之一，由于它跨平臺應用性良好，可以實現實時三維影像創建和可視化展示，被很多行業用于產品的可視化虛擬仿真設計和展示系統的研究中，并取得了良好的成果。Unty3D在圖形表現處置上面，擁有高度優化的圖形渲染通道和內建的NVIDIA PhysX物理引擎，通過GUI粒子系統、聲效等輔助手段模擬物體二維空間下的運動和碰撞，能夠給用戶真實反饋。Unity3D能和主要的相關程序實現協同工作并支持主流的文件格式。Unity3D作為42%的用戶使用率，廣泛應用于在VR，AR，MR，游戲及虛擬仿真領域[2]。

2三維模型準備

2.1三維建模

根據藏傳佛教法器的不同材質采用不用的三維建模方法，使用三維激光掃描采集、照片建模、3ds Max三維建模等方法建立藏傳佛教法器三維模型。

三維激光掃描建模方法需要依靠三維激光掃描儀實現信息數據的搜集，例如手持式三維激光彩色掃描儀VIUscan，可以準確真實的呈現物體效果，使掃描過程更加便捷，并且界面非常易于操作。掃描流程：首先需要工件準備貼好定位點，確定好參考位置，其次打開應用程序VXelements調整參數設定，新建項目，點擊掃描，即可開始掃描，配置傳感器，然后調入定位點，獲得數據，保持好合適的掃描距離，就可以編輯掃描數據，掃描結束后保存為.obj格式文件，保存結果。

照片建模則是使用手機或者數碼相機等拍攝工具，拍攝原始圖像集，比如PhotoScan軟件照片建模流程，先對拍攝照片進行簡單的篩選，刪除模糊不清、不能使用的照片。然后打開PhotoScan軟件，選擇工作流程添加上所有照片的文件夾，將經過篩選的照片導入。即可在軟件中將照片進行對齊，在這一步可以對質量進行選擇，為了得到更好、更精確的效果，建議全部選擇“最高”質量。繼而可以根據工作流程繼續下去，再進行密集點云的建立，密集點云的生成影響著后期生成面片的效果，點云如果越密集，生成的面片數就會越多，最終呈現的效果就會越逼真，在密集點云生成以后，就是模型的生成，在軟件中，選擇生成網格、生成紋理，這是一個模型最終建立的過程，后臺通過之前已經建立的點云數據進行生成，就可以得到使用的模型[3]。

而對于照片建模無法實現的法器建模就需要采用到3ds Max軟件三維建模，可以實現各種材質效果，操作簡單，且運用面非常廣，渲染效果好。3ds Max內置幾何體多由參數控制，通過對參數的調整可以調整幾何體形態。通過兩個及以上模型的運算，建造出其他不同的模型。利用3ds Max軟件進行進一步三維建模的細化工作，處理模型的一些細節，比如做出來與原物體不較光滑，則可以把物體的面設多一些就，或者用smooth修改器進行修改，使之更加貼近于真實形象。

2.2模型導出

完成三維模型后，首先將3ds Max里的文物三維模型導入到Unity3D軟件中，接著做紋理貼圖和交互等工作，因為Unity3D支持多種外部導入的模型格式，如. FBX，.dxf，.obj等格式文件，所以需要將3ds Max中的法器模型導出到.FBX格式，就可以導入到Unity3D了。然后在3ds Max中法器三維模型導出過程，可以基本分成以下幾步，首先單擊開始按鈕，執行導出選項，在導出的文件夾對話框里選擇Autodesk（*.FBX）為保存類型，指定的保存路徑是該FBX文件的命名且保存，然后軟件在保存之前會彈出“FBX導出”對話框，如圖1所示。參數如果沒有特殊要求則保持默認不變就可以，即成功將法器模型的FBX文件成功被導出。然后將3ds Max軟件成功導出的三維模型文件，直接添加到項目資源文件夾中，Unity3D會將其顯示在Assets面板中。

3系統需求分析

3.1用戶需求分析

虛擬文物展示可以稱為游客與實體文物的連接的繩索，能把游客和文物放到同一個精神世界里，可以延申和擴展實體展示更多的精神內容。簡單的圖片或者固定展示方式，在科技迅速發展的今天已經滿足不了用戶的文化需求，展示需要把用戶更好的體驗放在首位，運用先進的數字技術，方便了操作方法，不同角度靈活的展示，各個不同視角的觀看方式等虛擬技術展現手段，也可以觸發人們對展品更濃厚的興趣。

3.2功能需求分析

普通的展示形式大部分為文字、圖片、實物等靜態并且單一的方式，而在虛擬技術的支持下，我們可以盡可能的增加物體全方位展示的功能，更加有利于法器得到全面的展示，這樣可以真正擺脫展示面單一上的局限，更好的讓人們觀看到整體。因此，為了達到用戶的需求，將法器三維展示系統分為進行旋轉、縮放、切換等基本操作[4]。

3.3文化需求分析

文物展示對于歷史傳承和文化傳播有著非常關鍵的影響。在進行歷史文化探究的時候，對文物進行展示也是對文化遺產內涵的更深理解，文物展示既是對歷史更好的見證，更是民族文化繼承發展的橋梁。通過虛擬展示可以讓游客在一個有著友好、清晰脈絡的界面下，舒適簡單的觀看逼真的虛擬文物展品，也可以根據自己的愛好來選擇感興趣的物體進行細節上的詳細觀察，不僅可以更加有力量地引導游客了解法器類文物，逼真的展示出文物原貌，提升了展示效率[5]。文物虛擬展示通過自身的展示宣傳功能，對文化遺產的保護、管理和重新研究起著非常關鍵的作用[6]。

3.4系統開發流程

根據對用戶需求和功能設計的分析，確定了系統開發流程圖如圖2所示，首先研究并整理了文物保護到三維立體建模的資料，之前照片建模和3ds Max對法器進行三維建模，然后導入到Unity3D軟件，Unity3D在導入fbx時，會根據建模時Max的物理尺寸，將模型以3dMax中的物理尺寸大小呈現在Unity的虛擬世界中。建立展示天空場景，借助c#腳本語言來實現移動展示、旋轉縮放展示等功能，建立起既可以還原法器樣貌，突出的展示法器文物模型，讓游客全方位觀看體驗的展示系統。

4虛擬展示

4.1展示主界面

展示界面包含了用戶可能點擊移動的所有方向，操作頁面簡明大方，展示界面如圖3所示。

天空盒背景設計，就像6個正方形，圍起來正好是一個立方體盒子。本論述天空盒設置方法是，在場景中添加天空盒，這么做可以避免在多攝像機中切換攝像機而導致的天空顯示不一致。windows里在Lighting面板中點擊Scene，就可以看到Skybox的選項，將天空盒材質賦予即可。

4.2法器切換展示

法器切換功能是展示的基本功能，所有法器通過左右鍵可以來回切換，法器切換功能及其文字介紹如圖4所示，使用腳本如下。

4.3旋轉縮放展示

法器縮放功能可以隨時調整法器的大小進行觀看展示，通過鼠標滾輪來回放大縮小，法器旋轉展示功能，與傳統的靜態圖片展示相比，它給到游客效果是一個3D動畫如圖5、圖6所示，就能讓游客了解到法器的每一面，能真實的觀看到法器的每個角度跟細節，大大提高用戶的體驗度。此功能用到Rotate函數，腳本如下所示。

5結論

本論述基于Unity3D的西藏法器虛擬展示系統初步實現了對西藏法器類文物的全景展示，對比法器的實物與虛擬展示的效果，可以發現，能夠高度還原法器展示的基本外形信息。與其他的展示方法相比，通過unity3d引入虛擬現實技術的展示效果，其物體的還原度基本滿意，可以給游客真實見到原物體的感覺，能夠給人們帶來更強的生動性和吸引力，并為虛擬展示系統的設計提供新的思路和方向。

隨著數字化技術的進步與發展，在虛擬展示這一新興領域，慢慢推動著互動展示設計往更加豐富多彩的方向，也促進了虛擬文物展示技術的進一步更新。虛擬互動展示可以將虛擬的場景與真實場景完美的融合在一起，使游客在觀看展示過程中，任意的欣賞著，架起來一個無形的溝通橋梁，對未來的數字化保護和文化傳播有重要意義。

參考文獻：

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[6]郝亞玲，朱欣娟，吳曉軍.面向3D虛擬展示的軟件定制化系統研究[J].計算機工程與應用，2021，57（5）：271-278.