虛擬現實技術在文化遺產數字化保護與傳播中的應用
——以廣西花山巖畫為例

聶 輝

（桂林旅游學院藝術設計學院，廣西 桂林 541006）

一、虛擬現實技術

隨著數字創意產業對人們生活產生的深遠影響，虛擬現實在近幾年得到了蓬勃的發展，并得到了我國的高度重視，科技行業最備受矚目的莫過于VR（Virtual Reality）虛擬現實技術。全球頂尖科技公司正在緊鑼密鼓地加緊硬件及內容方向的開發，以便于快速完善VR技術并占領市場，無論是國際企業，還是國內巨頭，都在爭相著手布局虛擬現實。扎克伯格表示“沉浸式3D 內容顯然是繼視頻之后下一個革新”，各領域巨頭也越來越多的加入到這場人類技術革新運動中。盤點近十年來的世界影視，其中最靚麗的風景莫過于好萊塢影視中的高科技奇觀。

虛擬現實技術，就是利用計算機模擬創建一種三維空間的虛擬環境，通過眼鏡、頭盔、手柄等硬件設備提供給用戶多方面的真實感官體驗，包括視覺、聽覺、觸覺等交互體驗，讓體驗者仿佛身臨其境、毫無限制地置身于虛擬環境中。虛擬現實技術必須要達到準確性、低延遲、無限傳輸、大空間等模擬現實交互條件，運動捕捉系統的標記位置必須精準，用戶才能獲得基本的VR 體驗；低延遲才能使體驗者動作達到高效的實時渲染，達到無明顯的滯后感；運動捕捉數據以無線的方式傳輸到體驗者佩戴的眼鏡上，大面積空間必須具備同時捕捉多人的能力。虛擬現實技術具有多感知性、存在感、交互性、自主性等優勢特點[1]。虛擬現實所滲透的領域極其廣泛，如電影制作、游戲動漫、廣播電視、醫療、娛樂、軍事航天、營銷展示、教育、技能訓練等。

二、文化遺產數字化保護與傳播的意義

隨著國家鄉村振興戰略的提出與實施，對民族地區優秀文化建設日益迫切，與之相關的應用研究正顯現出其重要性。利用虛擬現實技術，針對文化遺產數字化保護與傳播問題展開系統而深入的研究；為及時搶救、保護和開發文化遺產，提出了基于虛擬現實技術的文化遺產數字化保護與傳播的理論體系；為進一步開發和打造文化遺產的特色文化產業，探索文化遺產的傳承創新模式，提供理論支撐和方法指導。

運用虛擬現實技術，對于增強感官體驗、創新內容表達、優化傳播模式、活化傳承效果具有明顯優勢，能夠成為文化遺產創造性轉化和創新性發展的突破口；對于實現鄉村振興戰略的發展目標，推動文化遺產的數字化保護與活化，打造優質的文化內容生態，拓展內容傳播深度以強化傳播效果都具有重要的實踐意義與應用價值。

三、文化遺產數字化保護與傳播的應用

新世紀以來，世界各國對文化遺產的保護更加關注和重視，對文化遺產數字化的采集、記錄、保存、保護、展示、傳播等研究，采用數字化手段進行保護、傳承、開發和利用，越來越多的應用于文化遺產的保護工作中。在國內，20 世紀90 年代，敦煌研究院開始對敦煌石窟壁畫進行數字化保護與傳播研究，中國的文化遺產進入數字化保護與傳播研究階段。隨后，故宮進行了數字化保護與傳播研究，構建了故宮的數字模型、文創產品與網站等[2]；文化遺產數字化保護與傳播策略的研究，敦煌藝術以數字化的動畫方式創新發展，是優秀傳統文化復興與傳播的重要途徑。

在理論與實踐研究方面，分析文化遺產數字媒介傳播渠道，探索數據庫和搜索引擎的設計及開發方法，進行數字化應用和大數據分析；探討文化遺產數字化保護與傳播的手段及意義，提出文化遺產的兩種傳承方式：技藝傳承和文化傳播。在技術應用研究方面，對文化遺產數字化保護及數據庫建設標準體系進行研究，分析數字化技術手段的類型；從基礎理論、技術、管理和應用等層面建立文化遺產數字化傳承的知識體系和價值體系，通過可視化表達保護與傳承文化遺產，構建文化遺產數字技術綜合運用體系，提出適合我國文化遺產的傳播路徑。在文化遺產數字化研究方面，通過傳統知識、傳統觀念與新技術和新手段之間的交互式探索，以故宮博物院、無錫運河、惠山泥人、剪紙藝術、刺繡藝術等文化遺產為例，對文化遺產的數字化保護與傳播進行探究，提出文化遺產數字化保護與傳播的策略與方法，建構文化遺產的數字化傳播模式。

四、虛擬現實技術在文化遺產領域的應用

近年來，虛擬現實技術在文化遺產領域中的應用越來越多，相關文章大都以物質文化遺產為研究對象，主要集中在古建筑、古村落的數字化保護與傳承方面，最受關注的是三維建模的精度、交互設計和體驗感方面，虛擬現實技術在文化場所中的應用中比較突出，加快了城市虛擬博物館和線上數字展廳的建設。虛擬現實（VR）技術為研究者提供了一個強有力的可視化研究工具；虛擬現實技術在文化遺產保護與傳播領域包括兩個方面：物質文化遺產和非物質文化遺產。

在物質文化遺產方面，以意大利重要文化遺址帕埃斯圖姆、北蘇門答臘薩摩西島傳統巴塔克多巴房屋等為例，通過三維建筑可視化模型、攝影測量法和圖像紋理映射法，設計VR 應用程序，復原建筑遺址和石刻雕塑；通過眼動、手勢互動和全息投影的方式近距離接觸展品，通過眼動、手勢等自然交互手段，放大縮小觀察展品的詳細細節，包括符號、圖案、文字、紋理、顏色等造型，實現文化遺產傳播中的自然交互；運用虛擬現實技術，以河南省安陽市湯陰縣城的羑里城遺址為例，修復還原了古建筑遺址，敦煌石窟數字資源的全球共享和永久保存，多個經典洞窟的高清數字化內容及全景漫游，實現了敦煌壁畫的數字化保護與傳播，故宮的紫禁城、清明上河圖等虛擬現實項目增強了游客的交互感、沉浸感和體驗感。未來虛擬現實技術在文化遺產保護領域具有很廣泛的前景[3]。

在非物質文化遺產方面，以紅色文化、口頭故事、聲音、皮影戲、昆曲、川劇、福清光餅、油紙傘、苗族趕秋節、南京“秦淮燈會”、民族地區文化、中華優秀傳統文化為例，使用虛擬現實技術等數字化方式來保護、傳承和發揚非物質文化遺產的研究，是當前非物質文化遺產領域數字化保護與傳承的探索及具體應用。

五、虛擬現實技術在廣西花山巖畫遺產數字化保護中的應用

廣西花山巖畫是廣西壯族先民駱越人在廣西左江支流明江右岸的臨江峭壁上繪制的赭紅色巖畫，距今有2016 年廣西花山巖畫遺產被列入世界遺產名錄。利用虛擬現實技術開展廣西花山巖畫遺產數字化保護已經成為學者們研究的課題，廣西花山巖畫虛擬再現與展呈已經在全面展開。

利用無人機航拍攝影測量、三維激光掃描數據拼接等虛擬現實技術，采集巖畫及巖畫周邊區域空間信息；對巖畫遺址進行重復建模，選出最適合的復原方案，數字化修復還原廣西花山巖畫的原生形態；為廣西花山巖畫遺產的完整性、原真性保存提供數字化的保障，將寶貴的巖畫遺產實現長久的數字化保存，不會對巖畫遺產造成損壞且極大地降低了修復成本。數字化留存技術讓巖畫的整體環境和局部精細內容得以無損保存，不會隨時間的推移而受到損害和消失。

基于虛擬現實技術，進行系統深入的應用研究，借鑒相關研究領域的成功經驗，提出廣西花山巖畫遺產數字化虛擬現實系統的路徑和策略。廣西花山巖畫虛擬現實系統開發的基本流程分為資料收集、圖像采集、三維建模、交互控制、實時渲染和軟件優化等幾個階段。

（一）資料收集

了解廣西花山巖畫的自然地理與歷史、分布與特點、年代分期與族屬、圖像內容及社會功能、藝術風格與作畫技法、保存現在與其他文化的關系等；對廣西花山巖畫文化遺產保護與傳播的存在問題、瓶頸制約與發展前景等進行研究，總結數字技術應用在巖畫文化遺產領域的研究成果，彌補現有研究的不足與局限；對其數字化保護與傳播過程中的影響因素進行數據收集與處理，進行相關分析。這為今后學術界對廣西巖畫進行廣泛深入的研究，打下良好的基礎；同時也為有關部門做好巖畫的保護工作提供依據。

廣西花山巖畫是戰國至東漢時期由居住在這里的駱越人及其后裔所繪制。他們是現代壯族的先民。人們繪制這些巖畫，不是為了觀賞，也不是單純的記事，而是有著強烈的社會功利目的。

左江地區處于祖國的南陲，是壯族及其先民生活的家園。駱越人在這里創造了豐富的物質文化和精神文化，為開發祖國的南疆，締造中華民族悠久的歷史和燦爛多姿的文化，作出了貢獻。由于壯族及其先民沒有自己的文字，因而無法記載自己的歷史。在漢文文獻中，雖然有一些壯族先民的歷史記載，但由于受封建思想的影響記載不詳，甚至加以歪曲，不可能全面、系統地反映壯族歷史。這樣，壯族先民的歷史足跡多淹沒在歷史的長河中，使我們認識和探討其社會歷史發展情況帶來了困難。慶幸的是，壯族先民在與自然進行艱苦的斗爭中，出于一種精神上的寄托，不畏艱難險阻，在懸崖峭壁上繪出一幅幅壯觀的巖畫，從而留下了他們的歷史腳印。這些巖畫猶如一面特殊的聚光鏡，把久已消失的駱越歷史的一幕濃縮重現在我們的面前。它們以其粗獷拙樸的筆觸、程式化的畫面和內蘊深沉的內容，將古代駱越人日常的社會生活以及當時人們的精神面貌、思想觀念和美學觀念，集中而真實地展示出來了，對研究我國少數民族的歷史、文化藝術史以及民族關系史等問題，也具有重要的學術價值[4]。

從廣西花山巖畫的分類來看，圖形的內容方面，包括人物圖像、器物圖像、動物圖像、圓形圖像、未成形圖像等；巖畫的社會功能方面，包括消除水旱災害、保障人丁興旺等；繪畫技法方面，包括平涂剪影法、概括與夸張法、均衡對稱法、主次對比法等；藝術特征方面，包括以人為主題、整體性強、氣勢雄渾壯觀、圖像程式化、畫面熱烈豪放、節奏感強等；具有強烈的時代風格和民族風格。

（二）圖像采集

圖像采集是虛擬現實技術的素材基礎，是進行三維虛擬建模的素材依據。圖像采集常用的方法是采用三維掃描技術或攝影技術等，拍攝成數碼照片，拍攝時使用單反相機、三角架、轉盤等攝影器材，變化不同角度拍攝單張或多張連續照片。對于花山巖畫的空間環境關系，可以利用全景攝影技術，突出環境開闊的氣勢，全景攝影是將相機固定，以固定點作為圓心在一個平面內旋轉相機，分段連續拍攝，并存儲照片，然后把這組照片拼接成一個全景圖像，為下一步三維建模做準備。

（三）三維建模

廣西花山巖畫虛擬現實項目的核心工作是三維建模，三維建模的速度與準確性是項目開發過程的關鍵。為充分展現駱越文化及少數民族文化精神，不僅要對花山巖畫的環境景觀構成進行建模還原，還要對少數民族人民生活的場景、人物、服裝、道具等進行建模，充分展現駱越故事及少數民族歷史故事。三維環境景觀建模通常是對空間及實體等進行建模，便于數字化永久保存景觀，常用的方法是利用幾何建模技術構建景觀與故事場景的幾何模型，做到模型應與原景觀大小、比例、色彩和紋理相一致，與幾何模型進行疊加貼圖，并進行透明處理與無縫對接，同時進行相關技術處理[5]。以歷史故事為背景或依據，對駱越人進行角色設計和三維建模，運用動作捕捉設備進行動作綁定和捕捉，真實還原和再現駱越人的生活場景及動作習慣。

（四）交互控制

花山巖畫虛擬現實系統的實現，需要在Unity3D 軟件中進行交互設計和設置，Unity3D 具有強大的可視化功能，支持Java Script、C#腳本語言，突出程序設計的應用，編程控制和操作流程很適合花山巖畫虛擬景觀和歷史場景的再現，能實現花山巖畫虛擬歷史故事的逼真演繹。在具體設計過程中，將花山巖畫遺產的景觀、場景、角色等三維模型導入到Unity3D 軟件平臺，注意角色大小與場景的比例、畫面風格與色彩的一致性等相關問題。通過程序設計和編程控制，實現游客眼動或手勢互動等自然交互形式，增強瀏覽者的沉浸感和體驗感。在虛擬現實技術支持下實現對廣西花山巖畫的修復和還原。

（五）實時渲染

區別于傳統的3Ds Max 和Maya 等視頻動畫軟件，將前期制作的巖畫環境景觀、場景、角色等三維模型導入到 Unity3D 中，并進行坐標系統關聯。Unity3D 能夠進行的分層渲染和分層輸出，可以讓場景、角色在多個不同計算機中進行同步渲染，縮短渲染時間。環境效果是實時渲染過程最關心的問題，包括天空、地面、天氣效果和水面效果等。Unity3D 中支持鏡頭切換和后期處理等功能，包括粒子、模糊、反射、發光、紋理等等，這些功能都可以通過程序應用和編程設計來實現。

六、虛擬現實技術在廣西花山巖畫數字化傳播路徑的應用

利用采集、存儲、處理、展示、傳播等數字化技術將廣西花山巖畫遺產復原與活化，以新的數字形態進行更好的保護、傳承和傳播[6]；新時期花山巖畫傳播應采取建立數字博物館、打造獨有的巖畫品牌、借鑒其他地區的優秀經驗開展相關管理等措施；運用數字人文技術構建巖畫文化遺產數據庫、建設網格化保護體系、實現國際巖畫數據資源共享、激發公眾參與巖畫保護等，形成數字人文巖畫遺產傳播新模式。花山巖畫遺產數字化保護與傳播將有利于少數民族文化復興，適應新時代壯美廣西發展需求。我國對于巖畫文化遺產的數字化研究總體呈上升趨勢，有巨大的研究空間。

（一）開發數字作品

挖掘花山巖畫及歷史傳奇故事，開發形式多樣的動漫、微電影和游戲等數字化作品，講好花山故事，花山王子動漫作品的創作，很好的呈現了駱越文化，提升了受眾整體認知，促使少數民族文化得到更好的傳播[7]。傳播駱越文化及少數民族文化，講好花山及少數民族民間故事，借助數字化的動漫、微電影和游戲等藝術表現形式，發掘內涵豐富的駱越文化、少數民族文化及民間故事，提升大眾對駱越文化和少數民族文化的認知，通過數字作品的方式呈現與傳播給觀眾[8]。

（二）開發文創產品

壯族是有悠久歷史、光輝革命傳統、燦爛文化的少數民族。研究駱越文化及少數民族文化，探索其歷史意義和科學價值，吸取其精華，賦予時代的精神，可以繼承發揚民族傳統優秀文化，可以提高民族的自尊心、自信心和自豪感。

廣西左江流域的整個巖畫圖像繪制均為赭紅色，在周圍環境的襯托下格外靚麗，充分反映出赭紅色巖畫生命活力象征。充分挖掘花山巖畫的當代價值和文化深層內涵，花山巖畫呈現出的符號、圖案、色彩等造型，運用在旅游文創產品方面，具有很好的象征性和審美性意義，具有很大的開發和利用價值。以各種互聯網媒體為載體，實現廣西花山巖畫文化創意產品的開發，

（三）開發虛擬體驗項目

使用虛擬現實技術，通過崇左市壯族博物館的“左江花山巖畫文化景觀陳列”虛擬博物館，以數字化手段呈現花山巖畫文化景觀、數字作品和文創產品，重構駱越人的原生態場景，實現花山巖畫展呈的科技感、現代感和時代感，實現駱越文化及少數民族文化的數字化傳播與傳承。通過巖畫本體的圖像采集，建立三維模型與素材庫，實現虛擬現實交互設計與控制；對數字作品及文創產品，進行交互和沉浸式的體驗，讓體驗者沉浸在虛擬的歷史故事中，達到多渠道的傳播作用。

（四）拓展傳播平臺

手機已成為人們的基礎設備，QQ、微信、APP、公眾號、小程序等作為傳播平臺，將多種傳播模式相融合，尤其是5G 技術的優勢為未來廣西花山巖畫數字化傳播提供了技術支持。幫助人們更多更深入地了解花山巖畫和駱越文化。通過虛擬現實技術和傳播平臺的拓展，對花山巖畫的景觀構成、圖像內涵、作畫技法、藝術特點、文化傳承、申遺之路等進行生動全面的展示和宣揚，是保護和傳承廣西花山巖畫文化遺產的重要一環，應用虛擬現實技術是實現廣西花山巖畫文化遺產數字化活態保護利用的重要推手。

七、結語

我國巖畫遺產數量眾多，分布遍及全國，本文介紹了廣西花山巖畫，還有寧夏賀蘭山巖畫、內蒙古陰山巖畫和云南巖畫等。虛擬現實、增強現實等數字化技術的應用，不僅能讓人身臨其境，置身其中，更有利于巖畫遺產的保護與活化，有利于駱越文化及少數民族文化的傳承與傳播。藝術與科技的融合創新為巖畫遺產的保護、傳承和傳播提供了新的研究路徑。