三維攝影技術與虛擬現實技術在傳統(tǒng)國畫保護與展示領域的應用研究

張桓碩　湯力

摘要：目的：文章探索三維攝影技術和虛擬現實技術在傳統(tǒng)國畫保護與展示領域的應用，特別是在提供新的藝術體驗和教育方式方面的優(yōu)勢作用，旨在為傳統(tǒng)藝術品的數字化保護和創(chuàng)新展示提供新的視角和方法。方法：首先深入分析三維攝影技術的原理和應用優(yōu)勢，包括其在捕捉藝術品的幾何結構、色彩、紋理等方面的能力。然后探討如何將三維攝影技術與虛擬現實技術結合，以創(chuàng)造沉浸式的藝術體驗環(huán)境。對不同的國畫作品進行三維掃描，將掃描得到的數據轉化為VR環(huán)境中的模型，同時考慮交互設計、多感官集成和教育內容的融合。《千里江山圖》作為一個具體案例，被用來演示這些技術的具體應用。結果：三維攝影技術可以精確捕捉國畫作品的詳細特征，并在VR環(huán)境中將其展現在用戶面前。VR技術不僅使觀眾獲得了新的藝術品欣賞體驗，還促進了交互和教育集成，賦予了藝術品教育價值。結論：三維攝影技術和虛擬現實技術在傳統(tǒng)國畫保護與展示方面具有應用潛力，能為公眾提供一種全新的藝術體驗。相關技術為傳統(tǒng)藝術品的數字化保護和展示提供了新的方法，有助于傳承和普及傳統(tǒng)藝術。《千里江山圖》的案例證明了這種方法在實際應用中的潛能，為未來相關研究和應用提供了重要參考。

關鍵詞：三維攝影技術；虛擬現實技術；國畫；應用

中圖分類號：J222；TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）05-00-03

0 引言

隨著科技的迅猛發(fā)展，人們能利用三維攝影技術和虛擬現實技術，以全新的方式保護、展示傳統(tǒng)藝術作品。國畫作為中國文化遺產的重要組成部分，其保護和傳承始終是藝術和文化研究領域的重要課題。

1 國畫保護與現代技術

1.1 傳統(tǒng)技術在國畫保護中的應用

國畫是中國文化瑰寶之一，其傳統(tǒng)保存技術體現了對藝術的理解與尊重。傳統(tǒng)保存方法主要包括對國畫使用的紙張和顏料進行化學穩(wěn)定處理，通常使用天然材料，如植物膠和礦物顏料，這些材料老化相對緩慢且不易受外界因素影響。為防止宣紙在長期保存過程中因霉變、磨損、酸化降解等而出現發(fā)黃、破損、變脆等問題［1］，采取適當的濕度和溫度控制措施至關重要。這不僅要保證儲存條件恰當，也要注意展示時的環(huán)境控制。

畫作修復工作通常由經驗豐富的修復師手工進行，包括清除污跡、修補破損、撫平褶皺等［2］。修復師不僅要具備精湛的技藝，還要對國畫藝術和材料有深入了解。

1.2 現代科技在國畫保護與展示中的應用

數字圖像處理最早出現于20世紀50年代，當時的電子計算機已經發(fā)展到一定水平［3］。國畫保護與數字圖像處理技術、三維攝影技術相結合勢在必行，現代科技為國畫這一傳統(tǒng)藝術形式的保護和展示帶來了更多可能。圖像修復是指用不顯眼的方式來處理圖畫、照片或影片，包括恢復受損的圖像以及移走或取代照片中被選擇的物體等［4］，三維攝影技術通過其高分辨率的掃描能力，捕捉國畫中最微妙的細節(jié)，如紙張的質地、顏料的細微差別以及時間留下的痕跡。這種數字化方法不僅有利于構建詳盡的有關國畫的物理和化學特性的檔案，而且為評估和分析國畫的現狀提供了一種非侵入性的方式。這在修復工作中尤為重要，因為三維數據能夠幫助修復專家在進行實際干預之前，準確評估作品的損傷程度和修復需要達到的精細程度。同時，三維攝影技術也為國畫的教育和展示開辟了新的途徑。數字化技術能整合大量的文字、圖形、圖像、聲音、音樂、動畫、色彩、視頻等相關信息［5］，通過創(chuàng)建數字化的三維模型和虛擬現實體驗，公眾能夠獲得更加直觀和沉浸式的藝術品接觸體驗。

1.3 傳統(tǒng)和現代技術在國畫保護與展示中的優(yōu)勢與局限

傳統(tǒng)技術與現代技術各有優(yōu)勢與局限。傳統(tǒng)技術根植于深厚的文化傳統(tǒng)，并且對材料和工藝提出了較高要求。例如，利用天然膠水和顏料，以及精細的手工紙張修復技巧等，能保持國畫的原始美感和歷史完整性，包括顏色的飽和度和紙張的質感。但傳統(tǒng)技術通常勞動密集且耗時較長，對專業(yè)知識和技能的依賴程度高，同時在處理某些復雜的損害情況時可能存在局限性。

現代技術如三維攝影技術可通過高分辨率的數字掃描和成像，為國畫提供一種全面精確的數字化記錄方式。這種方法在捕捉細微的物理特征、顏料層次和細小裂痕方面具有顯著優(yōu)勢，對分析和評估藝術品的現狀及開展規(guī)劃修復工作具有至關重要的作用。數字化記錄不僅有助于減少對原作的物理接觸和可能造成的損害，還可以在無法直接展示或需要遠程研究藝術品時提供寶貴的資料支撐。但現代技術也存在局限性，包括依賴高端設備，以及在捕捉藝術品的某些細微表現，如畫面的立體感或紙張的特定老化紋理方面受限。另外，過度依賴技術可能帶來藝術品的文化和歷史價值被忽視的問題。

2 三維攝影技術與虛擬現實技術在國畫展示中的結合

2.1 如何利用三維攝影技術對國畫進行數字化處理

在精確捕捉和再現藝術品物理特征方面，三維攝影技術具有明顯優(yōu)勢。這一過程涉及多個技術層面的細節(jié)，要做好細節(jié)控制，使最終輸出與原始藝術品盡可能一致。三維攝影技術采用結構光掃描或激光測距技術，依賴精確的光學測量系統(tǒng)。在結構光掃描中，一系列已知模式的光線被投射到國畫表面，而相機系統(tǒng)則記錄光線在不同曲面上的畸變。基于這些畸變信息可計算出每一點在空間中的精確位置，從而構建出三維模型的幾何框架。激光測距技術利用激光點或線對藝術品表面進行精確掃描，通過測量激光束反射回傳感器的時間或相位變化，來確定表面各點的位置。相較于結構光掃描，激光測距在處理光滑或反光表面時更為有效，但在捕捉顏色和紋理細節(jié)方面可能稍遜一籌。三維攝影技術在數據處理方面有極大的優(yōu)勢，其掃描生成的原始點云數據需要通過復雜的算法進行處理。其包括點云的清理用于移除異常點和噪聲、配準多個視角的掃描數據融合為一個連續(xù)的三維模型和根據點云數據構建平滑的三維表面進行表面重建。在這個過程中，顏色校正和紋理映射至關重要，其能確保數字模型在視覺上的真實性。特別是對于國畫這類細節(jié)豐富且文化內涵深厚的藝術品，紋理映射的精確性直接影響數字模型的質量和可用性。

2.2 如何利用虛擬現實技術提供沉浸式的國畫體驗

每個熱愛藝術的人都希望看到真跡，但國畫真跡具有稀缺性和不可再生性，要看到稀世之寶很難，書畫藝術愛好者的需求難以得到充分滿足［6］。虛擬現實技術的應用帶來了國畫的沉浸式體驗，它通過高度復雜的計算機模擬和交互技術，為用戶提供了一種全新的藝術欣賞方式。虛擬現實技術和文化藝術有著千絲萬縷的聯系［7］，其在文化藝術領域擁有廣闊的應用前景［8］。利用虛擬現實技術來展示國畫，涉及一系列深奧的技術細節(jié)和創(chuàng)新的交互設計，以便全方位展示國畫的內涵和美感。國畫VR體驗的核心是創(chuàng)造一個三維虛擬環(huán)境，并重現國畫作品的各個細節(jié)。要達到這個目的，要將通過三維攝影技術獲得的高精度數字模型轉換成適用于虛擬現實的格式。在此過程中，圖像渲染技術發(fā)揮著至關重要的作用。相關人員要利用圖像渲染技術精確處理光影效果、顏色校正、紋理細節(jié)，以確保虛擬環(huán)境中的國畫作品在視覺上與實物盡可能接近。為了讓用戶獲得沉浸式體驗，VR系統(tǒng)要具備較強的交互性，具體包括用戶視角追蹤、手勢識別和相應反饋機制。例如，用戶可以通過轉動頭部來改變觀看角度，或通過手勢來模擬在虛擬空間中觸摸或近距離觀察畫作的動作。這種交互性不僅增強了用戶的沉浸感，還允許他們以一種更個性化和動態(tài)的方式探索國畫的細節(jié)。VR技術還可以結合高質量的音頻效果進一步增強體驗的真實感，如背景音樂、解說和環(huán)境聲音，以及可能的觸覺反饋。這種多感官的融合有助于用戶更好地體驗藝術作品的美感和中國特色［9］。

3 《千里江山圖》數字化展示案例研究

在三維攝影技術與虛擬現實技術在國畫展示中的實際應用方面，北京觀唐文化藝術股份有限公司與騰訊研究院合作，結合北京易見科技的創(chuàng)意內容支持，共同推動了一項創(chuàng)新性的學術實踐，其原作在故宮博物院展出［10］。這一實踐以故宮博物院為背景，其核心項目是利用虛擬現實全景技術再現《千里江山圖》（見圖1），這標志著傳統(tǒng)藝術與現代科技融合的新時期的到來。該項目的重點在于運用先進的虛擬現實技術，擺脫物理和時間的限制，創(chuàng)造出一種獨特的歷史藝術展覽形式。

在《千里江山圖》的虛擬現實展示項目中，通過先進的三維攝影技術來處理這幅古典畫作，技術團隊面臨重現其豐富的色彩、精細的構圖、獨到的透視法、復雜的結構以及畫作的整體觀賞性和藝術性的挑戰(zhàn)。在這一過程中，三維攝影技術不僅精確捕捉了畫作的色彩層次和細微的紋理變化，而且通過精細的圖像處理，再現了整個畫面中連綿不絕的山脈，以及山脈與溪流的細節(jié)刻畫［11］。尤其是對《千里江山圖》這樣細節(jié)豐富、色彩絢麗且構圖復雜的作品，技術實施中對色彩的校正、紋理的細致映射以及空間關系的精確模擬至關重要，只有這樣才能確保在虛擬空間中完整展現其原有的藝術魅力。項目還考慮了如何在三維虛擬環(huán)境中增強畫作的觀賞性和互動性。其設計了一系列交互功能，為觀眾提供了近距離觀察畫作中每一處細節(jié)的機會，如滿目蔥綠的山谷等［12］，展現其青山遼闊、清泉飛濺、樹木錯落有致之美［13］，畫面富有強烈的韻律感，引人入勝［14］。通過集成的解說和文化背景介紹，觀眾對畫作的歷史背景、藝術價值和創(chuàng)作技法等有了更加深入的理解，獲得了豐富的文化體驗。

這個項目不僅彰顯了三維攝影技術和虛擬現實技術在藝術展示領域的巨大應用潛力，而且對《千里江山圖》這一經典作品進行了深入的學術探索和文化詮釋。通過這種方式，這一歷史悠久的藝術杰作能以一種新的形式被世界各地的觀眾所欣賞和理解，為國畫的數字化保護和創(chuàng)新展示樹立了新的標桿。

4 結語

本文深入探討了三維攝影技術與虛擬現實技術在傳統(tǒng)國畫保護與展示領域的應用，突出了科技在傳統(tǒng)藝術創(chuàng)新展示和教育中的重要作用。《千里江山圖》等案例不僅證實了這些技術能夠有效優(yōu)化觀眾的藝術體驗，還挖掘了相關技術在文化遺產教育和傳播方面的潛力。

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［14］ 蘇一娜.跨越千年的審美表達延伸：以王希孟的《千里江山圖》為例［J］.藝術大觀，2023（22）：73-75.

作者簡介：張桓碩（2004—），女，遼寧營口人，本科在讀，研究方向：國畫。

湯力（1982—），遼寧大連人，本科，講師，系本文通訊作者，研究方向：視覺傳達設計。

基金項目：本論文為2023年度遼寧師范大學大學生創(chuàng)新訓練計劃項目“三維攝影技術在文物保護和數字文化遺產中的應用研究”成果，項目編號：S202310165044