三維數字技術在博物館中的應用探究

孫立

摘要：隨著時代的發展，三位數字技術已經不斷應用到各個領域，在動畫、攝影、電廠、建筑等各個領域都有廣泛的應用。本文主要闡述了三維數字技術的原理和三維技術在圖書館中的運用，主要對環幕投影技術、360度全息成像技術、幻影成像技術、增強現實技術、三維交互技術五種技術進行了分析，并且提出了三維技術在博物館的應用中存在的問題，探究三維技術在博物館中的應用方法。

關鍵詞：三維數字技術 博物館 應用 探究

中圖分類號TP391.41；TP393.092 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

傳統的博物館中的文物陳列展示大多數是用靜態展品的方式，再配上有限的文字來對陳設的文物、進行解釋、說明。這樣的形式使得參觀者對展品的物理體征和歷史背景等信息不能夠全面的了解，缺少互動性。而三維熟悉技術正好可以彌補這一缺陷，在三維數字技術的使用下，途觀使用仿真技術、計算機圖形學、人工智能技術、多媒體技術、并行處理技術、多種傳感器技術以及網絡技術等高科技技術，對人的觸覺、聽覺和視覺等感官功能進行模擬，不受空間和時間的約束，讓參觀者深刻體會展品的魅力，使博物館充分發揮其重要的作用。

1三維數字技術的原理

三維掃描技術是將計算機技術、電、機、和光結合在一起的技術，它可以針對被收集到的物體，使用光學原理開進行激光掃描和光學掃描，從更詳細的角度也可以說是使用結構光照明技術，將光照從投影儀上投射都被收集的物體上，然后被投射的土體反射出來的光信息再返回到信息接收器中，返回的光信息即是收集到的物體的數據，它是三維空間中大量的物體點坐標的匯合，它使用的中心原理就是高度精確的測角系統和測距系統。與傳統的二維技術相比較，它使用的是直接獲得三維信息的辦法，能夠有效的規避信息丟失，保障文物與人的安全，無時間約束和準確度較高、速度較快等優勢。

在對考古現場和文物進行虛擬場景之后，要把收集的收據轉變成文物的實體虛擬模型，就是通過虛擬現實技術，讓參觀者可以產生身臨其境的感受，形成觸覺、視覺和聽覺得感官世界去欣賞文物。它具有三個特征：想象性、交互性和沉浸性。沉浸性就是使人對虛擬物體和虛擬的環境投入情感，是根據人的生理特點，再加上三維數字頭盔、三維數字眼睛和特殊的手套等輔助設備，在虛擬的環境中對文物進行觸碰和觀看，感受在虛擬的環境真實性，體會歷史文物的魅力。此外，交互性就是在沉浸性的基礎上的升華和提升，簡單來說，就是互動，參觀者需要使用例如鼠標、鍵盤、多種傳感器等硬件設備，和物體和虛擬環境進行互動，達到信息和參觀者同步的目的。想象性就是對于比較大的場景，參觀者可以在虛擬的環境中有身臨其境、暢游場景的感受。

2博物館中的三維數字技術

2.1環幕投影技術

所謂環幕投影，就是利用多臺投影設備，并形成一個環形的投影屏幕，屏幕的環形弧度不低于100度，不高于360度。這種投影技術可以營造一個虛擬顯示系統，并充分滿足觀眾的觀展需要，帶給他們全新的視聽體驗。由于投影屏幕為弧形，因此，可以滿足不同位置、不同視角的觀看，再加上立體聲的設計系統，觀眾在觀看時就如同身臨其境，放佛景象就在眼前，特別適合宇宙、地球這類天文展示。例如上海世博會展出的《清明上河圖》、農業博物館中的都江堰、《千里江山圖》等等。《清明上河圖》見圖1。

2.2 360度全息成像技術

所謂360度全息成像，就是指在成像過程中，利用光的衍射和人眼誤差，將制作的物體三維圖像在展覽柜中進行展示。這種技術的最大優點是不需要任何的輔助設備，就可以讓觀眾看見三維立體影響，常用于文物、珠寶、汽車等的展示。在河北省的唐山博物館中，就有一種展品利用了這項技術，是一個史前人類頭骨，如圖2所示。

2.3幻影成像技術

幻影成像技術也可以叫做虛擬成像技術，在應用過程中，首先要對人或物進行正常拍攝，然后將其投射到布景中，生成模型，進行展示。這種成像技術既可以用來描述一件事情的來龍去脈，又可以用來闡釋一種原理，還可以演示一項技術的整個操作流程，具有形象、直觀、生動的特點。例如，西安市的半坡博物館就巧妙利用了這項技術展示半坡人的生活方式，如圖3所示。

2.4增強現實技術

增強現實技術主要是指利用現在的信息技術和計算機技術，提升用戶的現實感知度和真實度，在這項技術的利用過程中，要將虛擬物體疊加到現實生活場景中，聽過現實與虛擬的混合，實現位置的改變和場景的切換。例如，2012年的加拿大一個博物館中展示的終極恐龍，就很好地利用了這項技術，觀眾如果將平板電腦或智能手機的攝像頭對準恐龍骨架，就會看到突然“復活”的恐龍，如圖4所示。

2.5三維交互技術

三維交互技術中常見的體感交互設備有GRB-D Camera、MEMS以及近場體感設備。我們通過把博物館文物三維交互的流程形成模式化，制作出了符合當下博物館數字陳設的三維交互設計框架流程。如圖5所示。比如在對北京胡同進行虛擬化時，使用多樣的建構模型技術把北京胡同的場景構建出來，使用unity3d來模擬場景和三維交互技術通過這種優秀的引擎特性和交互技術對胡同的場景進行復原和演示，并使用姿態校對和位移實時矯正六自由度信息，同時利用多媒體定時平滑和中斷濾波來提升數據的可靠性，完成胡同的四季變化。如圖6所示。

3三維技術在博物館的應用中存在的問題

當下的三維數字信息技術不斷的發展，但是三維技術在博物館的應用還存在著諸多的不足之處，比如在三維技術對文物信息高度精準采集的同時，怎樣提高三維技術掃描的效率；在采集文物信息時，如何處理文物大量的數據分析等。這些問題都有待于解決，需要博物館相關人員和社會、政府的不斷努力探索。

4結語

在三維數字信息技術的不斷推動下，博物館的展覽方式、文物修復和保護以及對文物的收藏和管理都有了巨大的進步。但是三維技術在博物館的應用中，仍存在著一些不足，需要博物館相關人員和政府、社會的不斷探索，滿足博物館信息化發展的需求。本文著重分析了三維數字技術中的環幕投影技術、360度全息成像技術、幻影成像技術、增強現實技術和三維交互技術五種技術手段，然后分析了三維技術在博物館應用中所存在的問題，以期提供參考和借鑒。

參考文獻

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