基于移動增強現實技術的非物質文化遺產數字化研究與應用

陶燎亮

摘要：隨著移動通信技術的不斷發展，以及Android手機和ios手機等智能終端和智能應用的不斷出現，基于移動增強現實技術的非物質文化遺產數字化是非物質文化遺產保護和傳承的新趨勢。本文以龍泉青瓷非物質文化遺產為例，基于以終端定位、三維注冊、圖像識別為技術特征的移動增強現實技術，實現虛擬青瓷三維模型與真實環境融合以及利用手勢對青瓷三維模型進行變形、移動、旋轉等虛實交互。

關鍵詞：非物質文化遺產；移動增強現實；龍泉青瓷；虛實交互

中圖分類號：TP302. 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0112-02

1 引言

隨著非物質文化遺產（簡稱非遺）數字化研究不斷創新和應用，不僅改變了非遺的存在形式，而且使人們對非遺有了更深入、更廣泛的認識。龍泉青瓷歷史悠久，其燒制工藝始于三國兩晉，并于2009年入選了聯合國教科文組織《人類非物質文化遺產代表作》名錄，在世界享有很高的知名度。隨著寬帶移動通訊技術的不斷發展和智能手機的廣泛應用，移動增強現實技術的出現，將虛擬的增強現實信息應用到真實世界，結合移動智能手機輕小、可攜帶方便等特點，不僅改變了人們觀察世界的方式，而且其交互功能給人們帶來了身臨其境的體驗，方便了龍泉青瓷的數字化保護和傳播。

2 移動增強現實技術

增強現實技術（簡稱AR 技術），也有人稱為混合現實，基于虛擬現實發展的新技術。通過計算機系統提供的信息將虛擬的信息應用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實場景中，從而實現對現實的增強。增強現實技術應具有三個具體特征：三維注冊、虛實融合以及實時交互。

移動增強技術就是將應用轉移到移動計算設備上，從而擴展傳統PC機上增強現實技術的應用范圍。隨著Android、ios等智能終端及寬帶移動通信技術的成熟和商用，増強現實技術開始走進人們的生活之中，以移動定位與狀態感知、多媒體技術、3D渲染為基礎的増強現實應用開始出現。

3 三維注冊

為實現虛擬模型跟真實環境的完美融合，需要實時跟蹤攝像機與真實環境的位置信息，進而通過動態三維顯示技術將虛擬模型疊加到真實場景中，實現三維注冊。本文主要通過基于識別圖的三維注冊，也就是預先在真實場景中放置識別圖，系統通過邊緣檢測算法、閾值分割等技術檢測識別圖的位置信息，最終在真實環境中疊加虛擬模型。

在選取識別圖的時候要注意以下幾點：

（1）識別圖盡可能有菱角，且越多越好；

（2）識別圖盡可能清晰；

（3）識別圖盡量避免很有規則的圖形圖案；

（4）識別圖盡量避免分布不均勻；

（5）識別圖盡量去掉背景色。

圖1中，識別圖菱角不多，圖片比較單一，特征點少，識別效果較差。圖2中，識別圖菱角很多，分布均勻，特征點較多，識別效果較好。

4 虛實融合

4.1 模型獲取

本文以龍泉青瓷為例，根據青瓷實物，利用三維建模軟件3dmax建立青瓷的三維模型，如圖3所示，最后導出模型的FBX文件和紋理圖。

4.2 虛實融合

本文基于unity3d游戲引擎開發平臺和高通增強現實開發平臺，打包移動應用APP，實現青瓷三維模型和真實場景的疊加。

4.2.1 開發環境搭建

在PC機上安裝unity5.0以上版本，同時下載支持Unity的Vuforia SDK，配置Unity Android SDK。打開Unity軟件，選擇Assets-Import Package-Custom Package，導入.unitypackage插件。選擇Edit-Preferences-External Tools配置Android SDK和JDK。

4.2.2 虛實疊加

在Unity Project視圖下選擇Vuforia-Prefabs文件夾，并將ARcamera和ImageTarget兩個預制件拖入頂層視圖Hierarchy中，同時將場景自帶的Main Camera刪除。

選擇一張棱角分明、分布均勻的識別圖導入Vuforia官網，查看其識別的特征點數量，本文選擇一張二維碼作為識別圖，最后生成unity的插件包。

導入識別圖插件包，導入青瓷三維模型和紋理圖，在材質球中添加紋理圖，在Scene中調整青瓷三維模型和識別圖的位置關系使其處于合適位置，最后點擊運行測試效果。如圖4所示。

4.2.3 實時交互

在真實環境中與虛擬對象交互是整個增強現實內容的核心功能。通過指尖定位算法，精確檢測出指尖的位置，得到指尖與虛擬對象的交互有效區域，通過判定是單點觸摸還是多點觸摸，然后做出相應的反饋。算法的實現過程如圖5所示，實現的效果圖如圖6所示。

5 結語

移動增強現實技術的發展，不僅為非物質文化遺產數字化保護和研究提供了新思路，而且有利于非物質文化遺產的傳播。隨著移動終端的發展，拓寬了移動增強現實技術應用領域，包括教育行業、游戲行業、醫療行業、商業領域和軍事領域等，不僅給人們帶來視覺上帶來沖擊，同時改變了人們的生活方式。

參考文獻

[1]宋俊華.關于非物質文化遺產數字化保護的幾點思考[J].文化遺產，2015（2）.

[2]段利亞.移動增強現實大范圍定位與注冊關鍵技術研究[D].華中科技大學博士學位論文，2013.