虛擬現(xiàn)實技術(shù)在博物館的應用

李 涵

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種利用信息化手段創(chuàng)建并體驗虛擬世界的仿真技術(shù)，它主要的優(yōu)勢是使人產(chǎn)生沉浸感并且具有交互性，而沉浸感和交互性也正是博物館用其它影像介紹和視頻展示手段難以達到的。而且虛擬現(xiàn)實技術(shù)的在展覽陳列中的應用，也打破了時間和空間兩個個維度的界限，對歷史文物可以有針對性的進行詳細的介紹。這種嶄新的視角無形中拉近了觀眾和博物館的距離，使得觀眾通過展覽陳列進一步親近了歷史和文化。

1 博物館虛擬現(xiàn)實項目的方案步驟

現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)手段大體上有兩種，一種是基于3D幾何模型進行建模的技術(shù)（Modeling and Rendering from Geometry-Based，GBMR）另一種是基于圖像的建模技術(shù)（Modeling and Rendering from Photographs，IBMR）。 第 一種是使用3D建模軟件進行場景制作，第二種是利用實景拍攝進行場景制作。利用實景拍攝實施相對簡單，技術(shù)難度較小，在博物館場景較為復雜的展覽陳列建模中較為常用。其開發(fā)過程大致可以分為以下幾個步驟：

1）進行相關(guān)展覽陳列的虛擬現(xiàn)實項目場景規(guī)劃設(shè)計，主要包括對展覽陳列內(nèi)容分析、觀眾切換路徑設(shè)計、界面中的人機互動邏輯設(shè)計。

2）根據(jù)虛擬現(xiàn)實項目場景規(guī)劃設(shè)計的取景點路徑規(guī)劃，到實地進行全景拍攝。

3）在展覽陳列現(xiàn)場進行全景拍攝的基礎(chǔ)上進行全景圖的拼接及后期處理，制作出符合使用標準的虛擬現(xiàn)實場景。

4）使用專業(yè)軟件生成虛擬現(xiàn)實項目的文件并部署到Web服務器。

5）根據(jù)虛擬現(xiàn)實項目規(guī)劃設(shè)計的界面元素進行人機互動邏輯設(shè)計的交互動畫制作，并編寫代碼實現(xiàn)人機互動。

6）進行該虛擬現(xiàn)實項目的測試和內(nèi)容完善。

7）配合相關(guān)的展覽陳列正式進行此虛擬現(xiàn)實項目的發(fā)布。

圖1 虛擬現(xiàn)實項目的實施流程圖

2 博物館虛擬現(xiàn)實項目的實現(xiàn)

2.1 對虛擬現(xiàn)實展覽陳列進行場景規(guī)劃

在博物館的虛擬現(xiàn)實項目中，首先要對需要進行虛擬現(xiàn)實的展覽陳列進行場景規(guī)劃，主要是對該展覽陳列的參觀路線的規(guī)劃以及對場景取景位置的規(guī)劃，參觀路線的規(guī)劃主要是根據(jù)該展覽陳列的內(nèi)容大綱來決定的，一般需要將展覽陳列分為幾個邏輯主題，每個邏輯主題不能發(fā)生顛倒跳躍遺漏錯位，之后根據(jù)展覽陳列的現(xiàn)場環(huán)境條件選取對應取景點進行全景拍攝。同時需要在每個場景間和場景內(nèi)設(shè)計人機互動邏輯設(shè)計的交互動畫。

2.2 對虛擬現(xiàn)實展覽陳列進行全景拍攝

全景拍攝的目的是為了制作全景圖（Panorama）的需要，是通過攝影設(shè)備以均勻角度旋轉(zhuǎn)360°來拍攝并合成一張360°視角的完整場景范圍的照片。全景圖的寬高比為2:1，包含了寬度360°視角，高度180°視角空間的圖片。

在進行全景拍攝時需要用到的設(shè)備：

1）可換鏡頭數(shù)碼單反相機，推薦使用盡量高像素的全畫幅數(shù)碼相機，因為其拍攝出的照片在清晰度上具有更高的清晰度。

2）魚眼鏡頭，魚眼鏡頭的焦距非常短而且視角接近于180°，是廣角鏡的極致。一般選用8mm的鏡頭這樣能夠使鏡頭達到最極致的攝影視角。

3）全景云臺與三角架，全景云臺與三角架作為數(shù)碼相機的承載設(shè)備為全景圖的拍攝提供了支撐，并且通過調(diào)節(jié)可以使數(shù)碼相機在一個相同的旋轉(zhuǎn)軸上對三維空間進行拍照，保證了數(shù)碼相機拍出的圖像可以被全景圖拼接軟件完美的拼接。

4）快門線或WiFi快門控制器，為避免在拍攝過程中產(chǎn)生振動和位移，造成全景圖無法拼接。一般需要使用快門線或者WiFi快門控制器來完成拍攝。

另外在全景拍攝的過程中可將數(shù)碼相機向上傾斜一些形成仰角，這樣在全景拍攝中可以將垂直上方同時拍入畫面中，然后在完成一組全景拍攝后，移除全景云臺與三角架設(shè)備后，用數(shù)碼相機在同一拍攝地點拍攝一張地面的照片，用來在制作虛擬場景時補足垂直上方和垂直下方的露白。

2.3 對虛擬現(xiàn)實展覽陳列進行全景圖拼接與生成

虛擬現(xiàn)實場景的全景拼接需要專用軟件PTGui來進行，PTGui提供了可視化界面來拼接前期用魚眼鏡頭攝制的照片，從而生成出全景圖像。

在軟件中的操作比較簡單，在“方案助手”中點擊“1、加載圖像”，把拍攝的同一場景的照片加載到軟件中后，點擊“2、對準圖像”，由軟件自動識別照片并應用算法將多張照片根據(jù)照片中自動生成的特征點進行拼接，并顯示拼接結(jié)果。如果拼接的結(jié)果出現(xiàn)錯位扭曲可以手動進入給相鄰的兩張圖片進行增加或更正特征點操作，之后再次點擊進行“2、對準圖像”進行拼接，在拼接結(jié)果滿意后點擊“創(chuàng)建全景圖”，并選擇正確的輸出目錄，這樣即可合成一張全景圖（如圖2和圖3）。

圖2 利用PTGui生成全景圖

圖3 利用PTGui生成的全景圖

2.4 使用Pano2VR生成虛擬現(xiàn)實項目文件

Pano2VR作為一款虛擬現(xiàn)實合成軟件，是集開發(fā)、設(shè)計、發(fā)布于一體的虛擬現(xiàn)實項目軟件。該軟件利用Js和Script對全景圖片進行處理并加入人機交互的定制皮膚，完成從全景圖處理、切割到后期生成虛擬現(xiàn)實場景以及最終虛擬現(xiàn)實項目發(fā)布（圖 4）。

圖4 Pano2VR制作虛擬現(xiàn)實界面

在制作虛擬現(xiàn)實項目文件時要在多個場景之間進行跳轉(zhuǎn)，則需要在Pano2VR中設(shè)置皮膚加入熱點進行跳轉(zhuǎn)，并且在皮膚中還可以實現(xiàn)參觀者的熱區(qū)提示文字等交互方式（圖5）。

圖5 Pano2VR制作皮膚界面

（）（）

根據(jù)后期WEB發(fā)布的需要，Pano2VR軟件可生成Flash、Html5、css3等多種文件格式格式。另外可以設(shè)置虛擬現(xiàn)實場景的自動旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)速度、慣性、縮放，同時為了生成的文件顯示效果，在生成文件時一般設(shè)置為高像素值。

2.5 在web端進行虛擬現(xiàn)實項目的部署發(fā)布

把已生成好的虛擬現(xiàn)實項目文件放到服務器的web項目的對應目錄中，之后在index.jsp頁面中嵌套加入虛擬項目文件，進行發(fā)布就可以了（圖6）。

圖6 Web端發(fā)布后虛擬項目顯示效果

3 虛擬現(xiàn)實項目的意義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為博物館展覽形式多樣化的同時增加了展覽的趣味性，用現(xiàn)代信息化技術(shù)為博物館展覽創(chuàng)造了一個全新的視角，既可以讓觀眾感到新奇，又激發(fā)了觀眾的參與感，改變了博物館的高冷定位，使博物館更加的接地氣。