基于混合現實（MR）平臺的古生物數字化復原與保護研究

【摘要】依據我國《文物保護法》，如同古人類化石一樣，具有科學價值的古脊椎動物化石同樣是我國重要的科學文化遺產，屬于國家珍貴文物，受到國家保護。數字技術的不斷發展，為古生物復原及保護提供了全新的技術支持。本文以諸城恐龍博物館為例，對利用混合現實（MR）平臺實現古生物數字化復原與保護進行研究，可以為山東乃至全國今后的相關研究提供參考，具有積極的價值與意義。

【關鍵詞】混合現實（MR）平臺；古生物；數字化；復原；保護

【中圖分類號】Q914 【文獻標識碼】A

混合現實技術對人們的工作、學習、交流、娛樂方式進行了重塑，并帶來了變革性新體驗。美國市場調研公司的相關調查數據現實，2017年至2025年間，混合現實的市值將達到1.87億美元，其增長率高達38.06%。目前，混合現實技術主要應用于娛樂領域，但是隨著這一技術的繼續發展與普及，其在教育、文化事業等方面的應用也將顯著增長。不可否認，混合現實技術將逐步成為今后人們日常生活中的主導技術。就博物館發展而言，已經步入傳統博物館、流動博物館與網絡虛擬博物館齊頭并進的時代，混合現實技術的出現為博物館古生物復原與修復提供的了新的發展方式與方向，極大地延伸了博物館的服務空間與教育功能，不僅能更好地保護古生物遺產資源，還能有效滿足當下民眾的多元化需求。由此可見，將混合現實技術應用于古生物復原與保護具有可行性，對其進行研究具有必要性。

一、混合現實（MR）平臺概述

（一）混合現實（MR）技術概念

混合現實技術是對虛擬現實技術的進一步發展，該技術通過以數字信息處理技術為基礎對現實場景進行重新整合，從而構建新的創作平臺。換言之，混合現實技術是將現實場景信息引入到虛擬環境中，在現實世界、虛擬世界及用戶之間構建一個可以進行交互反饋的信息回路，這樣可以有效強化用戶體驗的真實感。混合現實平臺的構建可以描述并實現古生物學家與數字媒體藝術家的創作意念。通過這一平臺，利用數字傳播媒體將基于數字技術的信息系統向古生物學家發布，可以實現一種互動式科學探索與研究過程。對混合現實平臺而言，其具體表現形式有以下幾種：互動裝置、數字影像數據庫、動畫模擬、網絡傳播、多媒體藝術等。

（二）混合現實（MR）技術特征

通過對混合現實技術的概念與實踐進行梳理與分析，我們可以發現，混合現實技術具有以下幾個主要特征：其一，增強現實和增強虛擬結合性。即將現實世界與虛擬世界進行合并，并在此基礎上構建新的可視化環境。在新構建的可視化環境中，物理對象與數字對象是共存的，可以進行實時互動。由混合技術的概念可知，該技術是將現實場景與虛擬場景進行結合，并使其與用戶共同構建可以增強用戶體驗真實感的一個交互反饋的信息回路。基于混合現實技術的這一特性，我們可以發現該技術的實現需要一個可以與現實世界事物進行交互的環境，混合現實技術的關鍵點就在于與現實世界進行交互及信息的及時獲取；其二，交互性。大眾通過混合現實技術可以在更真實的環境中對研究對象進行自主控制及多角度的觀察與參與；其三，綜合性。混合現實技術是增強現實技術的進一步發展，其是計算機數碼技術、通信技術，信息掃描等的綜合體。

二、基于混合現實（MR）平臺的古生物數字化復原與保護研究——以諸城博物館為例

（一）諸城博物館運用混合現實（MR）技術的需求分析

就諸城恐龍博物館而言，目前該博物館對古生物化石的主要展出方式為實物標本陳列，其模擬廳仍然采用較為傳統的材料來對恐龍各種形態情景進行模擬。環幕電影廳雖有部分4D效果虛擬實景模擬，但存在效果制作真實性不足且畫面較為粗糙等問題。通過對來館參觀的民眾進行調查，其中大部分參觀者反映的普遍問題有三個：其一，枯燥乏味、不直觀；其二，信息傳遞量不足；其三，參與互動性欠缺等。對新型自然博物館而言，尤其是涉及古生物科學遺產文化的博物館，其在活動開展的過程中應強調推廣過程的互動性、參與性與體驗性，這剛好符合將虛擬技術與增強現實技術結合在一起的混合現實技術的特性和優勢。混合現實技術的應用極大契合了大眾對古生物知識的需求，豐富了自然景觀的表現方式，同時提升了古生物文化資源保護與利用的效率，順應我國重點支持遺產文化推廣趨勢。具有新穎直觀的表現形式及較強互動性的混合現實技術，成為大眾了解、保護古生物實物及遺跡最有效的實施方式和手段。由此可見，諸城恐龍博物館運用混合現實技術對館藏古生物資源進行修復與保護既是建設的需要，又是發展的需要。

（二）混合現實（MR）技術對古生物復原與保護的有效性分析

首先，基于很混合現實技術特征，其對古生物博物館實物展出與推廣工作的高效、優質開展具有積極價值。一般而言，古生物在保存及展出過程中都面臨一定的約束性，即要在特定的時間或地點內，通過現存挖掘展品與復制品的方式進行展出，這兩種展出方式的傳播速度與廣度都略顯不足。對此，混合現實技術的應用可以對這一缺陷進行補充。混合現實技術包含著三維動畫模擬技術、三維掃描技術與互動裝置等一系列新的技術與藝術手段，可以更加直觀、完整及藝術性地對古生物文化進行展示，能有效提升古生物博物館實物展出與推廣工作的實效性。此外，利用混合現實技術把原本存在或者可能存在的物種的生存狀態及演化過程進行復原和模擬，并對某些跨度較大或進程異常緩慢的古生物物種變化進行集中展現，在這一過程中對現代技術的利用可以提升古生物資源的娛樂性，提升人們對古生物的興趣，從而助推古生物博物館實物展出與推廣工作效率；其次，對混合現實技術的合理利用，有利于古生物數字化復原與保護工作的具體落實。隨著增強現實技術與虛擬現實技術的日臻完善，集合兩種技術優勢的混合現實技術已經被推廣應用于現代智能醫學領域，其所取得的科研成果已經達到國內先進水平。同時國外著名自然博物館對混合現實技術的應用已經形成了較為成熟的設計方案，并取得了一定的實施效果，由此可見，在諸城恐龍博物館遺產文化推廣中利用混合現實技術，將有利于相關工作的落實。

（三）混合現實（MR）技術應用于古生物復原與保護的要點分析

首先，要明確在混合現實技術應用于古生物復原與保護的過程中，展示的核心是古生物化石而不是技術手段。古生物數字模型的構建要兼具科學性與典型性。在構建古生物數字模型時，要對化石的相關知識及其所生存時代的生態環境進行全面了解，探索化石及其背后的故事，并通過技術手段進行還原，力求內容表現與技術應用的和諧統一；其次，對于古生物化石資源來說，其具有不可再生性與不可替代性，需要相對固定的、恒濕與恒溫的保存環境，利用混合現實技術將這些化石標本數字化復原，然后將真實資源進行合理保藏，不僅可以保護模式標本，還能讓更多的參觀者了解科學研究進展，大幅度提升博物館科學傳播的力度；最后，混合現實技術是科學與藝術的有機結合，不僅可以強化化石展示的視覺效果，還能喚起民眾對古生物的認知與記憶。由于目前大部分化石并不是完整的，所以利用混合現實技術復原古生物化石，需要盡可能多地參照同類化石標本，這樣才能還原古生物基本結構與細節，使復原模型更接近實際。

（四）基于混合現實（MR）平臺的古生物數字化復原與保護的未來發展趨勢

通過對混合現實技術的未來發展趨勢進行研究，我們可以對基于混合現實平臺的古生物數字化復原與保護的未來發展趨勢進行以下推測：其一，混合現實+人工智能。混合現實技術與人工只能技術的結合將會帶來新的、關鍵的技術變革，兩種技術的有效結合將進一步實現目前不能達到的事情。如我們所知，混合現實技術是將物理現實與數字內容進行疊加，以此為用戶構建一套全新的交互體驗，而人工智能技術的融入可以對這一體驗進一步提升。此外，對人工智能技術而言，云計算技術是其發展的一個催化劑，基于云計算技術、人工智能技術可以更好地幫助混合現實技術理解物理對象。由此可見，混合現實技術與人工智能技術的融合可以給用戶帶來更持久的現實體驗感；其二，沉浸式交流。對于目前的全息體驗而言，其是孤獨或孤立的，但混合現實技術未來要打造的應是可共享的。混合現實技術要實現的是更加沉浸式的溝通交流方式，進一步解除現實場景中的空間限制，降低混合現實技術的應用成本，提升其應用便捷性。

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作者簡介：田永江（1981-），男，漢族，山東諸城人，碩士研究生，青島農業大學動漫與傳媒學院，副教授，研究方向：影視動畫。

基金項目：山東省藝術科學重點課題“基于混合現實（MR）平臺的古生物數字化復原與保護研究”（項目編號：201806597）。