增強現實技術在博物館中的應用

張寶文 陳達銀

摘?要：博物館自古以來就是我們學習、交流和傳播文化的一個理想場所，而增強現實技術具有移動性強、虛實結合，將多感官融合起來的優點，把這二者融合，可以帶給觀眾更全面的參觀體驗，可以給博物館的參觀方式添光加彩。文中以長安大學地質博物館史前生物展廳中的一個測試程序為例，從硬件設施、軟件制作、后續優化等方面，講述了如何一步步地實現化石展品的增強現實技術，給參觀者參觀帶來更大的自由度。

關鍵詞：增強現實技術;虛實結合;地質博物館;應用實例

博物館展出的藏品具有數量龐大和種類繁多的特點，是人們學習交流文化的理想場所之一，其中部分精品展品值得人們進一步觀察學習，深入研究;增強現實技術以其移動性強、虛實結合的獨特優點，能直觀地將博物館展品特色，多感官地呈現出來，帶給參觀者對展品更全面的認知，增加參觀趣味性。

1?增強現實技術在博物館中的應用

長安大學地質博物館內所展陳的化石標本有兩千多件，涵蓋從低級的簡單生物到高級的脊椎動物，包括軟體動物、腔腸動物、腕足動物、節肢動物、半索動物、棘皮動物和脊索動物等，此外，還有各類的植物化石標本，橫跨了寒武紀至今的各個時代。其中還有很多具有典型性、特殊性以及觀賞性的精品化石，比如遼西鳥、恐龍、鸚鵡嘴龍、海百合、恐龍蛋、中華鱘和魚龍等化石。這些化石有的清晰可見，有的棱角模糊，顏色暗淡，現已有年代、發掘人、文字簡介等信息，要是能同時看到它們活靈活現的復原模樣，將帶給參觀者更好的觀看體驗。

增強現實技術（Augmented?Reality，簡稱為AR），這是將虛擬和真實的信息進行集成的技術，是把本來在真實場景中沒法看到、聽到、摸到、聞到等信息用人工合成、電腦等科學技術手段，疊加到真實的場景中來，這樣人類就能體驗到更豐富的信息，繼而得到超越真實的觀感過程。虛擬物體和真實環境同時在同一個場景共存。它相比虛擬現實技術，最大的特點就是不是完全脫離現實的，所以不需要佩戴沉重的頭盔。因此在醫療、軍事、工業、網絡視頻、娛樂游戲、旅游、市政建設規劃等領域都有廣泛應用，也用于古跡的復原，文化遺產數據的保護。同理，也可以運用到博物館中來，比如化石，在長安大學的地質博物館中運用增強現實技術，讓參觀者拿著手機，打開軟件調用攝像頭，不需要掃碼或者拍照，只要對著我們的化石展品，讓攝像頭檢測到它們，就馬上能顯示出化石的復原場景，比如完整的魚龍眼睛滴溜溜地轉，搖頭擺尾;活躍于晚白堊紀的暴龍，在七八千萬年后的今天又能重見天日，仰頭長嘯;海百合美麗的身形搖曳生姿等，讓觀者在看到石化現狀的同時，也能看到生態復原的影像。

2?應用實例實現方法

現以長安大學地質博物館5號史前生物展廳中的化石展品為例進行說明。為了參觀者更好的認識展品，了解地球不同年代生物的進化史，將形成化石的動植物復原。其實現方法如下。

2.1?硬件

硬件上只要有款帶攝像頭的觸屏手機即可，若想跟展品一起自拍，還可以選用有前置攝像頭的手機。

2.2?軟件

軟件用的是3DMAX建模軟件和Unity3D三維綜合游戲引擎。

2.2.1?建模

要想把化石復原，當然先上網尋找化石的圖像資料，比如圖1魚龍，（a）為中生代海中霸主魚龍化石展品，（b）為它相應的復原圖片。用建模軟件進行建模，拖個長方體出來經過拉伸、切割、擠出等操作按（b）中圖片做出魚龍三維模型，在模型修改器上疊加UVW型貼圖修改器，將圖片貼給模型;為了增添它的神采，單獨制作眼球及其動畫，如圖1中（c）所示;再凍結模型添加骨骼，包括脊柱、上下頜骨、魚鰭;之后給模型添加蒙皮修改器，將骨骼逐個綁定到模型上，調整權重影響因子;最后參照現代魚類的游泳形態，給魚龍添加動畫，讓它活靈活現地動起來。

2.2.2?增強現實技術實現

有很多類型的插件可以在Unity中運用以做到增強現實，比如Metaio、高通Vuforia，D‘Fusion，國產Easy?AR等，這里采用Easy?AR，注冊后將密鑰保存下來，復制到Unity的Easy?AR插件版權許可證密鑰里，這樣準備工作就完成了。新建工程，將攝像機的顏色改成單一黑色，把EasyAR文件夾里的圖像追蹤和目標圖像預制件（預制件是自帶一定功能、可多場景復制、移動、使用的物體）拖入場景，將它們關聯，一個展品對應一對圖像追蹤和目標圖像，多個展品就要建立多個圖像追蹤和目標圖像，這些圖像既可以在同一屏幕中顯示，又可以根據追蹤檢測順序逐個單獨地顯示出來，具體情況可以根據軟件的實際需求進行區別配置。然后設置目標圖像的圖片源類型、路徑、名稱、尺寸等參數，這里將上個步驟中的魚龍化石圖片放進來，當作檢測圖，再把魚龍的模型動畫從建模軟件中導出為FBX格式，導入Unity中，作為目標圖像的子物體，這樣帶攝像頭的電腦就可以直接運行測試了，將檢測圖發到手機上，既能保證原圖的清晰度，又能避免二次拍攝造成的變形，運行結果如圖2所示：（a）為魚龍化石及其復原動畫，（b）為暴龍及其復原模型，（c）為海百合化石及其復原模型。

2.2.3?后續優化

為了觀看者擁有更自主的操作體驗，可以通過觸屏滑動手機，翻轉縮放顯示的模型，比如上述魚龍，通過翻轉可以全方位的觀察魚龍結構，讓我們看清它那碩大的眼睛，細長的吻部，鋒利的牙齒，從側面可以看到強壯的魚鰭，從后面我們可以看到它還有長長的尾巴。

添加腳本ARtouch，設置單點觸碰為翻轉角模型角度，要先儲存模型的相位：

Input.touches[0].phase?==?TouchPhase.Began;

transform.Translate（new?Vector3（Input.touches[0].deltaPosition.x?*?Time.deltaTime，Input.touches[0].deltaPosition.y?*?Time.deltaTime，0））;

設置雙點觸碰為縮放模型，先儲存手指的位置：

Vector2?nposition1?=?new?Vector2（）;

Vector2?nposition2?=?new?Vector2（）;

Camera.main.transform.Translate（isforward*Vector3.forward?*?Time.deltaTime*（Mathf.Abs（deltaDis2.x+deltaDis1.x）+Mathf.Abs（deltaDis1.y+deltaDis2.y）））;

3?結語

長安大學地質博物館不僅是學校前輩地質教授和學生們六十多年來的心血精華，也是當代資源、土地、水環等學院教師在課本外授課、做研究的重要場所，還是中小學生們的興趣啟蒙之所，博物館教育歸根結底，還是為了輔助學校培養下一代，將文化積淀代代傳承下去。通過在博物館中運用增強現實技術，既能讓學生對博物館的展品知其然，又能知其所以然，調動學生的參觀學習興趣，激發他們的參觀熱情，從而把博物館的教育功能發揮得更加淋漓盡致。

參考文獻：

[1]李文霞，司占軍，顧翀.淺談增強現實技術[J].電腦知識與技術，2013，9（28）：64116414.

[2]劉越.移動增強現實關鍵技術及研究進展[J].Special?Theme，2013（246）：245247.

[3]李燁，楊敏，李玉蘭.基于增強現實技術的移動虛擬電子書研究[J].軟件導刊，2013，12（1）：1214.

[4]張立鵬.基于自然特征的增強現實[D].上海：華東理工大學，2012.

作者簡介：張寶文（1988—?），女，漢族，陜西西安人，碩士，工程師，研究方向：電機與電器，電氣工程及其自動化。