虛擬現實技術在古籍《滇南本草》數字化知識服務平臺中信息表現形式的應用研究

呂 峰，左早雪，田瑛琪

（云南中醫藥大學，昆明 650500）

《滇南本草》是一部記述西南高原地區藥物，包括民族藥物在內的珍貴著作，全書共3 卷，載藥458 種，作為我國一部地方本草專著，早于李時珍的《本草綱目》140 多年，不僅全書所載許多藥物為《本草綱目》未載之藥，而且書中所載的云南地方草木蔬菜可入藥的情況、云南少數民族醫藥與漢族中醫藥相互結合的實例及多種民族醫藥的療效經驗和民間驗方是本書獨具的特色，不僅具有極其珍貴的文物價值，而且具有十分重要的研究價值[1]。然而，《滇南本草》就像我國其他中醫藥古籍文獻一樣也存在“藏”與“用”的問題，雖然經典古籍保存的目的是為了利用，但利用就會損耗，且不利于保存。中醫藥是一門繼承性很強的學科，經典古籍更是傳承和發展中醫藥的主要載體，如何利用現代信息技術，在有效保護古籍文獻的同時，將古籍文獻蘊含的信息表現形式以數字化、多媒體化和虛擬化呈現是擺在我們中醫藥工作者、圖書文獻信息工作者和計算機專業人員面前的重要課題。

1 虛擬現實技術在古籍《滇南本草》數字化知識服務平臺中的應用概述

虛擬現實技術（VR）是指利用計算機生成一種可對參與者直接施加視覺、聽覺和觸覺感受，并允許其交互地觀察和操作虛擬世界的技術，其包含計算機技術、計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機交互理論、傳感器技術、顯示技術、高速并行的實時計算技術及人類行為學、人體工程學等多項關鍵技術[2]。在古籍文獻的保護和研究中應用虛擬現實技術可以在全方位逼真還原古籍原貌的同時，對古籍的研究和利用提供了一個全新的虛擬“時空世界”，使人們能夠更好地接觸古籍、感知古籍和認識古籍，在古籍《滇南本草》數字化知識服務平臺的建設過程中，主要采用了虛擬現實技術的三維全景虛擬仿真技術、三維虛擬幾何建模技術和虛擬交互集成技術來實現對《滇南本草》古籍原貌的“還原”和信息表現形式的全景“重現”。

1.1 三維全景虛擬仿真技術

三維全景虛擬仿真技術是使用數碼相機等圖像采集設備連續采集序列圖像，然后通過軟件對圖像進行拼接組合完成虛擬場景的三維重現。這種方法以真實場景為基礎，可以包含和生成現實世界中存在的各種復雜景觀，不受到場景對象的限制，能表達更多的圖像信息，并可以任意控制，交互性能好，設計制作成本低，能最大程度上接近真實的自然環境，使瀏覽者獲得較好的沉浸感和體驗感。目前主流的三維全景虛擬仿真設計軟件有Unity 3D、PTGuiPro、Pano2VR 等[3]，在平臺設計中主要采用了Unity 3D，利用Unity 3D 來為平臺搭建虛擬云南省地圖和16 個州市的主場景。

1.2 三維虛擬幾何建模技術

三維虛擬幾何建模技術是基于圖形的建模方法，通常使用可視化圖形建模軟件，建立場景的三維虛擬幾何模型，然后對建模對象進行樣式、材質、顏色、文理、光照和交互等特效設置，并在場景中設置觀察者的視點和觀察角度，最后通過渲染輸出達到虛擬場景的建模設計[4]。這種基于圖形的建模方式可以使設計出的三維模型逼真、精細和準確，在生成的虛擬場景中可以任意地控制視點和視角，具有良好的交互性。渲染輸出結合紋理映射能夠達到較好的仿真效果。目前主流的可視化圖形建模軟件有3D Max、Meshmixer、3D Slash、TinkerCAD 等[5]，在平臺設計中主要采用了3D Max，利用3D Max 來設計《滇南本草》所記載的458 種中藥材的三維植株模型和第三視角的白族少女人物三維模型。

1.3 虛擬圖文交互技術

虛擬圖文交互技術是通過將數字圖片和文字進行文本標記，然后將標記好的文本通過超鏈接等手段鏈接到可視化的虛擬場景中實現圖文交互的一種技術，文檔中除常規的圖片和文本外，還可以是標記文本、數據集和配置文件等。使用該技術既可以突出顯示圖片和文本細節內容，又可以為虛擬場景提供視覺突出顯示、視覺比較、內容切換和鏈接等交互功能。在平臺設計中利用該技術實現了對古籍版《滇南本草》的原圖和現代翻譯版《滇南本草》的注釋圖片、文字的融合顯示和圖文交互，并實現與場景和各類模型在平臺的有效整合、顯示和交互。

2 古籍《滇南本草》數字化知識服務平臺的信息表現形式實現方法

在古籍《滇南本草》數字化知識服務平臺的設計過程中，以信息構建理論為基礎，以虛擬現實技術為支撐，將云南中醫藥大學圖書館館藏的古籍清光緒十三年（1887 年）昆明務本堂刻《滇南草本》和2000 年云南科技出版社出版的《滇南本草》作為藍本（圖1），對古籍《滇南草本》進行全文圖像數字化掃描，并與出版的《滇南本草》進行一對一信息比對，將每種中藥材從字、詞，以及所提及的病名、藥名和經方等方面內容進行標引和著錄，建立元數據標準的數據庫和三維模型，平臺實現了對古籍原貌的信息表現，中藥材古籍圖像和真實藥材的信息標識，中藥材與病名、經方等關聯信息的導航，以及全文圖像知識信息的綜合搜索等全方位的知識服務體系的構建（圖2）。

圖1 《滇南本草》不同版本

圖2 平臺功能設計圖

2.1 平臺基于三維全景虛擬仿真的信息表現形式的實現方法

使用Unity 3D 三維全景虛擬仿真軟件搭建虛擬云南省地圖和16 個州市的場景地形圖時，在采集整理云南省地圖圖片、文字和Unity 模型包里FBX 格式的3D 石頭等模型的基礎上，將云南省地圖和16 個州市地形圖進行信息標注和圖形切割，然后將切割的16 個州市的地形圖導入Unity 3D 中，使用3D Object 工具箱里的Terrain 地形引擎工具進行場景信息的三維全景仿真設計（圖3）。

圖3 州市地形圖三維全景設計

2.2 平臺基于三維虛擬幾何建模的信息表現形式的實現方法

在用三維模型可視化圖形建模軟件3D Max 設計平臺里展示的古籍記載的458 種中藥材植株三維模型和白族少女人物三維模型信息中，中藥材植株模型的設計是從2000 年云南科技出版社出版的《滇南本草》中查找的相關中藥材的參考樣圖，將樣圖導入3D Max 軟件中，在軟件中利用自帶的圓柱體等三維模型比照樣圖進行細致的三維模型建模，模型建立好后選取樣圖中的各種顏色進行模型表面顏色貼圖以完成模型的著色過程（圖4）。白族少女人物三維模型的設計方法與中藥材植株三維模型類似，不同之處是人物模型的設計不是通過比照樣圖仿照設計，而是直接從3D Max 軟件人物模型庫中找到與設計模型相似的女性靜態模型，根據設計要求對靜態模型進行貼圖操作，并為模型表面添加白族服裝和頭飾，在貼圖完成后，又通過3D Max 軟件為模型綁定骨骼框架、蒙皮和添加動畫操作，使模型除具備服飾等外表外，又具備了運動的屬性（圖5）。

圖4 中藥材植株三維模型設計過程

圖5 白族少女人物三維模型設計過程

2.3 平臺基于虛擬圖文交互的信息表現形式的實現方法

在平臺設計過程中采樣虛擬圖文交互技術起到的作用就是將設計制作的全部三維虛擬場景、中藥材模型、人物模型、數字化的古籍版和現代版《滇南草本》圖文等信息進行整合并通過添加按鈕、選項框等觸發引擎實現各類信息的互動交互呈現，這個技術的作用就好比將“散落的顆顆珍珠通過線串聯起來”一樣。為此，在實現平臺信息的互動交互呈現時[6]，主要考慮從第三人稱的視角以白族少女三維模型面對云南省地圖進行16 個州市互動場景互動選擇登錄界面入手，以458 種中藥材在云南16 個州市的主要生長和種植為線索，按照“中藥材植株三維模型信息—古籍中記載中藥材的圖片信息—現代版中描述的中藥材的功效主治、藥材性狀、鮮藥植物等圖文信息”進行一一對應圖文交互設計，同時在場景中增加了相關知識信息的互動問答環節，使整個平臺在展現古籍的同時融合了知識性、趣味性，從而實現了“古籍與知識”“中藥材與知識”“地形場景與知識”“互動趣味與知識”4 個方面的信息融合表現（圖6）。

圖6 平臺各場景設計及信息表現形式

3 結束語

隨著當今虛擬現實技術的不斷推廣和應用，為古籍的保護和利用提供了一種有效的方法，古籍《滇南本草》數字化知識服務平臺的開發過程將虛擬現實技術中有代表性的三維全景虛擬仿真技術、三維虛擬幾何建模技術和虛擬圖文交互技術進行了深入應用和有效整合，使古籍的“藏”與“用”問題得到有效解決的同時，使古籍實現了從單純的資源服務向虛擬化、立體化、互動化的知識服務轉變。