運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建岳州窯陶瓷藝術(shù)博物館

◆黃亞鷹 劉飛尤 祝雨（湖南理工學院）

1.引言

習近平總書記在 “十九大”的系列講話中，一再強調(diào)文化自信在國家、民族發(fā)展道路上的深遠意義，指出“沒有高度的文化自信，沒有文化的繁榮興盛，就沒有中華民族偉大復興?！惫P者運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來打造岳州窯陶瓷藝術(shù)博物館，就是為了更好地傳承與發(fā)揚岳州窯陶瓷文化。虛擬現(xiàn)實博物館是一種讓人與虛擬仿真場景進行交互活動的數(shù)字化信息博物館，其使用VR技術(shù)通過視覺感受、姿態(tài)動作的方式來實現(xiàn)沉浸式的互動，使參與者獲得更為生動的體驗，強化博物館進行大眾教育的功能，開拓一條弘揚中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的信息化途徑。

2.虛擬現(xiàn)實博物館的理論研究

2.1 數(shù)媒時代的虛擬現(xiàn)實博物館

過去，傳統(tǒng)的實體博物館因為受著開放時間、所在地點等因素的影響，使得觀眾難以隨時游覽?，F(xiàn)在，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的興起，（虛擬現(xiàn)實簡稱VR,是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機軟件生成一種多信息融合、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的仿真沉浸式環(huán)境。）使得虛擬現(xiàn)實博物館（簡稱VR博物館）的創(chuàng)建成為可能， VR博物館中陳列著展品的高清數(shù)字化3D模型，用戶不但可以通過文字、圖片來瀏覽展品，還可以全方位地看到館內(nèi)藏品的各個角度及細節(jié)。展示理念發(fā)生了深刻的變化,展館不僅體現(xiàn)在展示內(nèi)容上的更新,更體現(xiàn)在展示方式上的嬗變,即從以注重展品為主轉(zhuǎn)向以關注人類自身發(fā)展為主,從以分類陳設展示為主轉(zhuǎn)向以營造體驗式環(huán)境為主。

2.2 虛擬現(xiàn)實博物館相比傳統(tǒng)博物館的優(yōu)勢

（1）虛擬現(xiàn)實博物館可以存在于數(shù)字網(wǎng)絡的平臺上，有效地打破了時空界限，觀眾通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可以從世界任何地方隨時訪問VR博物館。（2）虛擬現(xiàn)實博物館具有極好的交互性。傳統(tǒng)博物館基于對展品的保護目的，觀眾普遍只能透過厚厚的玻璃來觀賞展品。而用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將數(shù)字世界和真實世界結(jié)合在一起，可以自動地為進入VR博物館的訪客優(yōu)化照明，觀眾可通過自身動作控制虛擬環(huán)境的視角，在360度立體空間中從各個角度來觀賞展品，甚至可以使視線進入展品的內(nèi)部來仔細研究展品的結(jié)構(gòu)關系。（3）虛擬現(xiàn)實博物館可以給觀眾提供身臨其境體驗活動。比如觀眾在虛擬現(xiàn)實的陶瓷博物館里，不僅可以參觀傳統(tǒng)陶器的生產(chǎn)工序，還可以采取制作虛擬陶器的游戲形式參與體驗活動。觀眾可以通過VR工具來制作陶器，或?qū)ΜF(xiàn)有陶器進行改造，最終通過屏幕打印的方式擁有自己所做陶器的照片。（4）虛擬現(xiàn)實博物館具有豐富的升級拓展空間。博物館的管理者可以定期對虛擬現(xiàn)實博物進行優(yōu)化和內(nèi)容的更新，同時觀眾也可以在互聯(lián)網(wǎng)上下載博物館的更新模組，通過網(wǎng)絡上傳自己對博物館的個性化改造，使VR博物館的內(nèi)容更加豐富和有趣。

3.岳州窯虛擬現(xiàn)實博物館的構(gòu)建實踐

3.1 博物館的場景搭建

筆者首先利用全景相機采集岳州窯古址的實景數(shù)據(jù)，然后在用UE4引擎軟件和一些優(yōu)化插件及動作模組來搭建VR博物館。UE4引擎是用來制作虛擬現(xiàn)實場景的主要平臺軟件，其出色的畫面效果、強大的材質(zhì)編輯器、全面的藍圖程序系統(tǒng)可以完美勝任開發(fā)虛擬現(xiàn)實陶瓷博物館的任務。虛擬現(xiàn)實陶瓷藝術(shù)博物館的制作過程主要分為兩個階段：前期的3D模型制作與后期在UE4引擎內(nèi)進行搭建渲染，通過UE4自帶的材質(zhì)編輯器，將貼圖賦予至模型的表面，并通過調(diào)整各類參數(shù)值來達到逼真出色的材質(zhì)效果。

3.2 虛擬現(xiàn)實陶瓷展品的制作

筆者使用3DSMAX建模軟件制作出陶瓷展品模型，由于展品各個部分的形狀及材質(zhì)都有不同，需拆分成多個獨立部分制作。制成基礎模型后，對模型表面進行區(qū)域劃分及編號，以便于后期添加不同效果的材質(zhì)。因為用3DSMAX建模軟件只能制作出帶有表面貼圖的“白模”，所以還需運用Photoshop圖像處理軟件為每一個模型制作基礎顏色貼圖，以及帶有凹凸的數(shù)值信息的法線貼圖，將完成的模型與貼圖整理歸納導入至UE4引擎中，利用UE4引擎的材質(zhì)編輯器對模型的顏色貼圖和肌理質(zhì)感進行設定與調(diào)整，以達到最為逼真的效果。

3.3 展館燈光氛圍的設置調(diào)整

在博物館的建設當中，燈光的運用和氣氛的渲染無疑是非常重要的一環(huán)。在完成了陶瓷展品模型的制作后，筆者使用UE4引擎生成虛擬展館場景，將所有模型導入場景中進行布置。在展廳外部，筆者通過全局光照和天空球的編輯，營造出夜晚神秘環(huán)境效果，烘托出帶有科技感的藝術(shù)氣息。在展廳內(nèi)，筆者使用不同亮度和光色來布置燈光，拉開展品與環(huán)境的主次關系。因為線光源主要通過發(fā)光材質(zhì)貼圖制作，發(fā)光強度較弱且調(diào)節(jié)范圍小，總體上對場景的亮度貢獻較少，更多的是起到裝飾和引導視線的作用，所以為了完成照明的任務，筆者在場景頂部添加了適當數(shù)量的高亮度點燈光，由頂部結(jié)構(gòu)面反射成面光源再反饋到場景中，通過這一處理，讓原本生硬突兀的點光源變得柔和，同時可控制了燈光的亮度，有助于維持場景中的氛圍基調(diào)（圖1）。

圖1 虛擬現(xiàn)實展廳小品效果 黃亞鷹

3.4 為岳州窯虛擬現(xiàn)實陶瓷藝術(shù)博物館設計虛擬講解員

筆者利用UE4引擎的機器人功能，制作了虛擬博物館講解員，當觀眾點擊展品時，可以激活講解或者演示該陶瓷展品的制作過程等。這種講解員可根據(jù)不同時代展品的歷史背景，伴隨著特效聲音用最適合的語調(diào)講述展品的歷史淵源。這樣的講解形式，有效地吸引了觀眾的注意，使其更能體會展品的藝術(shù)價值。

4.在構(gòu)建岳州窯VR博物館過程中所遇到的主要困難和具體解決方法

（1）在陶瓷模型貼圖的過程中，剛開始用基礎貼圖對陶瓷模型做貼圖效果，完成以后筆者發(fā)現(xiàn)這并不能很好地表現(xiàn)出陶瓷的材質(zhì)，使用基礎貼圖的陶瓷模型看起來很粗糙，于是筆者試著采用了其它方法來做貼圖。首先，把貼圖導入在ue4的材質(zhì)藍圖中進行調(diào)整，導入原始貼圖basecolor，然后進行multiply加法混合，加上向量調(diào)節(jié)貼圖亮度，在multiply通道給貼圖加上顏色傾向，再加上desaturation節(jié)點和向量節(jié)點控制飽和度調(diào)整材質(zhì)信息，但在此過程中，筆者又發(fā)現(xiàn)材質(zhì)的一些高度信息和高光粗糙度表現(xiàn)不明顯，于是又在PHOTOSHOP圖像編輯軟件里面把貼圖導入，根據(jù)紅色通道做出高光，根據(jù)綠色通道做出粗糙度，根據(jù)藍色通道做出金屬質(zhì)感，然后把這3張貼圖合在一起再進行導入，在ue4里面進行合成multiply加上向量調(diào)整相關的粗糙度，最后再在模型中導入法線貼圖，一張完美的貼圖就做成了，而且采用了通道貼圖，改進了以往需要大量調(diào)試出現(xiàn)的貼圖問題，提高了制作效率。

（2）在天空的貼圖中，因為是ue4自帶的效果是沒有晚上的效果，所以筆者把自帶的directional light actor 給清除了，讓天空貼圖為主體，調(diào)整天空貼圖的sun height 來實現(xiàn)，改變一下clound 和stars brightness 的含量，然后筆者又找來了天空星球的圖片，在ps中做了一些處理，把不要的部分變成透明圖層。隨后新建一個材質(zhì)球，并且把blend mode 改成additive模式，讓貼圖自己變成自發(fā)光體，讓圖片不顯示透明圖層，然后賦予在一個box上當做貼圖，讓box經(jīng)過變形變成面片后鋪在天空上，形成了完美的星球效果。

5. 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造了一種嶄新的視覺體驗和人機交互方式，將觀眾帶到不可觸及的虛擬環(huán)境中，它代表著信息產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展方向。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于VR博物館的搭建，發(fā)揮VR博物館的優(yōu)勢來改善傳統(tǒng)實體博物館的缺陷，極大限度地拓展了博物館的空間，以一種更為有效的方式讓中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化在互聯(lián)網(wǎng)平臺上進行快速傳播。

[1]孫元欣,高維和.中國2010年上海世博會各國展示科技與應用前景[M].上海:上?？茖W技術(shù)出版社,2010.

[2]吳予敏.傳播與文化研究[M].北京:北京大學出版社,2007.