基于VR技術(shù)的虛擬博物館設(shè)計與開發(fā)

王經(jīng)田 梁曉琳 王志飛

摘? 要：VR技術(shù)是新一代信息技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，將VR技術(shù)應(yīng)用于博物館能夠打破傳統(tǒng)博物館的局限性，給博物館的發(fā)展帶來新的生機。虛擬博物館作為新時代博物館的補充和延伸，可以有效地完善文物的展示效果，給予觀者更為豐富的視覺體驗，極大地增強了觀者的沉浸感和參與感。文章基于VR技術(shù)，深入研究博物館的新功能，完善虛擬博物館的建設(shè)與開發(fā)，最大限度地滿足寬領(lǐng)域、多層次的社會需求，對文物保護和文化傳播也具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；虛擬博物館；文化傳承

中圖分類號：TP391.9? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）15-0029-06

Design and Development of Virtual Museum Based on VR Technology

WANG Jingtian， LIANG Xiaolin， WANG Zhifei

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou? 253034， China）

Abstract： VR technology is a product of the continuous development of the new generation of information technology. Applying VR technology to museums can break the limitations of traditional museums and bring new vitality to their development. As a supplement and extension of the new era museum， the virtual museum can effectively improve the display effect of cultural relics， give visitors a richer visual experience， and greatly enhance the sense of immersion and participation of visitors. Based on VR technology， this paper deeply studies the new functions of museums， improves the construction and development of virtual museum， and meets the needs of a wide range and multi-level society to the greatest extent. It is also of great significance to the protection of cultural relics and cultural dissemination.

Keywords： virtual reality; virtual museum; cultural heritage

0? 引? 言

中華文化博大精深，源遠(yuǎn)流長，承載了五千年的中華文明。而博物館是一個國家民族發(fā)展的最好見證，在弘揚文化、宣傳教育中也起著十分重要的作用。但博物館中的文物大多歷史悠久、易碎易毀，為了能夠留存久遠(yuǎn)，讓更多的人看到，我們利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計開發(fā)虛擬博物館，實現(xiàn)跨時空的文物觀賞。同時通過數(shù)字化的方式將有形的文物轉(zhuǎn)化成無形的數(shù)據(jù)文件，盡量以虛擬數(shù)字化的形式保留文物信息。虛擬數(shù)字博物館可以走向千家萬戶，讓游客足不出戶即可實現(xiàn)信息交互資源共享，提升了游客的參與感和互動感，激發(fā)了他們深入了解文物歷史淵源的興趣，彌補了現(xiàn)實博物館的不足，為文化傳播提供一種新的方式，讓歷史文化得到很好的傳承。

1? 虛擬博物館的分析

1.1? 虛擬博物館的概念

虛擬博物館是指采用現(xiàn)代信息技術(shù)對傳統(tǒng)博物館進行數(shù)字化處理，通過增加交互性、真實性、個性化等特性來豐富傳統(tǒng)博物館的內(nèi)容，可進一步提升游客對博物館的體驗感。虛擬博物館是傳統(tǒng)博物館的補充和延伸，不僅包括數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)、文物種類等內(nèi)容，還包括將VR技術(shù)應(yīng)用于視覺軟件設(shè)計和歷史文物數(shù)字化處理等多方面的內(nèi)容。VR技術(shù)的支持使我們擺脫了傳統(tǒng)博物館的限制，您只需擁有一臺智能手機/電腦和網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)對博物館藏品的瀏覽，實現(xiàn)隨時隨地身臨其境般參觀虛擬博物館的目標(biāo)，提供一種全新的展示方式和思路。

1.2? 虛擬博物館的種類

虛擬博物館可分為復(fù)刻型虛擬博物館和全新型虛擬博物館。復(fù)刻型虛擬博物館的建設(shè)是以傳統(tǒng)博物館為基石，通過VR和AR技術(shù)對傳統(tǒng)博物館（包括展館布局和歷史文物）進行數(shù)字化展示，利用傳統(tǒng)博物館的文物進行數(shù)字化設(shè)計，以照片、視頻、全景圖等形式展現(xiàn)在三維數(shù)字化空間中，由此構(gòu)建出沉浸式的氛圍感。當(dāng)前，復(fù)刻型虛擬博物館是國內(nèi)虛擬博物館建設(shè)的主流，而全新型虛擬博物館的建設(shè)則是以VR技術(shù)為核心，對傳統(tǒng)博物館中的文物進行數(shù)字化設(shè)計，然后依托展館設(shè)計營造一個嶄新的虛擬空間，使展館更富有創(chuàng)造性和新穎性，在空間上也一并擺脫了展館本身的限制。但這也會導(dǎo)致所建設(shè)的虛擬場景真實性較差，觀看者可能無法獲得身臨其境的感覺。全新型虛擬博物館的建設(shè)，需要設(shè)計者具有極強的空間感和想象力才能完成設(shè)計，否則將無法實現(xiàn)文化傳承等功能。所以，全新型虛擬博物館大多以公益和創(chuàng)新實驗為主。

1.3? 虛擬博物館的特點

虛擬博物館具有交互性強、沉浸感好、無時空限制的特點。VR和AR技術(shù)的采用能夠最大限度地改變傳統(tǒng)的視覺展示形式，通過數(shù)字化技術(shù)搭建觀看者與文物之間的互動聯(lián)系，這種交互性體驗?zāi)軌蛴行嵘^看者的沉浸感和參與感，激發(fā)觀看者的探索性和積極性，使得觀看者能夠自由地查找和學(xué)習(xí)博物館的相關(guān)信息。更重要的是，通過將現(xiàn)實世界與虛擬世界聯(lián)系起來，可以提高觀看者的體驗感，而VR和AR技術(shù)可以及時提供觀者所需的服務(wù)，這樣就能夠與觀者訪問后階段的服務(wù)和需求建立有機的聯(lián)系。在虛擬博物館的建設(shè)中，可以通過使用VR和AR技術(shù)將靜態(tài)畫面轉(zhuǎn)變成實時動態(tài)場景，這樣既可以提高觀看者的沉浸感，又可以實現(xiàn)不同場景間的交互。在虛擬博物館中，觀看者以第一人稱的視角進行參觀，增加了3D音效和立體視覺效果，極大地增強了觀看者的沉浸感和氛圍感。虛擬博物館擺脫了時空限制，無論何時何地，只要是連上網(wǎng)絡(luò)通過手機和電腦就可以輕松實現(xiàn)對虛擬博物館的觀看，非常的便捷。

1.4? 虛擬博物館的發(fā)展

近年來，隨著國潮的興起和人民思想意識的提高，我國非常注重對文物的保護，拍攝了許多文物保護方面的紀(jì)錄片，得到許多人的好評，這對傳統(tǒng)博物館的建設(shè)與發(fā)展提出了更高的要求，需要對傳統(tǒng)博物館進行轉(zhuǎn)型升級，迫切需要進一步加強對虛擬博物館的研究與開發(fā)。在新一代信息技術(shù)的支持下，我國研發(fā)了以傳統(tǒng)博物館為基石的虛擬博物館，具有線上參觀、展覽、介紹等多種功能，為故宮博物院、地方博物館等地的文物保護提供了新的生存道路。但是與一些發(fā)達國家相比，我國的虛擬博物館建設(shè)仍處于初級發(fā)展階段，還應(yīng)繼續(xù)加強研究學(xué)習(xí)，國家應(yīng)該給予政策支持，以推動虛擬博物館全方位、深層次的發(fā)展。在對虛擬博物館進行建設(shè)與開發(fā)的時候，我們應(yīng)該積極探索如何充分地把各種科學(xué)技術(shù)手段應(yīng)用于虛擬博物館帶給觀者的視覺體驗上，如何將中國傳統(tǒng)文化融入虛擬博物館展覽中，如何提高與優(yōu)化VR與AR。

2? 虛擬博物館的設(shè)計與制作

2.1? 模型設(shè)計

模型的設(shè)計分為場館的模型搭建和歷史文物的模型搭建。在前期準(zhǔn)備階段，需要收集大量的文獻資料對文物有一個基本的了解，以便進行講解的設(shè)計，仔細(xì)觀看文物的照片，以便進行素材采集等工作，我們在制作貼圖的過程中，盡量去還原真實的歷史文物，有利于觀者在觀看虛擬博物館的過程中獲得較高的沉浸感與美感。在制作過程中，首先構(gòu)建展館的三維模型，在3D MAX中先用立方體構(gòu)建出展館的大體模型。構(gòu)建出展館的輪廓后再通過多邊形建模對模型的點線面進行細(xì)化，通過擠出、切割等操作繼續(xù)構(gòu)建模型的細(xì)節(jié)，最后對模型布線，通過焊接等工具簡化模型的頂點。建設(shè)完展館后便開始搭建歷史文物模型，通過對文物圖片的考量以及到博物館實地考察確定選題，在網(wǎng)絡(luò)上搜集相關(guān)信息，對比圖片建模。由于陶瓷文物弧面較多，在建模過程中不宜將輪廓拉得過大，多利用網(wǎng)格平滑等工具增加文物面，使弧面看起來更加立體自然。

文物模型設(shè)計圖如圖1所示。

2.2? 貼圖與燈光

在設(shè)計完模型之后，對模型進行展UV貼圖。將模型展開刪除不需要的面，然后給文物一個材質(zhì)，將提前制作好的貼圖圖片導(dǎo)入，利用UV編輯器調(diào)節(jié)模型頂點對接貼圖，慢慢調(diào)整使貼圖和各部分吻合，實現(xiàn)模型的真實效果。完成貼圖后，開始給文物模型添加燈光效果。大部分歷史文物的輪廓和線條都很明顯，為歷史文物賦予燈光使高光和陰影的層次感渲染得更加真實，效果更佳逼真，氛圍感更強，使觀看者在觀看的過程中獲得更高的沉浸感和體驗感。渲染燈光圖如圖2所示。

2.3? 界面跳轉(zhuǎn)與退出

在3D MAX中處理好模型之后，就可以導(dǎo)入Unity軟件中，切記在導(dǎo)入模型之前先行導(dǎo)入貼圖文件，并且選擇使用外部貼圖，然后再導(dǎo)入模型。導(dǎo)入模型之后，就可以增設(shè)界面跳轉(zhuǎn)和退出命令。首先在Unity軟件的博物館場景中給需要跳轉(zhuǎn)的文物模型創(chuàng)建一個Button命令，添加一個c#腳本TransDataScene，并將場景保存為01；再新建一個跳轉(zhuǎn)后的場景，同時在場景中繼續(xù)創(chuàng)建一個Button命令，并將場景保存為02，完成后對創(chuàng)建按鈕的位置、大小、顏色進行修改，根據(jù)需要做好調(diào)整后，完成虛擬博物館的界面跳轉(zhuǎn)，本作品的其他跳轉(zhuǎn)功能均以此方式實現(xiàn)并完成。界面跳轉(zhuǎn)圖如圖3所示，退出程序圖如圖4所示。部分代碼為：

using System.Collections;

using System.Collections.Generic;

using UnityEngine;

using UnityEngine.SceneManagement;

public class C ： MonoBehaviour

{

// Start is called before the first frame update

void Start（）

{

}

// Update is called once per frame

void Update（）

{

}

public void jinru（）

{neManager.LoadScene（13）;

}

public void caozuo（）

{

SceneManager.LoadScene（2）;

}

public void tuihui（）

{

SceneManager.LoadScene（0）;

}

public void shuanglianhu（）

{

SceneManager.LoadScene（4）;

}

public void Tuichu（）

{

#if UNITY_EDITOR

UnityEditor.EditorApplication.isPlaying=false;

#else

Application.Quit（）;

#endif

}

}

2.4? 文本設(shè)計

觀看者在對虛擬博物館中的藏品進行觀看瀏覽時，完全是觀看者自己活動的過程，沒有導(dǎo)游為觀看者進行文物的介紹，這時候就需要提供一些文物講解的文字，去代替導(dǎo)游的角色功能。所以在虛擬博物館的建設(shè)過程中完全不能忽略文本內(nèi)容。利用image工具進行文本的創(chuàng)作，添加適當(dāng)?shù)募y理走向，將之前設(shè)計完成的材質(zhì)保存到不同的文件夾中，這樣可實現(xiàn)在創(chuàng)作的過程中直接使用，把PS設(shè)計的圖片與image設(shè)計的文本相結(jié)合進行設(shè)計與制作。同時在材質(zhì)的選擇方面，需要使用透明模式，這樣有利于保證除了文本以外的界面是透明的，能夠把文物全面地展現(xiàn)出來，復(fù)制之前設(shè)置好紋理Texture走向，再去調(diào)整圖像的Size與Position，借此確定文物的具體位置。虛擬博物館的文字介紹設(shè)計圖如圖5所示。

2.5? 場景漫游的設(shè)計

實現(xiàn)場景漫游就是實現(xiàn)交互功能，第一是實現(xiàn)第一人稱視角的漫游。我們可以通過鼠標(biāo)和鍵盤來控制漫游的形式，通過鼠標(biāo)晃動控制視角的方向，也可以實現(xiàn)視角切換。利用鍵盤控制漫游是比較復(fù)雜的，觀看者既可以通過按鍵改變視角的方向，也可以進行場館內(nèi)的移動。W鍵可以控制視角進行向前的移動，利用XYZ軸來說，主要是實現(xiàn)Z軸方向向后的移動。S鍵可以控制視角進行向后的移動，利用XYZ軸來說，主要是實現(xiàn)Z軸方向向前的移動。A鍵可以控制視角進行向左的移動，利用XYZ軸來說，主要是實現(xiàn)X軸方向向后的移動，D鍵可以控制視角進行向右的移動，利用XYZ軸來說，主要是實現(xiàn)X軸方向向前的移動，場景漫游主要是通過在Unity3D中添加代碼來實現(xiàn)。部分代碼為：

using System.Collections;

using System.Collections.Generic;

using UnityEngine;

using UnityEngine.SceneManagement;

public class SceneChanger ： MonoBehaviour

{

// Start is called before the first frame update

public string sceneName;

void Start（）

{

}

{

Debug.Log（sceneName）;

}

private void OnMouseDown（）

{

SceneManager.LoadScene（sceneName）;

}? ?// Update is called once per frame

void Update（）

{

}

}

代碼初始圖、結(jié)束圖、場景漫游圖分別如圖6、圖7、圖8所示。

2.6? 碰撞檢測

實現(xiàn)交互功能的第二項就是碰撞檢測。完成場景漫游制作之后，由于觀看者要在場景之中觀看，難免會發(fā)生碰撞。為防止觀看者在觀看過程中發(fā)生穿膜的事件，保證觀者觀看過程中的體驗感和真實感，在Unity軟件中向文物展示柜等場景中加入碰撞命令。在“Hierarchy”面板中點擊右鍵，選擇3D Object，點擊Plane新建一個平面，然后右鍵選擇3D Object，選擇capsule命令，新建一個球體，選中球體，在inspector面板中，雙擊“add component”，在彈出的面板中輸入rigidbody。同理，新建一個正方形，調(diào)整正方形的大小位置，在inspector面板中，添加BOX collider組件，完成所有文物和場館邊的碰撞設(shè)計，如圖9所示。

2.7? 添加音樂

在虛擬博物館的建設(shè)中，還應(yīng)該添加一些背景音樂和對展館及歷史文物的介紹解說。背景音樂的使用往往可以調(diào)節(jié)環(huán)境氣氛，在虛擬博物館的制作過程中，加入合適的背景音樂，利用Wave Player播放音樂，可以提高情感的表達，讓觀看者獲得更好的沉浸式體驗，豐富觀眾的情感內(nèi)容，使其獲得身臨其境的感覺，增強觀看者對虛擬博物館的體會與感受。展館和歷史文物的介紹解說，能夠幫助觀看者更好地了解博物館的歷史背景和所展示歷史文物的背景文化，借助這種方式表達，能讓觀看者通過漫游虛擬博物館了解到更多的文化知識，在聆聽的過程中去深刻感受虛擬博物館的文化氛圍。

3? 結(jié)? 論

將VR技術(shù)應(yīng)用于虛擬博物館的設(shè)計與開發(fā)，為我們提供了新的發(fā)展思路。虛擬博物館是傳統(tǒng)博物館在文化傳承和現(xiàn)代信息技術(shù)共同作用下的產(chǎn)物，傳統(tǒng)博物館受時間和空間的限制，博物館內(nèi)的藏品大多易碎易毀，占用空間大，而虛擬博物館的先天優(yōu)勢有利于幫助傳統(tǒng)博物館減少文物損壞；減輕藏品展示空間上的部分壓力。虛擬博物館的興起和發(fā)展不會讓傳統(tǒng)博物館走向消亡，相反還可以推動傳統(tǒng)博物館的轉(zhuǎn)型升級，兩者實質(zhì)上是相互促進、共同發(fā)展的關(guān)系。虛擬博物館的設(shè)計與開發(fā)是一項完整、系統(tǒng)、有意義的工程，虛擬博物館一定可以將VR技術(shù)與文化傳承巧妙地融合，增強觀賞者的沉浸感和交互感，也會令傳統(tǒng)博物館煥然一新，保證文化的多樣性，更加有力地促進文化產(chǎn)業(yè)深層次、高質(zhì)量的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 羅方超.淺談VR和AR在虛擬博物館展覽中的應(yīng)用 [J].中國民族博覽，2022，222（2）：198-201.

[2] 陳天侖.AR和VR技術(shù)在數(shù)字博物館的應(yīng)用研究 [J].數(shù)字通信世界，2022，208（4）：81-83.

[3] 劉欣.博物館陳列展覽數(shù)字化中應(yīng)用VR全景技術(shù)的實踐研究 [J].文物鑒定與鑒賞，2021，206（11）：139-141.

[4] 晏茗.虛擬現(xiàn)實AR技術(shù)在智慧博物館中的應(yīng)用 [J].電子技術(shù)，2021，50（9）：194-195.

[5] 陳金坤.江寧織造虛擬博物館場景漫游創(chuàng)作研究 [D].南京：南京信息工程大學(xué)，2021.

[6] 史亞妮.基于VR技術(shù)的虛擬博物館系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [D].西安：陜西師范大學(xué)，2020.