青岛黄海学院博物馆文物虚拟现实展示设计研究
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【摘 要】虚拟现实技术具有形象生动、易于传播的特点，有利于借助网络平台和移动设备展示和传播平时难得一见的文物及其艺术价值，成为一种令人耳目一新的艺术呈现形式，引领人们走向一个技术和艺术相映成辉的新时代。将手机增强现实APP技术应用到青岛黄海学院博物馆文物的展示与传播中是一次艺术与技术的巧妙结合，通过虚拟现实技术展示和传播传统文物的艺术价值，二者相得益彰，并且具有更深远的研究意义。
【Abstract】Virtual reality technology has the characteristics of vivid and easy to disseminate， which is conducive to the display and dissemination of rare cultural relics and their artistic value with the help of network platform and mobile devices. It has become a refreshing art presentation form and leads people to a new era where technology and art complement each other. It is an ingenious combination of art and technology to apply the mobile phone augmented reality APP technology to the display and dissemination of cultural relics in Qingdao Huanghai University Museum. Through virtual reality technology， the artistic value of traditional cultural relics can be displayed and disseminated. The two complement each other， and this has more profound research significance.
【关键词】虚拟现实;增强现实;青岛黄海学院博物馆;文物;虚拟现实展示;手机增强现实APP
【Keywords】virtual reality; augmented reality; Qingdao Huanghai University Museum; cultural relics; virtual reality display; mobile phone augmented reality APP
【中图分类号】G260;TP391.9 【文献标志码】A 【文章編号】1673-1069（2020）08-0156-02
1 引言
随着时代发展和科技进步，虚拟现实技术悄然走进了大众生活的方方面面，正在逐步改变人们的生活方式。就像手机改变了人们的沟通方式，导航改变了人们的出行方式，二维码移动支付改变了人们的支付方式，新的科技总是能让人们的生活更加方便快捷。因此，可以预见，虚拟现实技术必将成为下一个改变人们生活方式的重要科技。虚拟现实技术本身形象生动易于传播的特点使其可以借助网络平台和移动设备展示和传播珍贵的文物和其具有的艺术价值，成为一种艺术呈现新形式，引领人们走进技术与艺术二者相映生辉的新时代。
2 主要研究内容
本文的主要研究内容是将手机增强现实APP技术应用到青岛黄海学院博物馆文物的展示与传播中，让使用者能够通过手机体验文物的虚拟现实展示效果，全方位、多角度观看文物的细节，学习文物的历史背景。实现的效果是让用户借助手机、平板电脑等设备拍摄文物的平面图片时，能够在该图片上方出现一个虚拟的文物仿真模型。
技术手段主要采用照片转模型技术、数字建模与修复技术、虚拟现实引擎搭建技术、移动客户端APP制作技术。文物数字建模使用照片转模型软件Autodesk Recap，三维模型制作软件Maya、3Dmax、ZBrush等，虚拟现实引擎使用Unity3D，最终的移动客户端以手机APP的形式呈现。该AR手机APP软件是一款利用Unity3D引擎，基于Vuforia平台开发的增强现实手机应用程序。
3 相关概念阐述
3.1 虚拟现实技术
虚拟现实技术主要包括VR（虚拟现实）和AR（增强现实）两大部分。VR（虚拟现实）是指通过一些设备让用户能够完全沉浸在一个全部虚拟的空间中的一种技术手段，特点是用户观察或体验到的环境完全是虚拟图像，不包含用户周围的真实环境。常见的VR方式包括借助电脑桌面显示的桌面虚拟现实，借助手机屏幕显示、线上虚拟现实展示平台的线上VR展示链接和HTC VIVE等专业虚拟现实显示头盔等设备的沉浸式虚拟现实。例如，高校虚拟现实实训室采用的桌面式虚拟交互平台解决了学生在家无法进行实训操作学习训练的问题。因此，国家呼吁各大高校将自建的虚拟仿真实验教学平台统一上传到国家虚拟仿真实验教学平台官方网站，使各大高校的虚拟仿真实验教学平台做到了资源整合利用。淘宝网和京东网也推出了VR购物链接，让人们在家也可以点开链接，观察各种产品的仿真虚拟模型。58同城也推出了VR看房，既节省了客户的看房时间，又降低了开发商的员工成本。 3.2 增强现实技术
AR（增强现实）是指通过一些设备让用户能够体验到身在一种虚拟环境和真实环境相结合的空间的技术手段，特点是将虚拟图像融入用户周围的现实环境当中。常见的AR方式包括借助电脑桌面显示的桌面互动虚拟现实，借助手机屏幕显示的线上AR展示链接或手机增强现实APP和借助Microsoft HoloLens等专业增强现实显示头盔等设备的沉浸式增强现实。例如，支付宝推出AR红包和AR扫一扫，用户用摄像头拍摄周围环境中的特定图案或物品就会出现相对应的虚拟红包或虚拟图像，增加了用户的使用乐趣，推广了支付宝的新功能和新产品。淘宝网也推出了AR BUY+和AR虚拟试穿，AR虚拟试穿可以让用户通过摄像头在家试穿想要购买的染发剂、化妆品、鞋子、眼镜、衣服等产品。百度地图也推出了AR地图，用户打开摄像头拍摄周围的环境，会看到一个虚拟的箭头路线出现在地面上，实时指引用户前行。
4 制作步骤
制作青岛黄海学院增强现实手机APP的第一步是到青岛黄海学院博物馆进行资料收集整理，并对相关文物进行实地拍摄。然后把相片导入Autodesk Recap软件进行合成，合成的模型一般会有残缺，不能直接使用，因此，需要将导出的模型导入三维模型制作软件Maya、3Dmax、ZBrush等进行修正和补色。
第二步是在Vuforia开发平台进行文物的图片和数字模型的上传和三维注册工作。Vuforia是一款能够通过计算机图形图像数字识别技术，为拍摄到的指定的二维平面图像和三维虚拟图形图像建立对应合成关系的在线开发平台。从目前的发展形势来看，青岛黄海学院增强现实手机APP系统更适于选择手持显示器显示为主，它便于携带，且不需要额外设备支持和应用程序，同时，还能够避免头盔显示器所带来的眩晕感、负重大等缺点。因此，三维注册技术是决定青岛黄海学院增强现实手机APP系统性能优劣的关键技术，为了实现青岛黄海学院增强现实手机APP系统虚拟展示信息和真实环境的无缝结合，就必须借助Vuforia开发平台完成三维注册和数据包生成，以便将青岛黄海学院增强现实手机APP系统虚拟展示信息显示在现实环境中的正确位置。三维注册的步骤主要是将指定的识别图片和相对应的三维模型上传到Vuforia开发平台完成它们之间的关联，然后获得开发密钥和下载相应数据包，这些都是之后要导入Unity3D中进行APP开发的必要素材。
第三步是将从Vuforia开发平台下载的开发密钥和相应数据包导入Unity3D引擎中完成手机APP的开发和导出安装包的工作。Unity3D是一款强大的跨平台游戏引擎，能够实现超级写实的PBR（基于物理的光照）实时材质渲染效果，被广泛应用于各种游戏制作和虚拟现实应用开发中。该引擎可以导出适用于Windows电脑操作系统的exe安装文件，适用于安装手机的apk安装文件，以及适用于苹果操作系统的iOS安装文件等多种格式的安装文件。青岛黄海学院增强现实手机APP导出的是适用于安卓手机系统的apk格式的安装包。
5 结语
将手机增强现实APP技术应用到青岛黄海学院博物馆文物的展示与传播中是一次艺术与技术的巧妙结合，通过虚拟现实技术展示和传播传统文物的艺术价值，其具有更深远的研究意义。首先，虚拟现实技术的新颖形式和互动体验方式可以吸引更多年轻一代关注和传播文物的艺术价值，易于传统文化的传承和发展;其次，虚拟现实技术可以借助远程网络和移动平台更广阔地传播文物的艺术价值，吸引更多国外友人学习了解中国的传统文化和艺术。最后，也是最为重要的一点是虚拟现实技术可以完全写实的复制和呈现文物的原貌，一旦文物后期不慎遗失或损坏，虚拟现实技术留存的模型和资料也可以用来寻回或修复文物。
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