唐代文化虚拟博物馆设计与实现

2014-03-25宁雅洁刘欣欣

石家庄铁道大学学报(社会科学版) 2014年1期

常樱，宁雅洁，刘欣欣

(1.石家庄铁道大学建筑与艺术学院，河北石家庄 050043； 2.石家庄铁道大学信息科学与技术学院，河北石家庄 050043)

虚拟现实是计算机模拟的三维环境, 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。[1]虚拟博物馆运用虚拟现实技术，在虚拟场景中完成对展品的展示，帮助用户产生类似于真实环境中的“沉浸感”，近年来，广泛应用于科技馆、博物馆、图书馆、旅游景区、企业体验中心以及各类会展。随着一个世纪以来的世界经济全球化发展，中国传统文化遭受着前所未有的挑战，不断呈现式微态势。信息时代如何运用数字技术传播亟需发扬的传统文化，是摆在文化界、教育界面前的迫切任务。复原唐代风格宅院建构的虚拟博物馆是数字博物馆理念的一种拓展应用，它针对当前社会传播的需求，以文化传承、教育宣传为主要目的，选取唐代文化主题，以虚拟博物馆形式组织相关资源[2]，还原时代场景，展示文物，传播历史文化，期冀为当今文化传播带来新的空气。

一、博物馆结构与内容设计

唐代是我国历史上的盛世时期，从唐代的文化遗产中，不仅可以领略到王朝蓬勃的气派，更能管窥到古人的生活习惯。虚拟博物馆依据传世名画、敦煌壁画、故宫博物院、中国国家博物馆、陕西历史博物馆、大唐西市博物馆、日本东大寺正仓院等处的唐代物质资料，加之书法、诗文等传世资源，进行结构组织与内容设计，设计思路如图1。整体包含“庭院”、“室内”及“展示”三大部分，每部分分别由诸多项目组成。项目间有交叉，例如“建筑”与“古画场景”既属于庭院的组成部分，又属于展示的内容；项目间也有融合，例如庭院“布局”与“建筑”相辅相成，室内“用品”与“文物”也不能截然分开，即所有摆放的“用品”都是“文物”，而有些“文物”却单独展示，不以“用品”面貌出现。

图1 虚拟博物馆设计思路图

虚拟博物馆整体设计为唐代风格宅院，唐代庭院为合院式，中轴线明显，主次分明，同时承继魏晋以来崇尚山水的习气，善于将山石、水池融入宅第，点缀竹木，组构人工山水宅园[3]。布局仿照1959年西安中堡村盛唐墓中出土的一组三彩陶宅院明器[4](如图2所示)，结合王维辋川图，设计为前堂——后室型主体建筑格局，东西两座厢房分布于前堂与后室之间两侧，前堂与后室间设置由走廊环绕的水池，池塘中心安排四角凉亭(如图3所示)。此外，宅院的一侧还设置了马厩，反映了唐代贵族盛行畜马的风俗。

图2 唐墓出土的陶宅院图

图3 院落布局图

根据唐代建筑型制，大门南向居中。需要说明的是，唐代规定只有帝王可用鸱尾装饰的庑殿屋顶，五品以上官吏住宅为歇山式屋顶[5]，但为了美观及整体建筑形式的多样性，博物馆院落的前堂设计为单檐庑殿顶高台带廊柱的建筑，后室设计为单檐歇山顶建筑，两侧厢房则为硬山顶。水中长廊扶手为“美人靠”，湖心亭为四角攒尖翘檐。此外，鸱尾、柱础、斗拱、台阶、地砖、石灯笼等建筑构件与装饰，同样依据唐代建筑特征[6]，反应了时代风貌。

依据历史风俗，前堂是主人会客、宴会、交流、休憩的场所，后室为家人生活的场所，此两建筑是博物馆的重要展区，为了布展及观众漫游方便，均划分为三开间(屋顶型制高于开间型制)，室内空间以柱子、帷幔、屏风进行分割。前堂中厅为宴乐场所，左间展示唐代书法，右间仿五代《韩熙载夜宴图》局部，为谈话小憩场所。后室中厅为家人聚宴场所，左间书房仿北齐《勘书图》，展示唐代文学作品，右间卧房展示佛像[7]与梳妆用具[8]。同时反映了唐代妇女在家中拜佛的风俗。厢房仿唐代绘画《宫乐图》，为乐器展示场所。藻井、地毯等贴图来源于敦煌图案[9]，屏风、墙壁贴图源于魏晋到五代的书法、绘画，如图4中的几种屏风，从左上至右下贴图分别为“兰亭序”、“明皇幸蜀图”、正仓院藏唐代织物、大英博物馆藏敦煌绘画及盛唐墓室壁画[10]。家具则分为卧具、坐具、架具、屏风、庋具五类，形制分别源于魏晋到五代的绘画及壁画[11]。

图4 虚拟环境中的几种立屏

博物馆中展品分为陶瓷器、金银器及其他器物三大类。几十种陶瓷器包含了邢窑、越窑、长沙窑、鲁山段店窑等主要窑场的白瓷、青瓷、花瓷、黑瓷及三彩等，展示了唐代陶瓷的整体风貌；馆内金银器主要来自陕西历史博物馆及国家博物馆，反映了唐代作为中国历史上金银器高峰的极高成就，其他器物则包含乐器、铜镜、砚台、犀角杯等，各类三维展品与书法、绘画、文学作品一起共同构成了唐代文化虚拟博物馆的整体内容。

结合虚拟现实技术特点，博物馆展示区分为室内空间和室外空间。室内空间由文物展示和书法、文学介绍两部分构成，文物展示包含三维模型、二维照片与介绍文字，书法、文学介绍以名家为线索，提供生平、作品、译文、赏析等多方面信息。室外空间提供了《捣练图》、《槐荫消夏图》、《内人双陆图》、《十八学士图》等多幅场景，人物活动与虚拟景物结合，为博物馆增添了生活气息，如图5所示。

图5 还原《捣练图》场景

二、博物馆功能技术实现

当前虚拟博物馆的主要形式包括：对博物馆以及博物馆内的文物和虚拟人物进行了精细建模全三维博物馆，由360度全景方式的展厅实景与图片文字所组成具体介绍的二维与三维结合的虚拟博物馆，以及将三维场景渲染为二维效果的二维半虚拟博物馆[12]。唐代文化虚拟博物馆主要采用第一种形式，同时结合二维动画技术，共同完成整体展示，其中三维场景、陈设和文物运用三维建模技术，文物展示功能使用二维交互动画技术，博物馆的整体功能通过虚拟现实技术整合实现。

博物馆中的室内外场景搭建、家具和器物模型制作均采用三维技术。建筑的模型较大、较规整，多采用多边形建模、布尔运算方式，NURBS建模作为辅助，建筑顶部飞檐翘角等复杂构造，用LOFT(放样)来实现。小的器物形状不规则，变化多，选用复合建模与放样建模方式。模型通过删除面、控制分段数、控制贴图尺寸、UVW展开、附加贴图及贴图表现复杂结构等技术方式控制数据量。另外，在创建模型时，为避免比例失调问题，要预先设定物体的实际尺寸，通过调节模型点层级中点的X、Y、Z的具体数值控制模型，保证了物体比例恰当、真实。图6为点蓝带盖罐图片[13]，图7为贴图后的三维模型。

图6 点蓝带盖罐

图7 点蓝带盖罐三维模型

博物馆中的二维展示部分借助了二维动画技术与脚本语言，在动画中运用了逐帧动画、渐隐效果、滚动画轴、鼠标跟随等效果，脚本语言实现的主要功能包括跳转、加载、导入外部文件等，其中文字是通过载入外部数据来实现的，载入外部数据可有效减少系统数据量，但文字效果不能通过CSS样式定义，只能通过XML中介技术控制文字格式。

为了减少CPU占用，加快实时渲染速度，同时保持场景的真实感，在导入虚拟现实工具前，要对场景进行烘焙。本系统主要运用VRAY LIGHTING MAP类型，区域模型分层管理，室内室外分别烘焙，过程中通过切换相机分别载入，保证了系统流畅运行。成品中一旦发现场景中出现断裂、重面等现象，则需反复烘焙。场景载入虚拟现实工具的过程需要反复实验，调整材质参数、反射参数和烘焙贴图明暗调等。

漫游场景中通常需要设置鸟瞰动画，在虚拟现实工具中，鸟瞰相机运行不稳定，容易产生偏差和抖动，为了提高细节完美度，在模型文件中建立样条线作为相机路径，绑定相机到样条线上，选中场景中心物体，设置相机俯视角度及帧动画，在到虚拟现实工具中调整，生成平滑舒适的鸟瞰动画效果。

最终的虚拟博物馆提供了三种漫游功能：第一种是全局浏览，即鸟瞰动画；第二种是预先设计好几种合理的漫游路径，录制成自动播放的动画；第三种是自由行走，用户通过鼠标或键盘方向键控制，自由行走在场景中间。博物馆的展示功能通过菜单进行控制，将文物展品、文学作品、书法展品等根据布展位置不同分为多个组，用户点击菜单，实现各个展示空间之间的跳转。

三、结语

运用虚拟现实技术构建唐代风格宅院作为博物馆整体场景，在其中通过建筑设计、庭院景观、室内布局、家具器物、文学书法等展现了唐代的审美要求、生活习俗以及文化特色。目前虚拟博物馆中主要建筑四座(含室内)，亭台、马厩等附加建筑六处，唐代型制家具三十余种，包含有四十二种三维虚拟展品，七个还原的绘画场景，介绍了多位唐代书法家、文学家及其作品，运行顺畅，漫游舒适，导航便捷，交互友好，达到了初衷。但在设计方面，整体院落、屋宇构成相对简单，为了美观突出了水系，建筑构件与装饰未加文字说明，文物展示有待进一步丰富，在以后的工作中需要着重解决。

参考文献：

[1]孙悦，鲍泓，马楠.中国古建筑虚拟现实系统的数据采集和处理[J].北京联合大学学报：自然科学版，2008，22(3):40-43.

[2]常樱，段淑凤.主题数字博物馆在历史文化传播中的应用[J].石家庄铁道大学学报：社会科学版，2010(4)：70-74.

[3]侯幼斌, 李婉贞.中国古代建筑历史图说[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2002.

[4]张永帅.唐长安住宅的形制与布局[J].三门峡职业技术学院学报， 2008，7(3):38-41.

[5]楼庆西.中国古建筑二十讲[M].北京：生活、读者、新知三联书店，2001.

[6]李金龙.中国国建筑识别[M].上海：上海书店出版社，2008.

[7]马炜，蒙中.西域绘画·2(菩萨)敦煌藏经洞流失海外的绘画珍品[M].重庆：重庆出版社，2012.

[8]孟晖.花间十六声[M].北京：生活、读者、新知三联书店，2011.

[9]杨东苗.敦煌历代精品边饰、圆光合集[M].杭州：浙江古籍出版社，2010.

[10]马炜，蒙中.西域绘画·3(菩萨)敦煌藏经洞流失海外的绘画珍品[M].重庆：重庆出版社，2012.

[11]韩继中.唐代家具的初步研究[J].文博，1985(2) :47-51.