基于移动增强现实技术的非物质文化遗产数字化研究与应用

陶燎亮

摘要：随着移动通信技术的不断发展，以及Android手机和ios手机等智能终端和智能应用的不断出现，基于移动增强现实技术的非物质文化遗产数字化是非物质文化遗产保护和传承的新趋势。本文以龙泉青瓷非物质文化遗产为例，基于以终端定位、三维注册、图像识别为技术特征的移动增强现实技术，实现虚拟青瓷三维模型与真实环境融合以及利用手势对青瓷三维模型进行变形、移动、旋转等虚实交互。

关键词：非物质文化遗产；移动增强现实；龙泉青瓷；虚实交互

中图分类号：TP302. 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0112-02

1 引言

随着非物质文化遗产（简称非遗）数字化研究不断创新和应用，不仅改变了非遗的存在形式，而且使人们对非遗有了更深入、更广泛的认识。龙泉青瓷历史悠久，其烧制工艺始于三国两晋，并于2009年入选了联合国教科文组织《人类非物质文化遗产代表作》名录，在世界享有很高的知名度。随着宽带移动通讯技术的不断发展和智能手机的广泛应用，移动增强现实技术的出现，将虚拟的增强现实信息应用到真实世界，结合移动智能手机轻小、可携带方便等特点，不仅改变了人们观察世界的方式，而且其交互功能给人们带来了身临其境的体验，方便了龙泉青瓷的数字化保护和传播。

2 移动增强现实技术

增强现实技术（简称AR 技术），也有人称为混合现实，基于虚拟现实发展的新技术。通过计算机系统提供的信息将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实場景中，从而实现对现实的增强。增强现实技术应具有三个具体特征：三维注册、虚实融合以及实时交互。

移动增强技术就是将应用转移到移动计算设备上，从而扩展传统PC机上增强现实技术的应用范围。随着Android、ios等智能终端及宽带移动通信技术的成熟和商用，増强现实技术开始走进人们的生活之中，以移动定位与状态感知、多媒体技术、3D渲染为基础的増强现实应用开始出现。

3 三维注册

为实现虚拟模型跟真实环境的完美融合，需要实时跟踪摄像机与真实环境的位置信息，进而通过动态三维显示技术将虚拟模型叠加到真实场景中，实现三维注册。本文主要通过基于识别图的三维注册，也就是预先在真实场景中放置识别图，系统通过边缘检测算法、阈值分割等技术检测识别图的位置信息，最终在真实环境中叠加虚拟模型。

在选取识别图的时候要注意以下几点：

（1）识别图尽可能有菱角，且越多越好；

（2）识别图尽可能清晰；

（3）识别图尽量避免很有规则的图形图案；

（4）识别图尽量避免分布不均匀；

（5）识别图尽量去掉背景色。

图1中，识别图菱角不多，图片比较单一，特征点少，识别效果较差。图2中，识别图菱角很多，分布均匀，特征点较多，识别效果较好。

4 虚实融合

4.1 模型获取

本文以龙泉青瓷为例，根据青瓷实物，利用三维建模软件3dmax建立青瓷的三维模型，如图3所示，最后导出模型的FBX文件和纹理图。

4.2 虚实融合

本文基于unity3d游戏引擎开发平台和高通增强现实开发平台，打包移动应用APP，实现青瓷三维模型和真实场景的叠加。

4.2.1 开发环境搭建

在PC机上安装unity5.0以上版本，同时下载支持Unity的Vuforia SDK，配置Unity Android SDK。打开Unity软件，选择Assets-Import Package-Custom Package，导入.unitypackage插件。选择Edit-Preferences-External Tools配置Android SDK和JDK。

4.2.2 虚实叠加

在Unity Project视图下选择Vuforia-Prefabs文件夹，并将ARcamera和ImageTarget两个预制件拖入顶层视图Hierarchy中，同时将场景自带的Main Camera删除。

选择一张棱角分明、分布均匀的识别图导入Vuforia官网，查看其识别的特征点数量，本文选择一张二维码作为识别图，最后生成unity的插件包。

导入识别图插件包，导入青瓷三维模型和纹理图，在材质球中添加纹理图，在Scene中调整青瓷三维模型和识别图的位置关系使其处于合适位置，最后点击运行测试效果。如图4所示。

4.2.3 实时交互

在真实环境中与虚拟对象交互是整个增强现实内容的核心功能。通过指尖定位算法，精确检测出指尖的位置，得到指尖与虚拟对象的交互有效区域，通过判定是单点触摸还是多点触摸，然后做出相应的反馈。算法的实现过程如图5所示，实现的效果图如图6所示。

5 结语

移动增强现实技术的发展，不仅为非物质文化遗产数字化保护和研究提供了新思路，而且有利于非物质文化遗产的传播。随着移动终端的发展，拓宽了移动增强现实技术应用领域，包括教育行业、游戏行业、医疗行业、商业领域和军事领域等，不仅给人们带来视觉上带来冲击，同时改变了人们的生活方式。

参考文献

[1]宋俊华.关于非物质文化遗产数字化保护的几点思考[J].文化遗产，2015（2）.

[2]段利亚.移动增强现实大范围定位与注册关键技术研究[D].华中科技大学博士学位论文，2013.