晋作家具档案虚拟展示平台系统的设计

2018-07-26张智昊

山西档案 2018年3期

文 / 张智昊

晋作家具作为山西省最具有代表性的历史文化遗产，有着悠久的历史。它起源于秦汉，日趋成熟于宋元，极盛于明清。晋作与苏作、京作、广作并称为中国古典家具四大流派。它的竹木藤三结构、龟裂断纹漆、镂空雕刻及镶嵌、五彩与描金等技艺，是我国古典家具的特色传统工艺，一度濒临失传[1]。保护与传承晋作家具文化遗产，是摆在家具科研工作者面前的一项重大任务。本文拟从探讨构建晋作家具档案数据库入手，运用3Dmax、Virtools等计算机软件技术建立虚拟展示平台，旨在为数字化保护与传承晋作家具探索出一条有效的路径。

一、建立晋作家具档案虚拟展示平台系统的必要性

在今天，仍然能见到很多遗世的非常受人们喜爱的明清晋作家具。它们与山西建筑、气候、人文环境关系非常密切。出于保护的角度，现在已经不能让观众近距离地观看与触摸实物家具，观众只能通过数字化的方式来欣赏晋作家具的雕刻、纹样、镶嵌等家具细节。这就需要借助三维图形和虚拟现实等技术来呈现。通过计算机技术对晋作家具及摆放环境进行复制、仿真、展示和保存，可以给予用户真实空间的体验以及互动性和游戏化的感受，这对于传承晋作家具文化有着重要的现实意义。现今，虚拟展示技术能够较为准确完整地保存晋作家具造型方面的各项数据，较好地实现濒危文物的高精度保护与永久性保存。这种技术也可以作为考古文物保护的重要手段。为了推进数字化博物馆的进程，弥补实物展示的种种不足，数字化虚拟展示已经成为一种新颖的文物展示手段。

二、晋作家具档案虚拟展示平台系统的结构设计与模块构成

晋作家具虚拟展示平台以普通大众为用户，分为晋作家具档案图片数据库、晋作家具360度全景展示、晋作家具虚拟交互开发三大模块。其中，晋作家具档案图片数据库作为该项目的基础部分，在山西当地采取第一手信息资料，注重晋作家具细节，搜集家具制作工艺视频、家具2D图像、文字、实景影像等多种数字化资料。它以晋作家具360度全景展示与虚拟交互开发为虚拟展示平台，主要是通过计算机软件建立晋作家具模型数据库，将家具、摆放环境及装饰品3D模型一一展现。它包含数字博物馆360度全景展示、榫卯结构动画视频、晋作家具色彩材质虚拟交互、虚拟展厅个性化漫游体验等界面。展示方式能充分表达晋作家具的内涵与特色。该系统每个模块说明详实，能够为相关行业如雕刻、建筑、漆具等提供参考资料。这对晋作家具文化的进一步传承与推广起到了拓展作用。晋作家具虚拟展示平台是集家具历史溯源、家具榫卯结构拼装、家具虚拟现实展示、家具色彩材质交互等为一体的一站式完成展示系统。该系统是探索文物展示的新模式，是用户观赏交互和技术实现的新手段，是探索跨终端系统平台的操作、展示与虚拟交互设计的新方法。

图1 系统结构

（一）晋作家具档案虚拟展示平台系统的结构设计

晋作家具系统结构设计是虚拟展示平台的重要工作，目标是保证虚拟展示平台安全和程序顺利运行。平台数据的更新维护，要确保信息的完整性，保障系统的交互性与可操作性[3]。根据晋作家具虚拟展示的工作原则和内容特点，本文将晋作家具档案虚拟平台系统的功能与内容分为晋作家具档案图片数据库、晋作家具360度全景展示与晋作家具虚拟交互三大模块，见图1。

（二）晋作家具档案虚拟展示系统的模块构成

1.晋作家具档案图片数据库模块。晋作家具可先分为坐卧类（椅、凳、床、塌）、置物类（桌、案、几）、储藏类（储藏功能的橱柜）、屏架类（屏风与挂类家具），再进行数字化录入。由于晋作家具大多属于古文物，一些家具体量较大且局部易出现磨损，可采用数码照相机与三维扫描仪混合使用的方式，进行数字化采集。晋作家具的选材精细，注重实用功能，造型风格敦厚壮硕，结构严谨，大满大全，在数字化录入时，可采取非接触式手持三维扫描仪，自动生成三维实体图形，扫描速度可达48万次测量/秒，对于边界、缝隙、曲面率较大的家具曲面可使用数码相机进行辅助，主要采集晋作家具的造型艺术形态、质地、肌理、色彩、木质纹理、尺寸、纹饰、家具构件等细节。每件家具可配有专家评价说明，并对该晋作家具进行历史溯源，提取重要图文，通过整理搜集晋作家具制作工艺等相关视频及文档相关报道，形成晋作家具档案图片数据库。

2.晋作家具档案360度全景展示模块。晋作家具档案360度全景展示是根据专业相机捕捉场景中的图像信息，进行山西古典家具博物馆、山西太谷三多堂博物馆等的数据采集，利用专业软件进行图片拼合，如造景师、全景大师与光影魔术手等软件，生成数字化博物馆虚拟展厅，使用专业播放器进行播放及互动，使平面二维景像通过计算机技术形成三维的360度全景景观。这不仅有较强的真实感，而且生成方便，制作周期短，可进行网络发布，便于没有软件操作基础的用户使用。

3.晋作家具档案虚拟交互模块。虚拟交互技术已经成为新兴的数字化博物馆形式。故宫博物院已经推出了较为成熟的作品，分别是胤稹美人图、紫禁城祥瑞、皇帝的一天、韩熙载夜宴图、每日故宫与故宫陶瓷馆。晋作家具档案可在此基础上，引入虚拟交互技术，构建全面深入的互联网虚拟展示平台。这样晋作家具的虚拟展示便可以深深地吸引观赏者的注意力，也使展示过程更加有序、清晰，能够有效地引导观赏者进行色彩或材质等虚拟交互过程，形成虚拟展示交流。该模块可分为基于Virtools技术的动画多媒体视频制作与虚拟交互设计制作两个部分。

三、晋作家具档案虚拟展示平台开发流程的实现

晋作家具虚拟展示平台开发流程的实现是以晋作家具档案图片数据库模块为基础的，在开发流程中设计晋作家具360度全景展示与基于Virtools技术的虚拟交互两组并行模块，其中的晋作家具档案虚拟交互部分，是该平台的重点与难点区域，开发流程见图2。

图2 晋作家具虚拟展示开发流程图

（一）晋作家具档案360度全景展示平台开发

以山西太谷三多堂为例，在晋作家具全景展示设计中，Google相机拍摄三多堂内部空间的各个角度，每个角度都要绕体一周360度，真实还原其内部情况，在拍摄时相机应尽量贴近面部，这样最终合成的效果更好，沉浸感更强，同时要尽量避免近景，远离动态物体。图片在导出后，由造景师进行合成，完成无缝拼接操作，达到数字虚拟展厅的生成。360度全景展示具有要求设施配置低、便捷、非专业人员也可使用。它已经成为互联网虚拟展示的重要方式。观赏者也可通过虚拟展厅提供各种操纵图像的功能，进行视窗的放大或缩小，移动鼠标各个方向进行场景的观看与漫游，并且可以使用手机与VR眼镜进行虚拟现实的沉浸式体验，达到模拟和再现还原场景的真实效果。

（二）晋作家具档案虚拟交互平台开发

1.3D模型制作阶段。依托晋作家具档案图片数据库的资料数据，可以制作材质贴图。但是数据库图片由于拍摄角度等问题可能会存在缺陷或偏差，需要使用photoshop软件进行后期处理，对于家具图片的色彩与纹理进行修正，选取其中分辨度与精确度较高的纹理作为材质贴图，存入模型贴图库使用。使用3Dmax软件创建三维家具模型库，VARY插件等进行材质赋予。晋作家具中如枨子、雕刻、镶嵌等细部结构，尽量使用3D建模，如果模型过于复杂，会导致所占内存太大以至于服务器难以有效渲染。为了保证程序运行时流畅的需求，可以使用高质量材质贴图进行替代；同时选取具有代表性的山西古建筑民居，如王家大院、何家大院等，进行室内模型3D建模制作，以便作为数字化博物馆虚拟展厅的使用。由于VARY贴图导入Virtools软件后，材质贴图可能会出现全黑而难以观看的情况，因此贴图文件格式要在同一文件夹命名，并以BMP文件格式进行保存。三维模型制作完成后导出，保存为NMO格式文件，以便导入Virtools虚拟现实软件[4]。

2.Virtools程序制作阶段。将晋作家具3D模型库与山西古建筑室内场景模型库分多次导入Virtools虚拟现实软件界面。以某次单体晋作家具为例，晋作单体家具导入Virtools后，创建摄像机，以便进行观察制作。可将该家具结构进行拆分，完成木制榫卯结构零件的制作，记录晋作家具零件制作拼装过程，生成晋作家具动画多媒体视频。用户可点击观看，以便了解晋作家具结构与制作过程。同时在家具细部设置链接，使用户可以通过鼠标对晋作家具进行色彩、选材、纹样、细节构造、视角等的切换，完成与观众的虚拟交互过程。在晋作家具虚拟展示平台设计完成后，用户还可根据自己兴趣与爱好将单体家具或成组家具导入山西古建筑室内场景模型库，进行简单方便的个性化操作，完成虚拟漫游和体验。同时在晋作家具虚拟展示平台发布前，要进行碰撞测试，防止家具移动过程中脱离地面或移到墙体外侧[5]。

3.测试与发布。在完成所有模块功能的单元测试与集成测试之后，使用VirtoolsMakeExe程序打包，制作独立运行的exe程序，进行作品发布，最终完成晋作家具档案虚拟交互模块制作。