陶瓷文化景观AR系统的设计与实现

2020-11-25

科教导刊·电子版 2020年30期

（景德镇陶瓷大学信息工程学院江西·景德镇 333403）

1 陶瓷文化景观AR系统的开发意义

以习近平总书记视察江西重要讲话精神为引领，不断加深建设景德镇国家陶瓷文化传承创新试验区的责任感、使命感和紧迫感，秉承江西省委、省政府对于该试验区发展制定的“大文化、大品牌、大产业”要求，聚焦景德镇千年陶瓷文化的保护、传承与创新；同时，VR产业被列入了江西“2+6+N”产业高质量跨越式发展行动计划，作为江西省重点打造的产业之一而具备得天独厚的先发优势；此外，陶瓷文化是景德镇享誉世界的“古色”文化旅游资源。基于以上背景，研究了采用Unity3D技术开发的陶瓷文化景观AR（增强现实）系统，旨在推动景德镇国家陶瓷文化传承创新试验区文化旅游的智慧化发展。

景德镇陶瓷产业历经千年发展，陶瓷文化景观资源在景德镇地区十分丰富，这些年来对陶瓷文化景观资源的挖掘与利用工作一直在有序进行，例如：景德镇历代瓷窑的复建复烧、传统制瓷作坊的恢复等，相当数量的陶瓷文化景观从而得以重建、修缮，以实体形式展现在世人面前。

每一处陶瓷文化景观资源都与传统古法制瓷工艺或景德镇传统陶瓷制作产业链上的各个环节相关。传统古法制作陶瓷的工序共有72道，分大类共有8项，依次为：加工工序（8道）、造型工序（2道）、制模工序（9道）、成形工序（29道）、素烧工序（7道）、上釉工序（8道）、釉烧工序（8道）和检验工序（1道）。多年前，随着电影《人鬼情未了》的热播，陶瓷制作过程走进人们的视野，但大众比较熟悉的工序可能仅仅局限在“拉坯”、“烧窑”等。即使在如今这个陶瓷产业较为兴盛的时代，古法制瓷中多道工序的传承人数量非常稀少，个别工序由于学习成本高、掌握难度大更是面临失传的窘境。

面对新一轮科技革命和产业变革的重大机遇，数字技术赋能传统文化景观资源的保护与创新传承已是必由之路。研究基于Unity3D的陶瓷文化景观AR（增强现实技术）系统，具有重要的现实意义。一方面，陶瓷文化景观资源（包括古法制瓷工艺、传统制瓷产业链再现）的数字化保护与创新传承需要不断深耕挖掘，以回应“世界意义、中国价值、景德镇特色”的景德镇国家陶瓷文化传承创新试验区的发展战略；另一方面，让更多的民众通过沉浸式体验景德镇陶瓷文化景观资源，了解传统古法制瓷工艺、感受景德镇精美陶瓷制品的繁复制作过程，可以进一步彰显景德镇“古色”文化旅游资源的无穷魅力。

2 陶瓷文化景观AR系统的设计与实现

2.1 系统需求分析

陶瓷文化景观AR系统的功能性分析可以反映该系统能够完成的各项功能，通过线上、线下发放问卷调查的形式，收集各类用户对使用该系统的主要需求。在需求收集的过程中，经统计，对陶瓷文化景观场景呈现功能的需求人数为223人、对用户管理功能与社区管理功能的需求人数分别为112人和134人。可见，用户除了希望在这个系统中能够体验到陶瓷文化景观的各类人文、艺术等场景、了解到相关景观的场景知识以外，还需要能够进行经由社区分类进行用户分享、交流的功能。系统功能模块图如图1所示。

图1：系统功能模块

2.2 场景管理流程设计

系统设计前期，需要实地走访与调查大量的陶瓷文化景观，进行标记物的选定与景观素材的高清拍摄。可以选择不同的AR开发工具包进行标记物识别，本系统采用的AR开发工具包是Vuforia 9.0。通过高清拍摄采集真实场景的视频或者图像来获取各类景观的真实场景信息，并将这些真实场景信息保存到数据库。通过本系统的虚拟场景生成单元可以完成虚拟场景的建模、管理、绘制；本系统的场景处理单元可以对虚实场景信息分别进行分析和重构，并结合传感器等跟踪设备的数据来分析虚拟场景和真实场景的相对位置，实现坐标系的对齐并进行虚拟场景的融合计算；通过本系统的显示模块可以在外部显示器上显示虚实叠加融合后的场景信息；用户通过手机、平板电脑等设备可以完成对虚实结合场景的交互操作。虚拟场景和现实场景的协同工作流程见图2所示。

图2：场景管理工作流程图

图3：景德镇窑烧窑场景图

2.3 动画叠加设计

为了实现多模式的虚实叠加功能，系统不仅可以实现三维模型、视频、文字的叠加，还可以实现动画的叠加。

此处以部分古法制瓷工艺动画的制作流程为例进行介绍。系统采用青瞳视觉出品的动作捕捉系统，由古法制瓷工艺传承人穿上动作捕捉服在16个高清摄像头下做古法制瓷相关工序的动作，同时在动作捕捉系统里导入骨骼刚体就可实时看到动作变化过程。由于动作的融合度与可辨别度可能会达不到质量要求，通常需要进行多次重复才能制作出一个完整的动作动画。将录制好的动作动画保存为fbx类型文件，以备叠加使用。

2.4 动画叠加效果实现

使用unity3D开发环境将人物模型、场景模型与动作捕捉动画结合，具体步骤如下：将事先已经制作完成的虚拟场景模型及人物模型导入unity3D中，同时把制作完成的动画文件也放入对应的模型文件夹下，接着创建Animator Controller控制器并给控制器命名，然后将动画文件拖曳入Animator中，将Entry实例与产生的块连接之后，再将控制器拖放到模型上，这样就完成了动画的叠加。最后在在Unity3D中导出相应的APK文件。图3为景德镇窑（一种清代景德镇传统柴窑）烧窑场景图。