增强现实技术在博物馆中的应用

张宝文 陈达银

摘 要：博物馆自古以来就是我们学习、交流和传播文化的一个理想场所，而增强现实技术具有移动性强、虚实结合，将多感官融合起来的优点，把这二者融合，可以带给观众更全面的参观体验，可以给博物馆的参观方式添光加彩。文中以长安大学地质博物馆史前生物展厅中的一个测试程序为例，从硬件设施、软件制作、后续优化等方面，讲述了如何一步步地实现化石展品的增强现实技术，给参观者参观带来更大的自由度。

关键词：增强现实技术;虚实结合;地质博物馆;应用实例

博物馆展出的藏品具有数量庞大和种类繁多的特点，是人们学习交流文化的理想场所之一，其中部分精品展品值得人们进一步观察学习，深入研究;增强现实技术以其移动性强、虚实结合的独特优点，能直观地将博物馆展品特色，多感官地呈现出来，带给参观者对展品更全面的认知，增加参观趣味性。

1 增强现实技术在博物馆中的应用

长安大学地质博物馆内所展陈的化石标本有两千多件，涵盖从低级的简单生物到高级的脊椎动物，包括软体动物、腔肠动物、腕足动物、节肢动物、半索动物、棘皮动物和脊索动物等，此外，还有各类的植物化石标本，横跨了寒武纪至今的各个时代。其中还有很多具有典型性、特殊性以及观赏性的精品化石，比如辽西鸟、恐龙、鹦鹉嘴龙、海百合、恐龙蛋、中华鲟和鱼龙等化石。这些化石有的清晰可见，有的棱角模糊，颜色暗淡，现已有年代、发掘人、文字简介等信息，要是能同时看到它们活灵活现的复原模樣，将带给参观者更好的观看体验。

增强现实技术（Augmented Reality，简称为AR），这是将虚拟和真实的信息进行集成的技术，是把本来在真实场景中没法看到、听到、摸到、闻到等信息用人工合成、电脑等科学技术手段，叠加到真实的场景中来，这样人类就能体验到更丰富的信息，继而得到超越真实的观感过程。虚拟物体和真实环境同时在同一个场景共存。它相比虚拟现实技术，最大的特点就是不是完全脱离现实的，所以不需要佩戴沉重的头盔。因此在医疗、军事、工业、网络视频、娱乐游戏、旅游、市政建设规划等领域都有广泛应用，也用于古迹的复原，文化遗产数据的保护。同理，也可以运用到博物馆中来，比如化石，在长安大学的地质博物馆中运用增强现实技术，让参观者拿着手机，打开软件调用摄像头，不需要扫码或者拍照，只要对着我们的化石展品，让摄像头检测到它们，就马上能显示出化石的复原场景，比如完整的鱼龙眼睛滴溜溜地转，摇头摆尾;活跃于晚白垩纪的暴龙，在七八千万年后的今天又能重见天日，仰头长啸;海百合美丽的身形摇曳生姿等，让观者在看到石化现状的同时，也能看到生态复原的影像。

2 应用实例实现方法

现以长安大学地质博物馆5号史前生物展厅中的化石展品为例进行说明。为了参观者更好的认识展品，了解地球不同年代生物的进化史，将形成化石的动植物复原。其实现方法如下。

2.1 硬件

硬件上只要有款带摄像头的触屏手机即可，若想跟展品一起自拍，还可以选用有前置摄像头的手机。

2.2 软件

软件用的是3DMAX建模软件和Unity3D三维综合游戏引擎。

2.2.1 建模

要想把化石复原，当然先上网寻找化石的图像资料，比如图1鱼龙，（a）为中生代海中霸主鱼龙化石展品，（b）为它相应的复原图片。用建模软件进行建模，拖个长方体出来经过拉伸、切割、挤出等操作按（b）中图片做出鱼龙三维模型，在模型修改器上叠加UVW型贴图修改器，将图片贴给模型;为了增添它的神采，单独制作眼球及其动画，如图1中（c）所示;再冻结模型添加骨骼，包括脊柱、上下颌骨、鱼鳍;之后给模型添加蒙皮修改器，将骨骼逐个绑定到模型上，调整权重影响因子;最后参照现代鱼类的游泳形态，给鱼龙添加动画，让它活灵活现地动起来。

2.2.2 增强现实技术实现

有很多类型的插件可以在Unity中运用以做到增强现实，比如Metaio、高通Vuforia，D‘Fusion，国产Easy AR等，这里采用Easy AR，注册后将密钥保存下来，复制到Unity的Easy AR插件版权许可证密钥里，这样准备工作就完成了。新建工程，将摄像机的颜色改成单一黑色，把EasyAR文件夹里的图像追踪和目标图像预制件（预制件是自带一定功能、可多场景复制、移动、使用的物体）拖入场景，将它们关联，一个展品对应一对图像追踪和目标图像，多个展品就要建立多个图像追踪和目标图像，这些图像既可以在同一屏幕中显示，又可以根据追踪检测顺序逐个单独地显示出来，具体情况可以根据软件的实际需求进行区别配置。然后设置目标图像的图片源类型、路径、名称、尺寸等参数，这里将上个步骤中的鱼龙化石图片放进来，当作检测图，再把鱼龙的模型动画从建模软件中导出为FBX格式，导入Unity中，作为目标图像的子物体，这样带摄像头的电脑就可以直接运行测试了，将检测图发到手机上，既能保证原图的清晰度，又能避免二次拍摄造成的变形，运行结果如图2所示：（a）为鱼龙化石及其复原动画，（b）为暴龙及其复原模型，（c）为海百合化石及其复原模型。

2.2.3 后续优化

为了观看者拥有更自主的操作体验，可以通过触屏滑动手机，翻转缩放显示的模型，比如上述鱼龙，通过翻转可以全方位的观察鱼龙结构，让我们看清它那硕大的眼睛，细长的吻部，锋利的牙齿，从侧面可以看到强壮的鱼鳍，从后面我们可以看到它还有长长的尾巴。

添加脚本ARtouch，设置单点触碰为翻转角模型角度，要先储存模型的相位：

Input.touches[0].phase == TouchPhase.Began;

transform.Translate（new Vector3（Input.touches[0].deltaPosition.x * Time.deltaTime，Input.touches[0].deltaPosition.y * Time.deltaTime，0））;

设置双点触碰为缩放模型，先储存手指的位置：

Vector2 nposition1 = new Vector2（）;

Vector2 nposition2 = new Vector2（）;

Camera.main.transform.Translate（isforward*Vector3.forward * Time.deltaTime*（Mathf.Abs（deltaDis2.x+deltaDis1.x）+Mathf.Abs（deltaDis1.y+deltaDis2.y）））;

3 结语

长安大学地质博物馆不仅是学校前辈地质教授和学生们六十多年来的心血精华，也是当代资源、土地、水环等学院教师在课本外授课、做研究的重要场所，还是中小学生们的兴趣启蒙之所，博物馆教育归根结底，还是为了辅助学校培养下一代，将文化积淀代代传承下去。通过在博物馆中运用增强现实技术，既能让学生对博物馆的展品知其然，又能知其所以然，调动学生的参观学习兴趣，激发他们的参观热情，从而把博物馆的教育功能发挥得更加淋漓尽致。

参考文献：

[1]李文霞，司占军，顾翀.浅谈增强现实技术[J].电脑知识与技术，2013，9（28）：64116414.

[2]刘越.移动增强现实关键技术及研究进展[J].Special Theme，2013（246）：245247.

[3]李烨，杨敏，李玉兰.基于增强现实技术的移动虚拟电子书研究[J].软件导刊，2013，12（1）：1214.

[4]张立鹏.基于自然特征的增强现实[D].上海：华东理工大学，2012.

作者简介：张宝文（1988— ），女，汉族，陕西西安人，硕士，工程师，研究方向：电机与电器，电气工程及其自动化。