基于混合现实技术的古廊桥数字化应用研究

摘  要：混合现实技术是一种新兴的多媒体交互技术，能够将虚拟世界与真实世界相互融合。泰顺古廊桥是我国桥建筑文化遗产中一个不可或缺的组成部分。由于受到自然的侵蚀和人为的破坏，廊桥面临消失的危险。基于混合现实技术下的古廊桥虚拟数字化展示，适应新媒体时代信息传播规律和社会大众的数字思维方式，使社会大众了解泰顺古廊桥文化并提高文化保护意识，有效提高古廊桥文化传播效率，为泰顺古廊桥文化传承保护提供了新的研究思路。

关键词：混合现实技术;古廊桥;文化遗产;数字化

基金项目：本文系2021年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划“混合现实在古廊桥数字化非遗保护中的应用研究”（XMS2106048;XMS2106048P01）研究成果。

一、混合现实技术的研究

（一）混合现实技术的定义

混合现实技术（MR，Mixed Reality）是一种能使真实世界与虚拟世界相融合同时呈现在一个显示设备中的计算机虚拟现实技术。混合现实技术的工作原理是通过摄像头、传感器和定位器等技术设备，实时获得真实世界中的相关信息，结合位置跟踪软件和空间地图技术，将真实世界与计算机生成的虚拟世界相融合，并且虚拟世界坐标会随着真实世界位置的移动而随时发生变化。混合现实技术也是一种基于真实现实、增强现实、增强虚拟与虚拟现实的相互融合下产生的技术，汇集了VR技术和AR技术的优势，实现真实世界、增强世界和虚拟世界的深度融合，生成一个与人类感官相匹配的、虚实融合的、多通道反馈的系统。

（二）混合现实技术的特点

在混合现实系统中，真实世界和虚拟世界是共存的。混合现实对真实世界和虚拟世界一视同仁，无论将虚拟物体融入真实环境，还是将真实的物体融入到虚拟环境，都是允许的。例如，将虚拟的物体放在真实的环境中组合成一个新的空间，在该空间中人们很难区分这个空间中哪些物体是虚拟的、哪些物体是真实的。混合现实技术在虚拟现实技术“沉浸性”特点的基础上，将真实现实中的感知、交互与虚拟现实进行结合，增强了用户体验的互动性，使其获得更真实的感受。因此，混合现实技术具有真实性、实时交互性、构想性等特点。

1.真实性

目前，市场上应用比较广的三大虚拟数字技术分别为：虚拟现实技术、混合现实技术和增强现实技术。虚拟现实技术以全封闭式虚拟环境为主要特征，使用户能够获得极强的沉浸体验;增强现实技术主要是以真实世界为依托，对真实环境进行虚拟数字化。然而，混合现实技术是将虚拟世界和真实世界相互结合，为用户提供真实的感官体验，使其沉浸在虚拟空间中，难以分辨物体的真假。

2.实时交互性

实时交互性的特征已经普遍成为虚拟数字技术的一个重要技术特征。用户对于物体的观察不会仅限于在某一个固定点，可以在连续的运动中实时观察。从这种特点出发，在混合现实与古廊桥的结合应用中，混合现实系统会实时更新用户在真实世界中的物理位置、观察方向和姿态等信息的变化，并将该物理信息映射到计算机中生成虚拟空间，得到一个虚拟世界的虚拟位置和姿態信息。换言之，用户可以随意移动自身在真实世界中的位置，依然能与虚拟场景进行实时交互，感受不同角度的体验效果。

3.构想性

混合现实技术的构想性表现为对真实世界中存在的物体或环境的数字化复原，以及对真实世界中不存在的物体和环境的构想创建。在混合现实技术辅助下，用户可以随意将虚拟物体与任意的真实环境进行结合，拓宽虚拟物体的应用场景，在这个过程中极大激发用户的构想能力。

二、混合现实技术在古廊桥数字化中的应用

泰顺古廊桥，作为中华民族桥建筑文化遗产中的一朵奇葩展示在世人面前，在中国桥梁建筑文化遗产中占有极其重要的地位。古廊桥以自身的实用性、艺术性而极大地影响和改变了人类的生活方式。然而，由于受到时代变迁、自然灾害、人为破坏等众多因素的影响，古廊桥受到严重的破损，甚至致使古廊桥面临着消失的危险。将混合现实技术应用于古廊桥数字化中，可以对古廊桥进行数字化修复和复原，以及实现虚拟廊桥建筑与多个真实空间结合，为用户提供不同场景中的廊桥景观体验。

（一）数字化修复和复原

由于常年受到大自然的腐蚀和破坏，古廊桥建筑结构表面装饰、及木质材料出现严重破损现象，使得廊桥亟需修缮。传统桥梁修缮方法是工人直接对实体廊桥建筑进行加工修缮。这种修缮方法要消耗较长周期，且修缮经济成本较大。此外，由于工人对初始廊桥不了解，修缮后的廊桥和初始的廊桥会出现差异。因此，混合现实技术，对古廊桥建筑的数字化修复和复原方面，能够起到两方面的作用：一方面通过混合现实技术的数字化复原古廊桥，可以为实体廊桥建筑的修缮提供科学的指导意见，从而提高修缮的效率和精度，同时极大价格低了经济成本;另一方面，通过混合现实技术对古廊桥包括建筑结构、外部形状、表面装饰、功能等方面进行科学的数字化修复，综合分析廊桥结构装饰等因素，使得修缮结果更加贴近廊桥的初始状态。

（二）虚拟古廊桥与真实空间的结合展示

要想实现古廊桥建筑文化保护继承的目的，仅仅在文化宣传工作上下功夫是不够的，更要将古廊桥建筑文化推广应用。以混合现实技术为支撑，采用“古廊桥+”思维方式多空间展现古廊桥，实现古廊桥与不同真实空间的组合，拓展古廊桥建筑文化发扬传承的平台。例如，通过混合现实技术，将古廊桥与城市中心公园湖面、湿地公园湖面、学校湖面等不同空间进行结合，用户携带MR辅助设备并可以提前感受不同场景中展示出的廊桥效果。古廊桥与不同城市场景结合的同时能够有效发挥其文化传播的作用。

三、混合现实技术在古廊桥数字化应用中的利弊

（一）混合现实技术在古廊桥数字化应用中的优势

1.增强用户参与的积极性

基于混合现实技术的古廊桥数字化展示，不仅能够真实还原古廊桥建筑遗迹，还能够为用户提供丰富的与廊桥相关的历史文化信息。用户通过体验不仅能够获得视觉、听觉等感官享受，同时还对廊桥历史文化获得更深层次的认识和了解，激发用户参与体验的积极性和主动性。相较于线下实体博物馆的参观体验，混合现实技术数字化古廊桥体验采用“MR+”的方式能够迎和数字化时代下人们的体验方式，而实体博物馆的古廊桥模型参观更显得呆板和无趣。

2.提高古廊桥传播效率

古廊桥数字化展示不仅能够降低廊桥文化保护和宣传推广的成本，更能够极大提高廊桥文化传播的有效性。数字化廊桥宣传打破了时间和空间的限制，实现了跨时空传播廊桥建筑文化，有效拉近了用户与古廊桥文化之间的距离。例如，基于混合现实技术下虚拟廊桥建筑以信息数据的形式存在于计算机和互联网中，用户可以在其他城市借助混合现实辅助设备随时随地体验廊桥建筑，并能主动获得相应的文化信息，提高廊桥文化传播的效率。

（二）混合现实技术在古廊桥数字化应用中的问题

1.专业人才的缺乏

当今人才市场相当缺乏混合现实技术专业性技术人才，不仅是因为混合现实技术自身具有较高的技术性要求，而且我们国家教育行业对混合现实技术的人才培养缺乏足够的重视和科学的认知。因此，基于混合现实技术在古廊桥文化数字化展示传播中，在技术操作方面还不是很成熟，还有很大的提升空间。希望未来有更多、更专业的人士能将混合现实技术利用与文化遗产保护领域，充分发挥混合现实技术的优势，使其更好地为文化传播服务。

2.MR设备价格高昂

现在市场中大多数混合现实设备价格比较昂贵，一般个体用户不会花高额价钱购买MR设备，更多还只是局限于科研机构和企业公司内部使用，这就造成用户需要到专门的古廊桥混合数字化展示地点，通过借助专业的设备才能感受体验古廊桥建筑文化。

四、結语

我国综合国力的提升，不断使我们增强文化自信，大力弘扬传承中华优秀文化，这就凸显文化遗产传承保护工作的重要性。泰顺古廊桥是建筑文化遗产中一个重要的组成部分，不仅体现了古人造桥的智慧，同时也承载了独特的泰顺地域文化。无论从自然生态角度还是人文生态角度而言，廊桥都具有重要的研究价值。通过采用先进科学技术，古廊桥建筑文化以数字化方式得以保存记录和传播，迎合未来交互式的智能体验需求，以崭新的表现形式向受众传递廊桥文化。

将混合现实技术应用于古廊桥建筑文化遗产传播领域，充分发挥混合现实的技术优势，不仅可以实现对廊桥的数字化复现，同时可以以数字化的方式记录保存廊桥。将虚拟廊桥与真实世界有机结合起来创作古廊桥虚拟系统，实现古廊桥以数字化方式传播，拓宽古廊桥文化传播的途径和渠道，不断推动古廊桥文化的传承与发展。

参考文献：

[1]付尧.混合现实技术（mixed reality）在高校非物质文化遗产教育传承的应用研究[J].中国多媒体与网络教学学报（中旬刊），2019（7）：222-224.

[2]蒋烨.中国廊桥建筑与文化研究[D].长沙：中南大学，2010.

[3]毕盈盈.混合现实技术在数字化产品展示设计中的应用[D].杭州：中国美术学院，2012.

作者简介：卢成塘，温州大学硕士研究生。

编辑：宋国栋