虚拟现实技术在古墓葬保护和展示中的应用

王子予

Wang Ziyu

上海大学上海美术学院 上海 200444

Shanghai Academy of Fine Arts, Shanghai University，Shanghai 200444

中华五千年历史中，留下了很多具有重要意义的古墓葬，在各种自然和人为的影响下，古墓葬很难被完好地保存。多年来，文物工作者尝试以拍摄、手绘、文字等方式进行复原、修缮与展示，但是其对于古墓葬保护和展示的效果都不太理想。大量古墓葬由于屡次被盗掘以及发现时间早，技术不成熟，其内部文物、壁画等都受到了严重破坏，传统的图像绘制，拍摄等数字保存方式和文物展览方式无法满足其保护和展示的需求。

一、古墓葬特点

古墓葬泛指人类古代采取一定方式对死者进行埋葬的遗迹，也是古人为死后在另一世界继续生活而留下的遗迹，包括其墓穴、葬具、随葬器物和墓地。其中出土的文物和墓室本体都是探讨不同时代、地区和社会阶层之间埋葬习俗以及所属时代社会生活状况、生死观的重要实物资料。在保护和展示方面，古墓葬具有以下特点。

1.地下遗址

古墓葬多为考古发掘的地下土遗址，长期存在于被泥土掩埋覆盖的环境之中，在长久的时间里古墓葬已经与它的环境达成了相应的微观平衡，保护难度较大。对古墓葬进行大面积的出土、展示，会将这一平衡打破，对古墓葬产生不利影响。所以配合基建工程发现的古墓在不具备发掘条件的情况下，很多会在提取完诸多考古资料后进行回填。

2.分离展示

古墓葬与文物不同，它具有不可移动的特性。古墓葬的展示方式通常是将其中随葬品转移到博物馆中进行展览，留下空壳原址并在其上搭建保护棚。观众多数只能参观博物馆中的随葬品，而对原址走马观花，或者原址不对外开放。随葬品与墓室是一个整体，墓室中的世界是由各个方面共同体现出来的，这两者的割裂展出直接导致了参观者对墓葬文化的认识不足。

由于古遗址的不可移动等特性，现有的保护和展示方式具有局限性，不能够满足在保护的基础上对其进行全面展示的要求，所以我们采用虚拟现实技术应用在古墓葬的保护和展示上，发挥其重要的理论价值和实际应用价值来突破现有方式的局限性。

二、虚拟现实技术运用于古墓葬保护和展示的优势

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，给人真实的空间和色彩感受，能够使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术能带给使用者强烈的临场感，其中主要包括模拟环境、人体感知、行为捕捉和传感交互设备等方面。虚拟现实技术特有的沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、构想性（Imagination）特征能够在古墓葬的保护及展示中发挥其独特作用。

1. 提升保护技术增加修复手段

虚拟现实技术可以通过对古墓葬数据和影像的采集，使用三维软件建立三维模型，用数字化的方式永久保存其各项数据，建立高精度数字古墓葬库。这种技术降低了古墓葬被意外破坏的遗憾，也为破损严重或不宜参观的古墓葬的呈现提供可能。数字古墓葬库互通互联能为古墓葬修复做贡献，古墓葬尘封于地下，经历长久的岁月，由于各种意外很难保持原貌，虚拟现实技术可以根据古墓葬库中的同类墓葬的数据信息和考古学家的推测，通过数字手段将被损毁的文物修复，色彩复原，让人们在今天的真实古迹和古迹存在当天的视角中转换。

2. 丰富体验形式提高传播效果

参观者对真实古墓葬的体验具有局限性，大多在保护范围外观看，无法近距离接触，而虚拟现实技术的沉浸性、交互性、构想性给古墓葬展示方面提供了丰富的展示形式，它用设备将体验者感官剥夺又通过场景搭建为体验者重塑“五感”。通过三维数据建立虚拟环境模型再使用实时三维图形生成技术为观众提供开阔且刷新率高的三维影像，让使用者自然融入搭建的新场景。再通过数据手套，手柄，眼动追踪等交互方式，让使用者与场景产生密切联系。使用者发出信号，传感器接收，场景内相应物体根据物理定理产生位移变形等效果。也可以加入特殊效果增加场景科幻感，给使用者沉浸其中的全方位体验。新奇的体验形式让参观者对古墓葬的兴趣增加，了解增多，能够增加古墓葬的知名度，提高人们对它的重视程度，达到更好地保护古墓葬的目的。

图1 博物馆中体验VR眼镜的观众

3. 打破时空界限活化古人想象

虚拟现实技术是具有“空间偏向”的媒介，它能搭建空间，带领使用者进入空间。而古墓葬具有时间跨度，它似乎停滞于被土地封存的时刻，又在其中流过了从制作到被发掘的漫长时间。虚拟现实技术作为古墓葬的展示媒介，又加入直观而自然的实时感知交互手段，是历史真实和虚拟空间的融合；虚拟现实技术具有开放性和共享性，能打破空间限制，使用者身处其他地域时，只要拥有VR 设备，也能身临其境地参观墓道。虚拟现实技术可以在瞬间拉近参观者和古人之间的思想距离，通过三维建模等技术将古墓葬中对于死后世界的想象立体化，在观赏古墓葬的同时还能感受古人的丧葬文化、生死观、精神世界。

近年来计算机技术的飞速发展为虚拟现实技术在古墓葬展示和保护中的实现提供了更多技术手段，各种交互方式的融入也使得虚拟现实技术有更多可玩性，能够更好地保护和展示古墓葬。

三、古墓葬保护和展示中虚拟现实技术的应用

古墓葬的建立通常按照严格的形制和构造，经历了漫长的沉睡，在进行考古发掘工作时会经历不同程度的破坏，极具美学价值的壁画、文物等色彩缺失，破损严重，所以古墓葬中虚拟现实技术的运用包括两部分，一方面对于其真实存在的墓道、墓室、壁画进行结构和色彩的复原，实现虚拟现实墓道漫游；另一方面将基于古墓葬中文物元素进行的虚拟现实再创作。

1.虚拟现实对古墓葬形制和色彩的重建

随着数字技术的发展，古墓葬三维模型重建的方法多样，对于古墓葬的三维模型搭建一般会用到手动建模；三维激光扫描获取模型；多视角三维重建模型三种方式。手动建模误差大，模型不够精确；三维激光扫描建模得到的模型体量过大，色彩不佳，不能运用于虚拟现实引擎中；多视角三维重建这种方式能够通过对照片的拍摄由二维照片生成点云，形成模型网格面和色彩准确的贴图，模型还原程度高，适配各种主流三维建模软件，在三维软件中可以对重建出来的模型进行修改，也可以根据考古研究人员提供的资料进行文物复原，对古墓葬进行数字化保存和修复，是现有实现古墓葬虚拟现实漫游的最合适的模型搭建方法。

古墓葬四周墙体多有壁画装饰，由于自然因素和人为破坏大多漫漶不清，其中文物由于氧化发生了一些色彩上的改变。虚拟现实对古墓葬中的色彩复原有两方面，一方面是还原古墓葬现有色彩，营造古墓葬环境中的氛围；另一方面是对于古墓葬原有色彩的复原。

在还原古墓葬现有色彩时，由于古墓葬中光线微弱，需要人为打光，在拍摄时避免出现阴影，采用漫射灯光，拍摄设备需要像素在一千万以上的数码照相机并且在拍摄前设置为手动挡，并对相机进行统一调试。在拍摄前需要先测光，其中白平衡的调试非常重要，因为古墓葬中光线条件差，拍出来的照片会有偏蓝或偏红的现象，色彩的偏移会影响到最后文物贴图的真实性，所以在同一色温场合拍摄时先拍摄一张灰板，在后期处理照片时以此对拍摄图片进行偏色矫正。拍摄中保证二维影像采集的色彩清晰，亮度、色相统一，贴近文物原本的颜色，这样的二维影像资料在三维重建时能够生成与文物本身相差无几的色彩和肌理。

图2 班簋原件（左）与仿制品（右）

在恢复古墓葬往日辉煌时，需要了解文物在未经长时间氧化侵蚀之前的色彩。如青铜器，它得名于它发掘出来时其表面氧化物形成复盐后呈现的兰绿色，但古人却称之为“吉金”，因为这些青铜器本来的颜色是接近金黄色的，所以我们在青铜器文物的复原中需要找到青铜器原本的色彩，在其他文物的色彩还原时也要根据考古专业人员提供的技术支持找到文物原本的色彩。

2.古墓葬内容的虚拟现实“活化”

在VR 漫游中加入手柄交互，触碰交互，注视交互等交互体验，制作流畅合理的交互方式。例如在重要壁画和文物处加入注视交互技术，使用者注视两秒后会出现壁画介绍的文字，让观众能了解古墓葬中文物的历史和意义，增加漫游的交互性。让使用者能够感受推开墓门，在墓道中行走观看，注视壁画就可以触发壁画详细文字信息出现等交互，不仅感受到虚拟现实技术的沉浸性，也具有一定教育意义，观众会对在交互活动后出现的文物知识有深刻的印象。

古墓葬是古人为死后在另一世界继续生活而留下的遗迹，其中不乏古人对死后世界的想象，我们可以使用虚拟现实的方式展示墓主人的生死观和精神世界。所以在墓道漫游的制作中可以加入设计师对古墓葬的理解和创新，让安静的元素活跃起来，与参观者进行互动。

设计师将以古墓葬为元素制作出来的二、三维动画加入VR 漫游，观众通过与虚拟环境的互动使其从从壁画上浮现出来，甚至可以跳出壁画与参观者嬉闹玩耍。运用虚拟现实技术在以往静态的物体上增加额外的维度、制造视觉幻象及画面运动的感受。这种奇妙的视觉感官能够让使用者直观感受到汉人的精神世界和其对于死后世界的幻想。

3.虚拟现实技术在古墓葬保护和展示中的应用案例

图3 妇好墓出土青铜器（左）与妇好墓VR中的青铜器（右）

近年来，虚拟现实技术广泛地运用在古墓葬的保护和展示中，其中妇好墓地VR 复原在博物馆中的展示应用具有代表性。模型搭建方面，妇好墓分为上下六层，每一层都有不同的内容，包含腰坑、椁底、椁顶、壁龛等复杂结构，其中第六层埋藏有巨大的青铜器皿，技术人员借用虚拟现实技术1：1 复原了每一层墓室虚拟模型。文物和材质方面为了追求色彩的复原，虚拟现实技术团队对文物的材质和颜色进行了大量的查阅资料，在了解商朝冶金技术的情况下测算出了当时青铜器最准确的颜色，还原出商朝青铜器原本的材质与色彩，在虚拟现实眼镜中的青铜器呈其原本的金黄色。

妇好墓的虚拟现实展示借助于VR 眼镜和手机在博物馆、原址上方等多个地方设立，例如在首都博物馆中，展柜中陈放着妇好墓中的精美文物，同时设立了虚拟现实体验点，观众在观看墓中文物的过程中可以通过VR 眼镜进入古墓葬。在复杂的墓葬结构中漫游，可以寻找自己在博物馆中看到的文物，了解它在墓中原本所在的位置和色彩，并且可以在虚拟现实中看到每件文物对应的名称。虚拟现实技术打破时空的界限，使进入妇好墓墓室变得简单，让不可移动的古墓葬被展示在身处不同位置的世人面前，而观众能够通过虚拟现实设备得到身处于妇好墓内部的感受，在漫游观赏古墓葬的同时还能感受到妇好墓构建者的精神世界。这种新颖的展示方式能够全方面地展示古墓葬的内涵，提高参观者的积极性，获得当地和各界的重视，实现更有效的保护。

图4 首都博物馆中观众体验妇好墓VR漫游

结论

古墓葬不仅是古代人类埋葬死者的遗迹，也是古人为死后在另一世界继续生活而留下的遗迹，所以其中充满古人对身后世界的美好想象。在虚拟现实技术运用在古墓葬的实践中，可以实现古墓葬中残损壁画的复原；古墓葬的数字化保存；任意地点漫游展示；文物元素的创新活化展示和对古人想象中的另一世界的三维构建展示。在这个过程中笔者认识到虚拟现实技术对于古墓葬的保护和展示意义重大，它不仅传承历史文脉，展示现状、修复破损，创新传播，甚至能将古人对精神世界的二维表现变成三维空间，使得我们可以跨越千年，实现他们的想象，感受到前人对于死亡的理解和对死后瑰丽世界的向往。

①白崇斌,马涛.古遗址科学保护的探讨与实践[J].文博,2005,(4):14-19.

②张占龙,罗辞勇,何为.虚拟现实技术概述[J].计算机仿真,2005(03):1-3+7.