徐帥玉 楊曉波

摘要：隨著三維技術(shù)的發(fā)展，三維虛擬展示將取代二維展示而成為主流。為了積極響應(yīng)習(xí)近平總書記文化建設(shè)和文化保護傳承的號召，讓大眾能夠近距離觸摸文物，基于Unity3D進行虛擬展示開發(fā)，以西藏法器類文物為例，通過三維激光掃描采集、照片建模、3ds Max三維建模等方法建立法器三維模型，用UGUI設(shè)計制作三維展示交互界面，用C#語言來實現(xiàn)文物移動展示、旋轉(zhuǎn)縮放展示等功能，搭建了一個既能還原法器樣貌，又能突出展示法器的模型，也可以讓游客有著全方位觀看體驗的展示系統(tǒng)，并可通過網(wǎng)絡(luò)、移動終端發(fā)布觀看也可和實地展覽。

關(guān)鍵詞：虛擬展示；3ds Max；Unity3D；文物

中圖分類號：TP391.9文獻標(biāo)志碼：A

0引言

目前文物展示方式的發(fā)展方向由于文物的珍貴性和復(fù)雜性開始在虛擬展示的方向探索發(fā)展。在信息科技迅速發(fā)展的今天，互聯(lián)網(wǎng)是最便捷的知識獲取地帶，利用新技術(shù)來重建出虛擬逼真的歷史文物，為展示歷史文物提供一條嶄新方便的道路。新時代的虛擬現(xiàn)實技術(shù)既開闊了觀看者的視聽感應(yīng)能力，還改變物體的形態(tài)和產(chǎn)品服務(wù)方式。國家對虛擬技術(shù)的應(yīng)用給予高度關(guān)注，并對文物保護的應(yīng)用也起到了重要作用，而且提供了文物展示、保護、研究的更多方式，更有效緩解歷史文化資源的保護和利用之間的矛盾，這樣不僅可以擴展歷史文化資源的信息傳播的范圍，也為文物展示技術(shù)的事業(yè)發(fā)展提供更加先進的科技支持。運用虛擬技術(shù)，全面、大量地展示了文物，既能使文物保存更加安全，又可以長遠的保存文物。虛擬現(xiàn)實與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，將文物的展示和保護水平提升到一個新的層次，并為文物的展示和保護提供新的渠道。利用虛擬技術(shù)的優(yōu)勢，可以更全方位，更加立體的，形象逼真的進行文物展示，因為它對于所有人展示出來的是視覺上的強烈沖擊，尤其是對于外在表現(xiàn)十分重視的展示行業(yè)，可以幫助文物迅捷地邁入虛擬時代，進一步實現(xiàn)新時代的文物展示新方法[1]。

1虛擬展示概述

虛擬展示的方式目前主要有二維和三維兩種形式。而二維展示是基本的圖形技術(shù)，通過二維影像的形式對物體進行虛擬展示，但基于二維圖像的局限性，人們對物體的認(rèn)識并不形象生動，對物體的認(rèn)識也不能充分地展現(xiàn)出物體的外貌和特征，偏于主觀的想象。實現(xiàn)對物體三維模型虛擬展示的設(shè)計和流程一般是，先通過三維掃描儀器獲取物體的三維數(shù)據(jù)；二則利用3D建模軟件建立物體的3D模型；然后使用3D渲染技術(shù)設(shè)計、3D交互設(shè)計以及各種虛擬技術(shù)，最后構(gòu)成物體的虛擬展示平臺。本論述使用的三維虛擬展示技術(shù)Untiy3D，是目前用于游戲制作的引擎之一，由于它跨平臺應(yīng)用性良好，可以實現(xiàn)實時三維影像創(chuàng)建和可視化展示，被很多行業(yè)用于產(chǎn)品的可視化虛擬仿真設(shè)計和展示系統(tǒng)的研究中，并取得了良好的成果。Unty3D在圖形表現(xiàn)處置上面，擁有高度優(yōu)化的圖形渲染通道和內(nèi)建的NVIDIA PhysX物理引擎，通過GUI粒子系統(tǒng)、聲效等輔助手段模擬物體二維空間下的運動和碰撞，能夠給用戶真實反饋。Unity3D能和主要的相關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作并支持主流的文件格式。Unity3D作為42%的用戶使用率，廣泛應(yīng)用于在VR，AR，MR，游戲及虛擬仿真領(lǐng)域[2]。

2三維模型準(zhǔn)備

2.1三維建模

根據(jù)藏傳佛教法器的不同材質(zhì)采用不用的三維建模方法，使用三維激光掃描采集、照片建模、3ds Max三維建模等方法建立藏傳佛教法器三維模型。

三維激光掃描建模方法需要依靠三維激光掃描儀實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的搜集，例如手持式三維激光彩色掃描儀VIUscan，可以準(zhǔn)確真實的呈現(xiàn)物體效果，使掃描過程更加便捷，并且界面非常易于操作。掃描流程：首先需要工件準(zhǔn)備貼好定位點，確定好參考位置，其次打開應(yīng)用程序VXelements調(diào)整參數(shù)設(shè)定，新建項目，點擊掃描，即可開始掃描，配置傳感器，然后調(diào)入定位點，獲得數(shù)據(jù)，保持好合適的掃描距離，就可以編輯掃描數(shù)據(jù)，掃描結(jié)束后保存為.obj格式文件，保存結(jié)果。

照片建模則是使用手機或者數(shù)碼相機等拍攝工具，拍攝原始圖像集，比如PhotoScan軟件照片建模流程，先對拍攝照片進行簡單的篩選，刪除模糊不清、不能使用的照片。然后打開PhotoScan軟件，選擇工作流程添加上所有照片的文件夾，將經(jīng)過篩選的照片導(dǎo)入。即可在軟件中將照片進行對齊，在這一步可以對質(zhì)量進行選擇，為了得到更好、更精確的效果，建議全部選擇“最高”質(zhì)量。繼而可以根據(jù)工作流程繼續(xù)下去，再進行密集點云的建立，密集點云的生成影響著后期生成面片的效果，點云如果越密集，生成的面片數(shù)就會越多，最終呈現(xiàn)的效果就會越逼真，在密集點云生成以后，就是模型的生成，在軟件中，選擇生成網(wǎng)格、生成紋理，這是一個模型最終建立的過程，后臺通過之前已經(jīng)建立的點云數(shù)據(jù)進行生成，就可以得到使用的模型[3]。

而對于照片建模無法實現(xiàn)的法器建模就需要采用到3ds Max軟件三維建模，可以實現(xiàn)各種材質(zhì)效果，操作簡單，且運用面非常廣，渲染效果好。3ds Max內(nèi)置幾何體多由參數(shù)控制，通過對參數(shù)的調(diào)整可以調(diào)整幾何體形態(tài)。通過兩個及以上模型的運算，建造出其他不同的模型。利用3ds Max軟件進行進一步三維建模的細化工作，處理模型的一些細節(jié)，比如做出來與原物體不較光滑，則可以把物體的面設(shè)多一些就，或者用smooth修改器進行修改，使之更加貼近于真實形象。

2.2模型導(dǎo)出

完成三維模型后，首先將3ds Max里的文物三維模型導(dǎo)入到Unity3D軟件中，接著做紋理貼圖和交互等工作，因為Unity3D支持多種外部導(dǎo)入的模型格式，如. FBX，.dxf，.obj等格式文件，所以需要將3ds Max中的法器模型導(dǎo)出到.FBX格式，就可以導(dǎo)入到Unity3D了。然后在3ds Max中法器三維模型導(dǎo)出過程，可以基本分成以下幾步，首先單擊開始按鈕，執(zhí)行導(dǎo)出選項，在導(dǎo)出的文件夾對話框里選擇Autodesk（*.FBX）為保存類型，指定的保存路徑是該FBX文件的命名且保存，然后軟件在保存之前會彈出“FBX導(dǎo)出”對話框，如圖1所示。參數(shù)如果沒有特殊要求則保持默認(rèn)不變就可以，即成功將法器模型的FBX文件成功被導(dǎo)出。然后將3ds Max軟件成功導(dǎo)出的三維模型文件，直接添加到項目資源文件夾中，Unity3D會將其顯示在Assets面板中。

3系統(tǒng)需求分析

3.1用戶需求分析

虛擬文物展示可以稱為游客與實體文物的連接的繩索，能把游客和文物放到同一個精神世界里，可以延申和擴展實體展示更多的精神內(nèi)容。簡單的圖片或者固定展示方式，在科技迅速發(fā)展的今天已經(jīng)滿足不了用戶的文化需求，展示需要把用戶更好的體驗放在首位，運用先進的數(shù)字技術(shù)，方便了操作方法，不同角度靈活的展示，各個不同視角的觀看方式等虛擬技術(shù)展現(xiàn)手段，也可以觸發(fā)人們對展品更濃厚的興趣。

3.2功能需求分析

普通的展示形式大部分為文字、圖片、實物等靜態(tài)并且單一的方式，而在虛擬技術(shù)的支持下，我們可以盡可能的增加物體全方位展示的功能，更加有利于法器得到全面的展示，這樣可以真正擺脫展示面單一上的局限，更好的讓人們觀看到整體。因此，為了達到用戶的需求，將法器三維展示系統(tǒng)分為進行旋轉(zhuǎn)、縮放、切換等基本操作[4]。

3.3文化需求分析

文物展示對于歷史傳承和文化傳播有著非常關(guān)鍵的影響。在進行歷史文化探究的時候，對文物進行展示也是對文化遺產(chǎn)內(nèi)涵的更深理解，文物展示既是對歷史更好的見證，更是民族文化繼承發(fā)展的橋梁。通過虛擬展示可以讓游客在一個有著友好、清晰脈絡(luò)的界面下，舒適簡單的觀看逼真的虛擬文物展品，也可以根據(jù)自己的愛好來選擇感興趣的物體進行細節(jié)上的詳細觀察，不僅可以更加有力量地引導(dǎo)游客了解法器類文物，逼真的展示出文物原貌，提升了展示效率[5]。文物虛擬展示通過自身的展示宣傳功能，對文化遺產(chǎn)的保護、管理和重新研究起著非常關(guān)鍵的作用[6]。

3.4系統(tǒng)開發(fā)流程

根據(jù)對用戶需求和功能設(shè)計的分析，確定了系統(tǒng)開發(fā)流程圖如圖2所示，首先研究并整理了文物保護到三維立體建模的資料，之前照片建模和3ds Max對法器進行三維建模，然后導(dǎo)入到Unity3D軟件，Unity3D在導(dǎo)入fbx時，會根據(jù)建模時Max的物理尺寸，將模型以3dMax中的物理尺寸大小呈現(xiàn)在Unity的虛擬世界中。建立展示天空場景，借助c#腳本語言來實現(xiàn)移動展示、旋轉(zhuǎn)縮放展示等功能，建立起既可以還原法器樣貌，突出的展示法器文物模型，讓游客全方位觀看體驗的展示系統(tǒng)。

4虛擬展示

4.1展示主界面

展示界面包含了用戶可能點擊移動的所有方向，操作頁面簡明大方，展示界面如圖3所示。

天空盒背景設(shè)計，就像6個正方形，圍起來正好是一個立方體盒子。本論述天空盒設(shè)置方法是，在場景中添加天空盒，這么做可以避免在多攝像機中切換攝像機而導(dǎo)致的天空顯示不一致。windows里在Lighting面板中點擊Scene，就可以看到Skybox的選項，將天空盒材質(zhì)賦予即可。

4.2法器切換展示

法器切換功能是展示的基本功能，所有法器通過左右鍵可以來回切換，法器切換功能及其文字介紹如圖4所示，使用腳本如下。

4.3旋轉(zhuǎn)縮放展示

法器縮放功能可以隨時調(diào)整法器的大小進行觀看展示，通過鼠標(biāo)滾輪來回放大縮小，法器旋轉(zhuǎn)展示功能，與傳統(tǒng)的靜態(tài)圖片展示相比，它給到游客效果是一個3D動畫如圖5、圖6所示，就能讓游客了解到法器的每一面，能真實的觀看到法器的每個角度跟細節(jié)，大大提高用戶的體驗度。此功能用到Rotate函數(shù)，腳本如下所示。

5結(jié)論

本論述基于Unity3D的西藏法器虛擬展示系統(tǒng)初步實現(xiàn)了對西藏法器類文物的全景展示，對比法器的實物與虛擬展示的效果，可以發(fā)現(xiàn)，能夠高度還原法器展示的基本外形信息。與其他的展示方法相比，通過unity3d引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展示效果，其物體的還原度基本滿意，可以給游客真實見到原物體的感覺，能夠給人們帶來更強的生動性和吸引力，并為虛擬展示系統(tǒng)的設(shè)計提供新的思路和方向。

隨著數(shù)字化技術(shù)的進步與發(fā)展，在虛擬展示這一新興領(lǐng)域，慢慢推動著互動展示設(shè)計往更加豐富多彩的方向，也促進了虛擬文物展示技術(shù)的進一步更新。虛擬互動展示可以將虛擬的場景與真實場景完美的融合在一起，使游客在觀看展示過程中，任意的欣賞著，架起來一個無形的溝通橋梁，對未來的數(shù)字化保護和文化傳播有重要意義。

參考文獻：

[1]師國偉，王涌天，劉越，等.增強現(xiàn)實技術(shù)在文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2009，21（7）：2090-2093，2097.

[2]王向強.虛擬文物互動展示系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2017.

[3]張文元，李曉旭，談國新，等.針灸銅人三維可視化研究與應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用研究，2019，36（7）：2054-2058，2064.

[4]Sidani A，Dinis F M，Duarte J，et al. Recent Tools and Tech？ niques of BIM-Based Augmented Reality：A Systematic Re？ view[J]. Journal of Building Engineering，2021，42.

[5]Alhaija H A，Mustikovela S K，Mescheder L，et al. Augment？ ed Reality Meets Computer Vision：Efficient Data Generation for Urban Driving Scenes[J].International Journal of Comput？ er Vision，2017（2）：1-12.

[6]郝亞玲，朱欣娟，吳曉軍.面向3D虛擬展示的軟件定制化系統(tǒng)研究[J].計算機工程與應(yīng)用，2021，57（5）：271-278.