虚拟现实技术在博物馆的应用

李 涵

虚拟现实技术，是一种利用信息化手段创建并体验虚拟世界的仿真技术，它主要的优势是使人产生沉浸感并且具有交互性，而沉浸感和交互性也正是博物馆用其它影像介绍和视频展示手段难以达到的。而且虚拟现实技术的在展览陈列中的应用，也打破了时间和空间两个个维度的界限，对历史文物可以有针对性的进行详细的介绍。这种崭新的视角无形中拉近了观众和博物馆的距离，使得观众通过展览陈列进一步亲近了历史和文化。

1 博物馆虚拟现实项目的方案步骤

现阶段虚拟现实技术的实现手段大体上有两种，一种是基于3D几何模型进行建模的技术（Modeling and Rendering from Geometry-Based，GBMR）另一种是基于图像的建模技术（Modeling and Rendering from Photographs，IBMR）。 第 一种是使用3D建模软件进行场景制作，第二种是利用实景拍摄进行场景制作。利用实景拍摄实施相对简单，技术难度较小，在博物馆场景较为复杂的展览陈列建模中较为常用。其开发过程大致可以分为以下几个步骤：

1）进行相关展览陈列的虚拟现实项目场景规划设计，主要包括对展览陈列内容分析、观众切换路径设计、界面中的人机互动逻辑设计。

2）根据虚拟现实项目场景规划设计的取景点路径规划，到实地进行全景拍摄。

3）在展览陈列现场进行全景拍摄的基础上进行全景图的拼接及后期处理，制作出符合使用标准的虚拟现实场景。

4）使用专业软件生成虚拟现实项目的文件并部署到Web服务器。

5）根据虚拟现实项目规划设计的界面元素进行人机互动逻辑设计的交互动画制作，并编写代码实现人机互动。

6）进行该虚拟现实项目的测试和内容完善。

7）配合相关的展览陈列正式进行此虚拟现实项目的发布。

图1 虚拟现实项目的实施流程图

2 博物馆虚拟现实项目的实现

2.1 对虚拟现实展览陈列进行场景规划

在博物馆的虚拟现实项目中，首先要对需要进行虚拟现实的展览陈列进行场景规划，主要是对该展览陈列的参观路线的规划以及对场景取景位置的规划，参观路线的规划主要是根据该展览陈列的内容大纲来决定的，一般需要将展览陈列分为几个逻辑主题，每个逻辑主题不能发生颠倒跳跃遗漏错位，之后根据展览陈列的现场环境条件选取对应取景点进行全景拍摄。同时需要在每个场景间和场景内设计人机互动逻辑设计的交互动画。

2.2 对虚拟现实展览陈列进行全景拍摄

全景拍摄的目的是为了制作全景图（Panorama）的需要，是通过摄影设备以均匀角度旋转360°来拍摄并合成一张360°视角的完整场景范围的照片。全景图的宽高比为2:1，包含了宽度360°视角，高度180°视角空间的图片。

在进行全景拍摄时需要用到的设备：

1）可换镜头数码单反相机，推荐使用尽量高像素的全画幅数码相机，因为其拍摄出的照片在清晰度上具有更高的清晰度。

2）鱼眼镜头，鱼眼镜头的焦距非常短而且视角接近于180°，是广角镜的极致。一般选用8mm的镜头这样能够使镜头达到最极致的摄影视角。

3）全景云台与三角架，全景云台与三角架作为数码相机的承载设备为全景图的拍摄提供了支撑，并且通过调节可以使数码相机在一个相同的旋转轴上对三维空间进行拍照，保证了数码相机拍出的图像可以被全景图拼接软件完美的拼接。

4）快门线或WiFi快门控制器，为避免在拍摄过程中产生振动和位移，造成全景图无法拼接。一般需要使用快门线或者WiFi快门控制器来完成拍摄。

另外在全景拍摄的过程中可将数码相机向上倾斜一些形成仰角，这样在全景拍摄中可以将垂直上方同时拍入画面中，然后在完成一组全景拍摄后，移除全景云台与三角架设备后，用数码相机在同一拍摄地点拍摄一张地面的照片，用来在制作虚拟场景时补足垂直上方和垂直下方的露白。

2.3 对虚拟现实展览陈列进行全景图拼接与生成

虚拟现实场景的全景拼接需要专用软件PTGui来进行，PTGui提供了可视化界面来拼接前期用鱼眼镜头摄制的照片，从而生成出全景图像。

在软件中的操作比较简单，在“方案助手”中点击“1、加载图像”，把拍摄的同一场景的照片加载到软件中后，点击“2、对准图像”，由软件自动识别照片并应用算法将多张照片根据照片中自动生成的特征点进行拼接，并显示拼接结果。如果拼接的结果出现错位扭曲可以手动进入给相邻的两张图片进行增加或更正特征点操作，之后再次点击进行“2、对准图像”进行拼接，在拼接结果满意后点击“创建全景图”，并选择正确的输出目录，这样即可合成一张全景图（如图2和图3）。

图2 利用PTGui生成全景图

图3 利用PTGui生成的全景图

2.4 使用Pano2VR生成虚拟现实项目文件

Pano2VR作为一款虚拟现实合成软件，是集开发、设计、发布于一体的虚拟现实项目软件。该软件利用Js和Script对全景图片进行处理并加入人机交互的定制皮肤，完成从全景图处理、切割到后期生成虚拟现实场景以及最终虚拟现实项目发布（图 4）。

图4 Pano2VR制作虚拟现实界面

在制作虚拟现实项目文件时要在多个场景之间进行跳转，则需要在Pano2VR中设置皮肤加入热点进行跳转，并且在皮肤中还可以实现参观者的热区提示文字等交互方式（图5）。

图5 Pano2VR制作皮肤界面

（）（）

根据后期WEB发布的需要，Pano2VR软件可生成Flash、Html5、css3等多种文件格式格式。另外可以设置虚拟现实场景的自动旋转、旋转速度、惯性、缩放，同时为了生成的文件显示效果，在生成文件时一般设置为高像素值。

2.5 在web端进行虚拟现实项目的部署发布

把已生成好的虚拟现实项目文件放到服务器的web项目的对应目录中，之后在index.jsp页面中嵌套加入虚拟项目文件，进行发布就可以了（图6）。

图6 Web端发布后虚拟项目显示效果

3 虚拟现实项目的意义

虚拟现实技术为博物馆展览形式多样化的同时增加了展览的趣味性，用现代信息化技术为博物馆展览创造了一个全新的视角，既可以让观众感到新奇，又激发了观众的参与感，改变了博物馆的高冷定位，使博物馆更加的接地气。