3D技术下如何保护文化遗产以及AR产品研发

樊瑞林 赵忠波

【摘 要】在中华文化的历史长河中，许多文化形态消失殆尽，而在现代科技发展的大背景下，将AR技术（增强现实技术）用于历史文化遗产的修复和保护，是发展的新趋势和新方向。在我看来，如何更好地因地制宜运用这种新技术也显得尤为重要。基于3D技术的增强现实技术是当前科技发展中的新突破，应用AR技术让文化遗产进行重现，是3D技术下保护文化遗产的新方向，也是新时代技术工作者的重要课题。根據文化遗产遭到破坏的现状，对不同的文化遗产进行合理的数字化保护，综合国内外文化保护的优秀案例与数字化重建中的成功应用，总结出比较典型的保护方法并予以推广，这样文化遗产的保护就可以在全国范围内进行推广，逐渐形成具有我国文化特色的AR文化遗产保护模式。

【关键词】文化遗产;AR技术;3D技术;数字化保护;产品研发

中图分类号：G12 文献标志码：A              文章编号：1007-0125（2020）29-0199-02

文化遗产是文明得以延续的载体，它们在历史的长河中不断发展，具有顽强的生命力。在信息时代下，通过AR软件或者AR眼镜的加持，会给不同的文化遗产带来不同的传播方式，这样可以让参观者拥有更真实的体验，不仅能让文化遗产的保护更加合理，还可以让文化遗产充满新的活力。增强现实技术能够很好地保护文化遗产，又能够让更多的人来接触文化遗产。本文对文化遗产和增强现实技术的结合做了介绍，探索了新的保护方式。3D技术逐渐进入普通人的视野，这种现象也表明我们国家迫切需要探索新技术和人才加持下的新型文化遗产保护措施，文化消失之后便难以再生，我们应及时地采取行动。

一、文化遗产保护现状

（一）文化遗产的数字化应用

中华大地幅员辽阔，各个地方的文化遗产都迫切需要进行保护，一代代中华儿女对文化遗产的传承体现的是悠久的中华传统文化的延续。保护我国的传统文化遗产，也有利于为世界文化的繁荣发展和人类文明的共同进步作出贡献。随着改革开放的深入以及文化自信的建立，国民逐渐认识到保护文化遗产才可以为我国特色的社会主义发展增添活力。不断加大文化遗产保护的力度，是我国各地在经济发展的大趋势下必须要做好的事情，也是文化自信的强有力表现。

所以在新时代下，运用3D技术和AR技术对我国独具特色的传统文化进行合理的保护是值得我们思考的新方法。采用真实拍照、三维信息获取、点位置获取、AR、大数据和3D扫描等技术把与文化遗产相关的图片、文字等与三维数字软件进行结合，这样就可以更长久地保存文化遗产，即使时代变迁，也不会遗失在历史的长河中。如此一来也可以让后辈重温历史，感受文化遗产的魅力。

（二）3D技术下通过AR技术对文化遗产的还原

我们知道，在科技发展的今天，许多电子游戏运用AR技术让人们有身临其境的真实体验感。在文化遗产的保护中如何运用这种技术是亟需我们思考的，有利于解决文物难保护、难修复的问题。增强现实技术就是把我们肉眼可见的真实场景和电脑计算机生成的仿真图像进行实时更新和渲染，这样体验者就可以把虚拟的事物与现实融合在一起，并且更激动人心的是，体验者在进行人机交互时，AR技术下的文化遗产也会随着体验者的变化而变化，这使得体验者在AR技术的加持下能够有全新的文化体验和近乎真实的感受。

增强现实的特点可以总结为：虚实结合、实时交互、3D虚拟。早些年的VR技术是通过高面数的模型让体验者产生沉浸式的体验，但是当时计算机的处理速度有限，所以会出现掉帧和卡顿的现象。同时如果需要对环境进行精准建模，会使得VR技术比较繁杂而混乱。而在新的3D技术下，AR技术没有对模型进行更精细的还原，反而是通过优秀的计算机实时渲染与体验者的视角保持同步，创造出新的真实环境，在人类的肉眼视觉中与AR技术模拟出来的真实场景相互结合交互，这样就可以使被破坏的文化遗产在计算机下重构，同时与真实图像成为一个有机的整体，这样便会强化体验者的感受，从而让体验者拥有更好的体验，同时被破坏的文化遗产也会得到保护。

使用增强现实技术将毁坏的文化遗产进行虚拟还原，可以让我们利用数字动画、虚拟现实等数字技术，对有代表性的中华文化遗产进行数字化还原，通过计算机生成并利用增强现实技术把计算机生成的数字化场景与实地拍摄的场景结合起来，让二者信息融合，使体验者能够在虚拟技术的加持下在真实的场景中体验到几千年前的历史生活。

二、AR技术在文化遗产保护中的优势

（一）虚实融合

应用AR技术可以把已经被破坏的、残缺的文化遗产重构出来，并与现实中的文化遗产进行融合处理，让体验者仿佛看到原有的遗产重现。这是新技术下我们保护文化遗产的全新方法，也是运用AR保护文化遗产的优势所在。

（二）实时交互

利用AR技术把破损或遗失的文化遗产通过3D模型融合到现实中，可以让体验者通过AR设备从各种方向角度去观摩，这样就可以把真的文物完全保护起来，避免了外界因素的影响，可以让文物保存得更长久。可见这种新技术一举两得，不仅满足了游客的欣赏需求，而且对文化遗产起到了非常好的保护作用，同时也为我国文化事业的发展产生了重要的推动作用。一些书法和绘画作品，或者大型遗址等，都对外界要求十分苛刻，一旦这些文物被破坏或者长期暴露在空气中，就再也无法复原。而AR设备虚拟的场景中既可以模拟真实的环境，又能够完美地呈现出真实的效果，这样能使游客的体验更加真实。

（三）多元增强

AR技术的加持能在观感上给人以假乱真的效果，让人们在无实物的情况下体验到真实的触感，在体验效果上能与亲身感受相提并论。在远离城市的山区乡村中，存在着一些诸如手工技艺、歌谣、舞蹈等珍贵的文化遗产，在AR技术的帮助下，这些古老的文化遗产能重新焕发光彩。

三、文化遗产的衍生产品以及AR技术的应用

截至目前，多数数字系统是在计算机的加持下为环境而设计的，但这种方式会限制体验者的活动范围，用户只能在固定的位置进行实验模拟。应用AR技术可以不用考虑地点和时间，可以在没有固定要求的情况下让我们看到肉眼无法看到的东西。但AR系统在点数据跟踪和位置上還并不完善，目前还在研究当中。

（一）国内产品研发

NSW大学和香港城市大学在虚拟平台下共同创作的《纯净之地：敦煌莫高窟》AR展览室便是很好的例子。它通过增强现实技术把敦煌莫高窟的古老壁画复原，这样既有效地保护了莫高窟，也可以让想了解莫高窟的游客在数字技术的加持下更好地体验莫高窟的文化。

同样在《唐代：丝绸之路首府的宝藏》的展示中，游览者在数字化AR系统的加持下，通过扫描和3D技术在特定的场景中可以重见世界文化瑰宝。这种保护形式可谓优点颇多，因为现实中的壁画意义深远，但因为外界环境刺激导致壁画十分脆弱。而这一数字化展览形式可以让学者、游客近距离地接触壁画，这对于文化遗产的保护是一举两得的。

在AR角色卡片的虚拟展示领域，通过手机扫描就可以展示卡片中的立体角色的AR卡片在国内国外的许多博物馆都有发售。这些卡片通过增强现实技术的加持，可以多角度地将文化遗产进行高度还原。

同样的，在AR技术的加持下，诸如被破环的圆明园也有了重现往日辉煌的机会。体验者通过AR头盔和AR软件可以实时还原昔日场景。技术人员在点位置和摄像机跟踪等方面不断加强，以呈现出高清晰度的现实还原场景，使得圆明园以最真实的面貌展现在大众眼前。

周明全教授的项目中也体现了AR技术的运用。项目根据我国不同种类的文化遗产和复杂的历史背景，合理采用不同的增强现实以及3D软件的转换等新技术。这么做不仅可以实现对文化遗产的合理保护，还有助于现实中的文化遗产的修复，同时也解决了很多博物馆在3D数字化颜色和数字点上采集困难的问题。周教授的项目推动了文化遗产数字化保护体系的构建，其科研成果也很好地影响了后来的文化遗产保护方向，同时也为我国考古学、文物学、历史学等学科发展拓宽了路径，开辟了新方向。AR技术让大众受益，因而得到了很多博物馆和旅游景点的青睐。

（二）国外产品研发

旧金山亚洲艺术博物馆兵马俑展通过app的形式在增强现实的基础上给人们以真实体验。因为出土的兵马俑许多早已破损，现在看到的很多都是修复过的，所以不能轻易外出展览。所以这种app的模式也是我们可以借鉴的，有利于文化遗产与AR技术的融合。荷兰邮政与荷兰纲模广告公司、荷兰建筑学会合作推出世界首套使用增强现实技术的邮票。

四、结论

在保护文化遗产的过程中，我们每个人都应该明白文化遗产的重要价值，以及保护文化遗产的重要现实意义。合理利用新技术对已有的文化遗产进行保护很有必要。新3D技术加持下的AR还原，可以使损毁的历史文物重现，也可以将现实文物更好地保护起来，这种优秀的方法值得我们尝试和运用。要不断推进相关研究，使文化遗产和数字技术更好地结合起来，覆盖更广的范围。在运用新技术的同时，还要结合自身的文化特点，以创作出具有自己特色的优秀产品。目前来看，新技术在我国的发展虽然比较缓慢，人才有所缺失，但是相关的应用也在不断更新，新时代的技术人才也在不断学习，为我国文化遗产的保护贡献着自己的力量。

还可以利用网络平台上的流量来推广文化遗产资源，开发相关旅游产品，激励文化产品不断推陈出新，加速我国文化衍生品的开发。还要培养一批学生和研究人员，对其进行教育和推广，以为今后的文化遗产保护工作服务。相信经过种种努力，体验者可以充分了解到文化遗产的魅力，让文化遗产的保护形成良性循环，从而大放异彩。

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