数字展示在昭西陵展示中的应用研究

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  摘要:昭西陵具有高度的艺术研究价值、建筑研究价值和历史研究价值,由于自然损坏和人为破坏等原因,昭西陵已然损坏大半,数字展示使再现昭西陵风貌成为可能。本文以昭西陵的数字展示为切入点,研究昭西陵数据的数字化模型制作方式以及昭西陵的数字化展示形式并对其作出详细分析,着重分析了三维扫描、虚拟现实展示、增强现实展示以及三维动画展示,这些研究将为昭西陵的数字展示提供理论参考。
  关键词:三维扫描;虚拟现实;增强现实;数字展示[一般不超过4个]
  一、昭西陵简述
  (一)昭西陵的艺术价值
  昭西陵位于河北省遵化市,是清代杰出女政治家孝庄文皇后博尔济吉特氏布木布泰的陵寝,这也是清朝入关后修建的首座皇后陵寝。其位置比较特殊,坐落于清东陵风水墙外大红门的东南侧,究其缘故是因为孝庄文皇后死时其子顺治帝的孝灵已经修建完成,且坐落于清东陵中心位置,依据清朝丧葬规制,“先王之葬居中,以昭穆为左右”,风水墙内已无安葬孝庄文皇后的宝地,故在风水墙外修建“暂安奉殿”,37年后又依据“暂安奉殿”建成了昭西陵。“昭西”二字则是为了呼应位于沈阳的皇太极清昭陵,即“昭陵之西”之意。
  昭西陵作为清东陵陵墓群中墓主辈分地位最高的陵墓,有以下几个特点:(1)昭西陵的神道碑亭是清朝首个立碑的后陵;(2)昭西陵的隆恩殿殿顶为重檐庑殿顶,这是古代建筑中最尊贵的形制。除昭西陵外,清代所有的陵寝大殿都是歇山式,这也证明了陵主人地位的尊贵;(3)昭西陵有两道围墙;(4)没有马槽沟、桥涵之类的排水系统。
  昭西陵这些独特的建制,使其成为研究清代皇家陵寝和建筑的重要实物资料,除历史价值外,还有重大的艺术价值。
  (二)昭西陵现状
  1911年辛亥革命爆发,推翻了早已腐朽不堪的清王朝的统治,此时的社会动荡,军阀混战,清东陵也失去了王朝的庇护,数次被军匪侵扰,除孝陵外其他陵墓无一幸免,皆被盗,昭西陵也未能逃过这一命运。由于风雨的侵蚀和人为的破坏,昭西陵已经摇摇欲坠,破败不堪。建国后,昭西陵的建筑大多被损毁,隆恩殿也只剩下一半。由于当时的经费和技术问题,清东陵的工作人员对昭西陵实施了“落架保护”政策,此后由于配件丢失,一直未能修复。现在的昭西陵,地表建筑除了保存较好的方城明楼、城宝顶之外,只剩下建筑文化遗址和残垣断壁。
  (三)昭西陵数字展示的意义
  昭西陵作为研究清代皇家陵寝文化的实物资料,具有高度的艺术价值和历史价值。近年来,如何利用现有的科技手段来保护、传播和展示含昭西陵在内的清东陵这类世界文化遗产已经成为一个重要的研究课题。数字技术为昭西陵的数字展示提供了牢固的技术支撑,相关的文化遗产类研究项目则为这一构思提供了可靠的参考案例。对于昭西陵的数字展示,从初期的数字数据采集,到中期的三维模型制作,再到后期的数字展示,都有诸多数字技术可以采用。如数据采集可以使用三维扫描、基于图像扫描等方式;中期的三维模型制作既可以基于三维扫描出来的模型继续修改完善,也可以使用三维软件,如MAYA、3DMAX等三维软件在昭西陵的样式雷和照片参考下制作;在后期的数字展示方面,也有虚拟现实展示、增强现实展示、数字动画展示等多种展示形式。数字模型和数字展示不仅可以将昭西陵现存文物模型数据的保存下来,还可以在加入艺术处理后更好的传播开来并传承下去。
  二、昭西陵[建议改为数据采集与处理]数据采集与处理
  三维扫描和基于图像扫描等技术为昭西陵的数字模型制作,提供了新的思路。
  (一)三维扫描
  三维扫描,可以根据需求,记录文物和文化遗址最真实、最全面的形态特征,通过计算机处理后,重构三维数据,形成三维模型,真实快速地再现文物和文化遗址原貌,因此,三维扫描现在已经广泛应用于文物和文化遗址的数字录入和展示上。[1]三维扫描作为一项高新技术,其优势在于集机、 电、光以及计算机技术于一体。快速扫描物体的外形、色彩,从而获得高精度的物体空间信息。利用三维扫描的数字采集方法,可以将昭西陵扫描后生成点云数据,然后通过相关软件对点云进行后期拼接、调整等方法做后期處理并获得昭西陵的三维立体模型。此外,还可以在后期对模型进行贴图处理,使模型更加真实。
  早期的三维扫描设备为接触式扫描,由于这种接触方式会造成对被扫描物体的损坏,尤其是在文物扫描中,因此这种扫描方式已经被淘汰。适用于昭西陵这种文化遗址的数据方式可以分为两种,即三维激光扫描和结构光扫描。三维激光扫描和结构光扫描有着测量精度高、测量范围大的优点,适合用于采集昭西陵的明楼、隆恩殿地基、东西配殿等大型建筑的数据采集,位于北京的蔡元培故居就使用了结构光扫描的方式做了数字化处理并用来展示。但是上述扫描方式在采集透明物体、深色物体以及高反光物体的数字信息时会有一定程度上的局限性。
  (二)基于图像扫描
  摄影测量就是基于图像扫描的一个典型代表,这种扫描方式需要使用高精度的仪器,可用于工业、建筑、考古、地址等多种方面。照片扫描的方法相较于摄影测量更为简便,只需要一部相机或手机,环拍摄对象一周拍摄后,就可以使用Reality Capture这款软件快速生成点云并输出模型。这种方式的优点在于简单快捷,但是其缺点也非常明显,受到拍摄的角度,拍摄时的光线,照片的清晰度等因素的限制,照片成像最后输出的模型精细度相较于三维扫描来讲会粗糙些许。适用昭西陵内丹陛石、望柱、石五供等石雕的模型扫描。
  三、昭西陵数字模型重建
  数字建模通过计算机技术,可以对昭西陵损毁的部分进行高精度的艺术复原。可以基于三维扫描出来的数字模型,对其破损的位置进行局部修复,如破损的丹陛石、隆恩殿门口的石雕围栏以及琉璃门等;也可以使用传统的建模方式根据图片、文献资料、样式雷图纸以及参照建筑使昭西陵地表建筑原样再现,如昭西陵的隆恩殿、东西配殿、神道碑亭,都可以根据资料和建筑遗址制作三维模型。三维建模修复适用于多种软件,如Maya、3Dmax等都广泛应用在文物修复以及建筑修复上,这些软件拥有高精度的模型制作功能和高仿真性的材质渲染功能,可以最大程度上还原出昭西陵这座集历史价值与艺术价值与一身的古陵寝的原貌,为昭西陵的数字化展示搭建好基础。   四、昭西陵数字化展示
  数字展示是指在当今社会的发展过程中,传统的展示方式与数字技术交叉融合的产物。它以现代化的技术手段为基础,应用于各种的展示活动。受到展示资料、展示空间、等多种因素的不同,数字展示的形式和手段也多种多样。时至今日,数字展示已经突破了传统展示的局限性,这也更加符合现代社会对多样化文化传播展示的需求。数字艺术展示是指在数字展示这一技术手段的支持下,加入艺术构思,将科技与艺术融合。多样的数字展示方,如三维动画展示、虚拟现实展示、增强现实展示等方式为昭西陵的数字展示提供了有力的支撑。
  (一) 三维动画展示
  三维动画展示是一种比较常见的展示方式,早在2012年,清东陵就和苏格兰政府合作,使用雷达扫描技术扫描了清东陵的部分陵寝,并做成三维动画,但是昭西陵并未在此列。传统的三维动画展示多为漫游式,且风格比较僵硬。对于昭西陵的三维动画展示,则考虑加入更多的艺术处理。不同于传统的长镜头漫游,昭西陵动画采用多机位镜头,利用多种转场动画衔接使得三维动画展示更具有趣味性;此外,昭西陵的三维动画将会加入天气因素,如晨昏交替、四季变化阴晴雨雪,带观看者体验昭西陵的不同景色。
  (二)虚拟现实展示
  虚拟现实这一名词由英文“Virtual Reality”翻译而来,简称为VR,别称为虚拟实境或灵境技术。虚拟现实是以计算机技术为核心,生成与现实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境。用户借助相关设备与虚拟环境中的对象进行交互,从而产生真实环境的感受和体验。[2]它不仅是一种多学科与科技交融的新兴技术,同时也是一门新兴的、独立的、運用领域广泛、发展潜力巨大的艺术种类。虚拟现实有三个主要特征:一是交互性,使用者可以通过传感器,使用肢体语言、语音命令以及手势指令与虚拟对象进行互动;二是沉浸感,在虚拟环境中,使用者拥有和现实世界相同的感知,如触觉感知、听觉感知、味觉感知、嗅觉感知等等,给使用者以身临其境的体验;三是构想性,在虚拟世界中,使用者可以根据自己的所思所想构建出真实世界里所没有的物件。
  虚拟现实在昭西陵数字展示中的应用有三种形式:
  1.桌面式虚拟现实
  桌面式虚拟现实系统系统是指使用计算机屏幕来连接用户与虚拟世界,其交互方式通常为使用鼠标和键盘来实现交互。应用于昭西陵的数字展示中,可以通过连接LED大屏幕的方式来展示,达到供大批量游客同时参观的目的。这种展示方式交互性比较弱,对于游客来讲,互动体验效果比较差。
  2.沉浸式虚拟现实
  头显式虚拟现实通过头盔显示屏、数据反馈手套等硬件带给用户视觉、听觉、触觉等多种感知,给用户以虚拟环境的真实性,从而达到沉浸感这一体验。这一展示方式更加注重交互性,应用于昭西陵的数字展示中,可以给游客带来身临其境的真实感。由于头盔显示屏每次只能供一人使用,大批量提供头盔也不现实,因此,这种展示方式并不适合在客流量高时使用。投影式也是沉浸式虚拟现实的一个重要部分,主要有球幕式、穹顶式、折幕式等多种,通过将观众包裹进这些屏幕内,结合以声音、光效等来带给游客沉浸感体验。
  (三)增强现实展示
  增强现实(Augmented Reality,简称AR),是一种可以将虚拟对象叠加在现实环境上的技术。即增强现实技术可以将声音、图像、视频等信息数据进行处理,通过模拟仿真再次输出到真实世界并被用户所感知,增强用户的多感知(听觉、视觉、触觉等)体验。
  AR 的三大技术要素为三维注册(跟踪注册技术)、虚拟现实融合显示、人机交互。[3]增强现实在昭西陵展示中的应用,也依赖于上述要素。基于GPS、北斗等定位系统设置定位点,用户在定位点使用手机拍昭西陵建遗址,可以通过手机观看建筑复原图。增强现实呈现出来的效果是在真实地场景中添加虚拟物体,但这并不是简单的“叠加”效果,而是将昭西陵现存的真实场景与虚拟的三维模型“融合”。
  (四)其他展示方式
  除上述三种展示方式之外,还有许多展示方式。如使用720技术拍摄的全景照片、全景视频展示;提取昭西陵独有特点元素并扁平化处理使其更有趣味性的二维动画展示等多种方式。但因昭西陵损坏严重,尤其是地表建筑所剩无几,想要展示昭西陵就必须先对昭西陵做修复处理,因此这些方式并不是很适用。
  结论
  昭西陵是清东陵建筑群里边十分特殊的一座,就其本身来讲,既是研究清朝皇家文化的实物资料,又是清朝的历史、工艺、技术的一个承载体,更是在历史和艺术史上浓墨重彩的一笔。昭西陵的损毁无疑是当代历史和艺术研究的一个损失,但好在文献和图片资料尚存,上述的数字展示方式也具有相当大的可行性。昭西陵的数字化展示,不仅可以为研究清朝皇家陵寝文化提供资料,也是对世界文化遗产的保护与展示的一个探索。
  参考文献
  [1]三维扫描及快速成型技术在文物修复中的应用
  [2]赵沁平 . 虚拟现实综述 [J]. 中国科学 : 信息科学 ,2009,39(1):2
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  [10]王兆华,曹鹏,谢怡明.昭西陵遗址价值及整体保护建议[J].文物春秋,2013(04):48-52.
  [11]石宜辉. 敦煌石窟文物的数字化获取与展示[D].浙江大学,2002.
  项目来源:唐山清东陵保护区管理委员会 华北理工大学社会科学研究院 河北省文史研究馆
  项目编号: QDLWHYJ0005
  项目名称:慈禧陵特色艺术资源库建设
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