AR-VR融合技术在博物馆陈列展览中的应用探析
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作者:张丽
摘 要：博物馆是展示地方历史文化历的重要场所，博物馆期望通过新技术、新手段来增强馆内的陈列展览效果，提升博物馆对外形象。传统的陈列展览模式主要是以橱窗展示为主，这种方式信息表达单一，和观众的互动性差。文章引入AR-VR融合的陈列互动方式，以重庆红岩红色历史类专题案例，开发制作AR-VR展览交互体验成果，提高博物馆的陈列展览效果，让公众更深刻地了解民国时期重庆的生活风貌以及中共中央南方局在抗战胜利中的巨大贡献。
关键词：陈列展览;AR-VR;红色历史类专题
博物馆陈列展览越来越热衷计算机、图像处理、人工智能、增强现实等技术，形式多样，内容多变，文字、声像、游戏等多元化的交互方式可以烘托展馆氛围，进而拉近与公众的距离，达到博物馆可持续发展的目的。博物馆展厅是博物馆将文物对外交流的重要场地，故该场地的新颖设计和强互动性对博物馆而言至关重要。“陈列形式要求艺术风格的完整统一，也要求统一风格设计手法的变化多样。”[1]传统的静静放置在橱窗展览的文物展示方式存在局限性、单一性，有趣、强交互性展示方式的开发迫在燃眉。
重慶红岩革命历史博物馆主要收藏重庆市红岩革命时期文物，其承载着丰富的历史内涵，也是红岩精神及事件的重要载体。其一直是以静态陈列展览为主，无法形象生动地传播知识，无法让公众参观之后期盼下次能够再再次来参加。为了改变这一现状，增强国家文化软实力，加强和改进新时期爱国主义教育，弘扬和培育中华民族精神，构建社会主义核心价值体系，重庆红岩革命历史博物馆结合当前的新技术，开发AR-VR融合交互展陈技术来提高馆内展陈水平。
1 AR-VR陈列展览思路提出
增强现实（Augment Reality，简称AR）从提出便被广泛关注，研究学者也对其进行了研究和行业应用探析。学者陈靖研究了在室外场景下的AR系统，其利用惯性传感器的特点去感受场景的变化[2];北京理工大学团队开发了数字圆明园系统，体验者利用头盔等设备在圆明园中漫步[3];任波等人将AR应用在房地产行业，解决了样板房线上360度体验的问题[4];胡颖群等人在商品的售卖展示中同样利用AR做了一些改进，使商品的售卖更形象真实[5];李江学者开拓了AR的运用，设计了一个互动性的恐龙展馆[6]。AR技术使很多无法体验的场景变得可能，带给观众更逼真的体感。
大量的案例证实增强现实技术是提高用户互动性的重要方式，其从参观者的角度来让参观者沉浸在虚拟场景中，在漫游中更加有震撼感，身临其境，提高积极性。但实际运用中，其优缺点并存，不足之处如沉浸感还不够强，用户带上辅助工具参展时，在与模型近距离接触时无法清晰观察到模型的细节内容。为了有效解决问题，采用AR-VR融合技术，增强用户体验场景中的观察与感知能力。两者结合后，可以进行AR与VR的交互与切换，比单一的AR技术体验性更强，公众的参与性也随之增强。
2 AR-VR在陈列展览中的优势
丰富有趣的体验形式可以全面调动观众的视听感官系统，为观众奉献一场气势磅礴、张弛有度的视听盛宴。体验交互成果采用全三维制作，片中运用大量的爆炸烟雾粒子还原战争的残酷，让观众走进历史，了解这段历史。
①尊重历史。引用了大量的史实资料，包括图片、视频及录音等。
②推陈出新。以史实资料为基础，利用三维技术、后期修复技术，还原当时陪都重庆的生活风貌以及日军轰炸重庆场景。
③注重体验。逼真地还原历史现场，结合大量的视音频特效，让观众深入了解这段历史。
④视觉元素。为了更好地表现主题，添加地图以表现抗战态势，烟雾爆炸、火焰粒子表现出当时被轰炸的惨烈景象。
3 AR-VR展示系统
AR-VR展示系统利用了AR以及VR的优势，即AR的沉浸感和VR的交互感。系统设计了两个部分，一是采用AR实现增强交互部分，二是采用VR开发虚拟漫游部分。虚拟的场景供公众去感受博物馆的内外场景，这种场景并不是真实存在的，是采用计算机来构建一个虚拟的场景，公众带上感知设备可以感受到如同真实存在一般。公众通过外部的工具，采用摄像头去获取场景数据，利用计算机视觉跟踪注册方法[8]来模拟真实存在的环境下的人为标记信息辅助跟踪，达到虚拟与真实环境无缝重合，提高展示的互动性。系统框架如图1。
对于一个设计完善的AR-VR系统，我们可以设定好三维虚拟场景，根据重庆红岩历史专题需要设定红色革命的场景，公众在体验过程中可以实现多方位的移动，向前、向后、向左、向右等方向的漫游，这些方向的行走可以通过鼠标，也可以是头盔来控制。在AR、VR切换方面，当参观者想从虚拟世界切换到真实世界时只需点击虚拟AR按钮，即可完成模块切换。当切换到增强交互模块后，系统立即开启摄像头捕获场景的初始识别图像，采用基于计算机视觉跟踪注册技术计算出摄像机位姿数据，并持续地将位姿数据不断传递给渲染模块，将虚拟展品加载到真实场景中。系统实现采用Unity3D平台，整合Vuforia SDK进行开发。
开发后的系统体验如图2所示，通过手机移动端扫描可以查看到内容。本次展示内容选取重庆大轰炸影片中能代表民国时期重庆生活的场景，通过扫描识别源，调取每个场景所代表的重庆生活场景，让游客目睹民国时期重庆的生活风貌。场景包括朝天门码头、通远门城墙、解放碑、八路军办事处大楼、周公馆、《新华日报》营业部。
民国时期重庆风貌街VR漫游系统以民国时期重庆主要街道为漫游场景，场景素材取自《重庆大轰炸》电影中的场景素材，利用VR开发工具包，支持在OCULUS或HTC VIVE头显设备中实现虚拟场景的构建及实时的交互漫游，构建一个典型的虚拟建筑漫游系统。系统中所漫游的场景主体是民国时期能够体现重庆生活面貌的街道、建筑、码头等，长度约500米，体验者佩戴VR眼镜即可置身民国时期的重庆街道，可在街道中穿行，可与街边商贩攀谈。VR-AR系统的开发，使《重庆大轰炸》场景的画面更加真实，体验形式多样，随时交互切换也让用户感同身受，理解历史时期重要事件。
4 结语
计算机技术在不同行业中都扮演着举足轻重的角色，使博物馆的展示陈列变得一切都有可能。AR-VR开发了博物馆的新展示形式，教育与娱乐相结合，提升了重庆红岩历史博物馆展示水准，增强了博物馆用户体感，博物馆粉丝也随之不断增加。由此说明，新颖有趣、互动逼真性的方式让博物馆流量越来越大，展陈越来越有趣，利用VR-AR的融合技术进行博物馆陈列展览是一种可行的应用方案。
参考文献
[1]王宏均.中国博物馆学基础[M].上海：上海古籍出版社，1995：280.
[2]陈靖，王涌天，刘越，等.适用于户外增强现实系统的混合跟踪定位算法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2010（2）：204-209.
[3]王涌天，刘越，胡晓明.户外增强现实系统关键技术及其应用的研究[J].系统仿真学报，2003（3）：329-337.
[4]任波，管涛，李利军.基于ARToolKit的增强现实系统开发与应用[J].计算机系统应用，2006（1）：81-84.
[5]胡颖群，尹长青.基于ARTooIKit的三维虚拟商品展示系统设计与实现[J].计算机应用与软件，2012（8）：259-261.
[6]李江.基于ARToolKit的增强现实技术在恐龙博物馆的应用研究[D].成都：西南交通大学，2007.
[7]孙源，陈靖.智能手机的移动增强现实技术研究[J].计算机科学，2012（6A）：493-497.
【作者简介】张丽（1983—），女，专科，助理馆员，研究方向：智慧博物馆。
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