【中文摘要圖形學是研究圖形搆造、表示、輸入及其數據管理、分析操作技術和如何以圖形信息爲媒介實現人機交互作用的應用方法的一門學科。采用圖形學技術後的博物館陳列更富有時代特色和科技内涵，實現了人們與展品信息上的無障礙交流，參觀者可通過互動，感受到文物前所未有的文化魅力，領略到一場場歷史的視聽盛宴。 

　　【關鍵詞】圖形學博物館虚擬現實

　　Abstract: The graphics study graph structure, express, input and its data management, operative technique analysis, as well as a discipline how to achieve human-computer interaction by graphical information. After adopting graphic technique the exhibition of museum will be accessible and with more era characteristic and connotation of science and technology, and the visitor can feel the glamour of culture and appreciate the audio-visual feast by interactive activities. 

　　Key words: GraphicsMuseumVirtual reality

　　圖形學也稱計算機圖形學，它是研究圖形輸入、模型(圖形對象)搆造和表示、操作及其數據庫管理、數據通信與分析以及如何以圖形信息爲媒介實現人機交互作用的方法技術和應用的一門學科。它包括圖形系統硬件(圖形輸入、輸出設備、圖形工作站)、軟件、算法和應用等幾個方面。圖形學的内容非常廣泛，如圖形硬件與標準、交互技術、光栅圖形生成算法、曲綫曲面造型、實體造型、真實感圖形計算、顯示算法以及科學計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虚擬現實以及圖像志、圖像學分析等。

　　隨着信息技術的迅速發展，圖像學的應用已進入博物館的陳列形式設計中。陳列形式設計,是博物館陳列的語言,是“博物館工作人員與博物館觀衆之間進行交流的方法和途徑”。這種“語言”是一種複合傳播媒體,是博物館使用的最富特色的媒介〔1〕。

　　傳統的博物館陳列，基本上都是采取圖片、文物、雕塑、繪畫解説相結合的形式，所用的陳列手段比較單一、簡單，無法跟上飛速發展的科技脚步。隨着現代技術在陳列中的不斷滲透，新設備的應用已成爲搏物館陳列展示的重要手段，計算機技術在博物館的陳列、展示、科學研究、社會教育等方面發揮着革命性的作用，現在的博物館更注重參觀者的用户體驗，無論是復原文物、展覽文物還是網上瀏覽。采用圖形學技術之後，陳列内容、形式更富有時代特色和科技内涵，實現了人們與展品之間信息上的無障礙交流，可讓參觀者在互動的過程中，感受到文物前所未有的文化魅力與内涵，領略到一場場歷史的奇幻异彩、耳目一新的視聽盛宴， 

　　本文試將三維數字化、虚擬現實、增强現實、計算機視覺等計算機圖形學相關技術在博物館中的應用進行闡述。

　　一、三維數字化在博物館中的應用

　　三維數字化是近年來隨着計算機軟硬件技術的發展而産生的一項新興技術，是爲了達到用户目的，運用三維工具（軟件或儀器）來實現模型的虚擬創建、修改、完善與分析等一系列的數字化操作。三維設計實現了博物館陳列的變革。三維數字化的目標，是在數字屏幕中真實且忠實地再現出現實中所要陳列的物體、復原出存在於遠古的物體、創造出存在於幻想中的未來物體或重構出微觀的和遥遠外太空的物體。一切用傳統手段無法描繪和展現的，通過三維數字化技術，均可得以實現，並生動奇妙地“活”在觀衆面前〔2〕。 

　　三維設計技術的應用，離不開全三維設計技術應用規範。全三維設計是一種全新的博物館陳列模式。三維設計表現爲工具的改變（三維CAD軟件的使用，如CATIA V5）。因此，博物館應用三維設計技術，要充分考慮陳列主題的要求，形成基於三維模型定義設計信息、檢驗信息、陳列信息等融爲一體的標準體系。這些標準規範涵蓋陳列主題的各個部件，同時應考慮各單個物品的各個環節，包括設計、檢驗及陳列樣式，例如尺寸和公差標注方法、剖視圖生成技術方法、特徵視圖捕獲創建與管理技術方法、關鍵特徵的標注方法等。

　　三維技術實施後，由於全三維數模爲數字化陳列提供了有利條件，采用了數字化的方法進行陳列，使得博物館陳列的畫面質量在滿足科學性和客觀性的前提下達到電影級的水平，極大地提高了人們的視覺感受。

　　二、虚擬現實技術在博物館中的應用

　　虚擬現實技術可以推動文博行業更快地進入信息時代，實現文物展示和保護的現代化。虚擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)，又稱靈境技術，是以沉浸性、交互性和構想性爲基本特徵的計算機高級人機界面，是近年來出現的高新技術。它可以讓展品與觀衆互動起來，讓觀衆沉浸在計算機生成的虚擬境界中，並能够通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，通過親身參與激發自己的想象，在寓教於樂的過程中輕鬆獲取展品的内涵和相關科學知識。

　　博物館陳列采用虚擬現實技術後，不但能够給參觀者帶來强烈、逼真的感官衝擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數據接口在實時的虚擬環境中隨時獲取項目的數據資料，有利於設計與管理人員對各種方案進行輔助設計與方案評審。虚擬化技術打破了物理結構之間的壁壘，代表着把物理資源轉變爲邏輯可管理資源的必然趨勢。未來的資源將透明地運行在各種物理平臺上，資源的管理都將按邏輯方式進行，完全實現資源的自動化分配，而虚擬化技術則是實現這一理想的唯一工具〔3〕。

　　虚擬化是雲計算最主要的特點，雲計算的特徵體現在虚擬化、分佈式和動態可擴展。虚擬平臺的管理、擴展、遷移、備份，種種操作都通過虚擬化層次完成；動態可擴展指通過動態擴展虚擬化的層次，進而達到對以上應用進行擴展的目的；分佈式指計算所使用的物理節點分佈。從雲計算最重要的虚擬化特點來看，大部分軟件和硬件已經對虚擬化有一定支持，可以把各種IT資源、軟件、硬件、操作系統和存儲網絡等要素都進行虚擬化，放在雲計算平臺中統一管理。

　　虚擬現實所建立的虚擬環境是由基於真實數據建立的數字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求建立逼真的三維場景，對規劃項目進行真實的“再現”。利用虚擬現實技術，結合網絡技術，可以將文物的展示、保護提高到一個嶄新的階段。首先表現在將文物實體通過影像數據采集手段，建立起實物三維或模型數據庫，保存文物原有的各項型式數據和空間關係等重要資源，實現瀕危文物資源的科學、高精度和永久的保存。 其次利用這些技術來提高文物修復的精度和預先判斷、選取將要采用的保護手段，同時可以縮短修復工期。還可以通過計算機網絡來整合統一大範圍内的文物資源，并且通過網絡在大範圍内來利用虚擬技術更加全面、生動、逼真地展示文物，從而使文物脱離地域限制，實現資源共享，真正成爲全人類可以“擁有”的文化遺産。譬如：中國科學技術館在展項“神秘之窟”中，通過集成計算機圖形(CG)技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡並行處理等多種最新技術成果實現了人們可在洞窟内隨意漫遊的互動方式。并且采用了非接觸式人機對話，這與傳統的人機界面以及流行的視窗操作相比，虚擬現實在技術思想上有了質的飛躍。

　　三、增强現實技術在博物館中的應用

　　增强現實（Augmented Reality，簡稱AR），也被稱之爲混合現實。它通過電腦技術，將虚擬的信息應用到真實世界，真實的環境和虚擬的物體實時地叠加到了同一個畫面或空間同時存在。是在虚擬現實的基礎上發展起來的新興技術。在增强現實系統中，真實物體和虚擬物體除了要實現視覺上的融合之外，還要能够實現視覺交互和物理交互。增强現實遊歷於虚擬現實和真實之間，可把夢想照進現實。

　　目前增强現實AR技術已經得到廣泛應用。在博物館裏，人們已經不滿足於觀看視頻和模擬模型。人們希望在現實環境和虚擬物體發生互動，豐富感官和視覺。增强現實技術可以讓人們的希望成爲現實。因此，增强現實技術在博物館的應用必然成爲一種趨勢。中國科學技術館在展項《神秘之窟》就是增强現實技術的代表性展項。它提供人們關於敦煌莫高窟視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同親歷真實洞窟一般，可以及時、没有限制地觀察洞窟内的事物，包括彩塑、壁畫及建築等人文藝術。

　　四、計算機視覺在博物館中的應用

　　計算機視覺是一門研究如何使機器“看”的科學，更進一步的説，就是指用攝影機和電腦代替人眼對目標進行識别、跟踪和測量等機器視覺，並進一步做圖形處理，用電腦處理成爲更適合人眼觀察或傳送給儀器檢測的圖像。作爲一個科學學科，計算機視覺研究相關的理論和技術，試圖建立能够從圖像或者多維數據中獲取‘信息’的人工智能系統。 

　　非接觸式的交互方式基於計算機立體視覺技術，它通過在空中指點、揮手，或者翻書等操作，可最大限度避免展品的損耗，觀衆翻動實物書頁，通過計算機立體視覺技術對翻書過程的動態分析與識别，觀衆將在顯示器中看到自己翻書的過程：一個三維生成的計算機拔地而起，叠加到書頁的平面計算機圖片上。觀衆可通過輕觸書中的不同位置，去操縱三維計算機工作，或通過相應的三維動態演示瞭解相應時期計算機的原理、組成和特點等，使計算機發展歷程中科技創新精神和書籍人文色彩有機地結合起來，以滿足觀衆的需求。

　　圖形學技術作爲一個工具，由於其精確性、真實性和可操作性，目前被廣泛應用於各個領域。這項新技術能够給人耳目一新的感覺，因此受到了廣泛的歡迎。計算機圖形學等技術支撑下的博物館，極大地豐富和拓寬了展項展示手段的設計思路，它讓博物館的陳列以一種全新的姿態展示在社會公衆面前。

　　申翠英（桂林博物館，副研究館員）；

　　何彧（桂林博物館。）

　　注釋：

　　〔1〕陳開宇：《三維技術與博物館陳列》,《中國博物館》 2002年第3期。

　　〔2〕張俊：《計算機圖形學在新型科技館中的應用》，《中國科普博覽》2012年。

　　〔3〕楊望仙、朱定、謝毅、範朝冬：《虚擬化技術在雲計算中的研究進展》，《先進技術研究通報》2010年第8期。