在游戲領域， VR可使游戲場景更真實

 

當前的博物館正在成為黑科技的前沿實驗場。

 

2016年被稱為VR虛擬現實技術的元年，該技術大熱于世，各大手機廠商與視頻網站，如三星、HTC、LG、索尼、華為等都推出各自的VR設備，百度開辟了專門的VR頻道，暴風、樂視也都有VR魔鏡和VR電視。VR同樣也助推了“智慧博物館”浪潮，被嘗試應用于博物館的展覽、展示，引發業內廣泛興趣。除了VR成為焦點之外，在2016年9月的第七屆博博會上，中國首款為博物館量身打造的智能機器人與堪稱逆天的3D打印也備受矚目。中國博物館的黑科技時代就這么來了。

 

▌VR初體驗

 

第七屆博博會上，觀眾正在體驗數字敦煌項目的VR

 

9月的第七屆博博會，眾多展商提供的VR體驗，大賺觀眾眼球。一個月之后的10月25日，故宮博物院在展覽中首次使用VR技術，觀眾佩戴VR眼鏡后，可以在虛擬現實中從紫禁城穿越到江西景德鎮的考古現場。

 

那么，觀眾體驗完VR有什么感受呢？

 

在博博會上，一位體驗數字敦煌VR的觀眾興奮地告訴記者：“非常值得體驗，洞窟是按照1∶1的比例還原的，很真實，細節挺清晰，甚至可以通過門看到外面的胡楊樹林。我是一個敦煌愛好者，這個VR讓我對敦煌更加心馳神往。現在，敦煌的很多窟都關了，如果用這個技術，可以讓更多的人在世界各地了解到敦煌的燦爛文化。如果博物館對國寶級的文物做一個1∶1的還原，一方面可以讓世人多維度去觀看、了解文物。另一方面，對文物保護也是非常有益的，因為展廳的光、人流、呼吸都會對文物產生一定的損壞。VR是很好的技術，以后一定會普及到家里，到時候在家里就可以逛世界各地的博物館。”

 

陜西歷史博物館正在運用VR技術展示唐墓壁畫

 

新技術令人興致盎然，但大部分人對VR概念的認識并不清晰，很多現身的所謂的“VR”都算不上是真正的VR。

 

這種“VR虛擬展墻”雖然功能強大，但與VR并無關系

 

比如，有一種“VR虛擬展墻”，將文物觀覽、教育、同類產品查詢、觀眾留言等功能集于一身，雖然功能齊全，但跟VR并無關系，稱之為“數字展示屏”更為確切。在故宮數字博物館虛擬現實劇場播放的《天子的宮殿：紫禁城》和故宮角樓展示的介紹角樓構造的視頻等產品，雖然采用數字模型制作，具備VR部分功能，但并不滿足VR的基本特點。

 

創捷傳媒新媒體技術部的總經理邱春麟介紹說，VR虛擬現實必須具有三個特點：沉浸感、交互性、想象力。

 

沉浸感，即全景式沉浸到虛擬場景中，如戴上頭盔后就感覺自己真的進入了博物館，而且可以在虛擬場景中走動；交互性，即可以與文物進行互動，可以拿起文物進行360°查看，甚至可以拓展到聲音互動；想象力，就是可以虛擬、演繹一些場景，如人可以變小站到桌子上，或者在博物館看到一個模型可以進入其中。

 

創捷傳媒做的虛擬場景中，用手柄敲編鐘，會聽到悅耳的鐘聲

 

比較先進的VR還會有一些附加功能，如創捷傳媒的VR加入了評估功能。觀眾戴上VR頭盔，通過腦電波可以評估其情緒反應，同時，通過視覺追蹤技術，也可以監測觀眾的關注點在哪里、關注多長時間等，以此數據形成評估報告，來印證展覽的設計是否合理、是否達到預期效果等。

 

VR的這些特點無疑將使文物活起來，以更豐富多彩、更科學的方式呈現給觀眾，而且，隨著技術的發展，VR體驗也會越來越真實。

 

▌VR+博物館

 

VR是一種炫酷、次世代的全新技術體驗，同時也是多源信息融合、交互式三維動態視景和實體行為的仿真系統，VR更是一種技術平臺。

 

如何將VR技術平臺與博物館業務真正結合起來？

 

創捷傳媒虛擬現實與物聯技術研究院院長徐志博士表示，深刻地理解VR技術的綜合特征與技術外延、掌握高端的技術只是基礎，只有經過深入調研，準確、充分地演繹文物特質和文物故事，才是優秀VR文物作品誕生的關鍵。

 

VR技術爆發的元年，很多企業都在嘗試VR技術應用的探索，各自理解也不盡相同。徐志博士認為，VR技術應用要充分理解博物館本身承擔的社會教育功能以及文物保護與研究的要求，保有嚴謹的工匠精神和對傳統文化的敬畏，才能防止VR技術被低質量地濫用，進而成為了噱頭。VR文物精彩展示，需要博物館行業、文物專家和VR制作團隊各方的通力合作和共同努力。

 

同時，我們還要看到，VR在博物館中的應用還需解決一些問題

 

比如，知識產權問題，尤其是文物在數字化過程中會生成二次產權，這是需要盡快解決的問題。在博博會智慧博物館論壇上，有博物館方面專家提出，他們寄希望于正在改版中的《著作權法》，希望新法能對這個問題有明確的指導方向。

 

再比如，博博會上與博物館結合的幾家參展商提供的VR體驗樣本，大部分模型的沉浸感不夠真實，細節不夠清晰，有顆粒感，與實物相差很大。邱春麟認為，這主要還是受限于目前的設備顯示參數，無法匹配人眼的視覺精度。隨著VR硬件設備技術的快速完善提高，這些問題的解決是可預期的。

 

據邱春麟介紹，目前的VR設備根據體驗質量可分為三種。

 

常見的基于手機端的VR設備，屬于入門級體驗，局限于手機的處理能力和顯示能力，分辨率不高，畫面的清晰度不夠，互動性較弱。

 

第二類屬于體驗感足夠好的VR設備，是屬于PC端的較為初代的產品，在視覺上有所提升，但沒有可借助一些常用的PC外設實現簡單的互動功能，例如虛擬空間內的移動，或者進行熱點點擊等。

 

第三類屬于優質體驗的VR設備，不僅分辨率比較高，畫面清晰、刷新率高，視覺畫面看上去比較細膩，還能讓體驗者進行接近真實世界的交互動作，比如通過行走改變在虛擬空間內的位置，拿捏虛擬物品等，互動感更加和諧自然。如HTC虛擬現實設備，這也是這次博博會參展商們常用的設備。

 

▌AR＋VR＝MR

 

Hololens眼鏡可以讓人們在現實世界觀看全息影像

 

有趣的是，就在各博物館還在為如何面對VR而糾結的時候，微軟研發的Hololens眼鏡推出了一種更為新鮮的概念——MR（混合現實）。目前，微軟正在與北京故宮博物院合作故宮布局的模型展示。

 

MR全名為全息投影混合現實，可以實現虛擬世界與現實世界的無縫鏈接，是在AR增強現實技術的基礎上結合了VR技術

 

Hololens眼鏡可以讓人們在現實世界觀看全息影像。在第七屆博博會上，微軟展示了為國家文物局做的一個樣板。這個樣板花了一兩周時間完成，雖比較簡單，但MR的特性已經有所體現。

 

當體驗者戴上眼鏡，啟動程序后，眼鏡會掃描、識別現實的環境，然后添加虛擬現實。比如一張桌子，在掃描后，虛擬的文物可以放到這張桌子上，體驗者可以圍著桌子走動，360°觀看文物的細節。樣板中還有一個小游戲：虛擬的文物被打碎，碎片散置在地上，體驗者可以通過手勢控制光標，拾取碎片，拼接文物。游戲結束后，虛擬文物的旁邊會出現一個文字框，詳細介紹和鑒賞該件文物，還可以在空氣中投影出一個視頻解說。

 

MR演示

 

武漢智匠科技的付翔先生介紹說，除了樣板中的功能外，MR技術還可以對文物進行拆解，讓觀眾對文物有更深刻、直觀的認識和理解。此外，如果文物缺損一部分，還可以通過這種技術進行虛擬修復，讓觀眾看到完整的文物。

 

相比之下，MR與VR的最大不同之處在于，戴上VR頭盔后，體驗者就看不到真實世界了，而且手上還要拿手柄設備，而MR眼鏡本身相當于一臺微型電腦，戴上眼鏡后是與現實互動的，直接用手勢操作，比較便利。

 

MR演示

 

邱春麟認為，MR與博物館結合的關鍵在于怎么用，展示什么、怎么展示都是為了讓觀眾體驗到技術帶來的獲得信息的便利性，需要做到小巧化、輕量化，提高精度和清晰度，這也是該技術領域的一大發展方向。

 

▌博物館機器人，并非噱頭

 

在法國，有一種用于博物館的機器人，他“頭”頂攝像頭或平板電腦，觀眾在家里遠程控制，通過機器人負載的攝像設備在夜間博物館無人之際，瀏覽奇妙的博物館之夜。在第七屆博博會上，中國首款為博物館量身打造的智能機器人也正式亮相，他的名字叫做“大白”。

 

中國首款為博物館量身打造的智能機器人“大白”

 

據清投視訊機器人事業部總工程師崔杰介紹，這款名叫“大白”的呆萌機器人有著強大的導航功能，能夠自由自在地行走，充當博物館導覽員和保安。白天，當觀眾進入博物館，機器人導覽員可以準確地帶領他們到達博物館的任何地方，自動講解；夜幕降臨后，機器人搖身一變成為保安，自動在博物館各處巡邏，監測館內的溫度、濕度等，并將數據傳輸回集控中心。如果發生火災、盜竊等，機器人可以自動報警。

 

本刊記者也在第一時間傾聽了“大白”設計者的聲音。

 

《收藏》：用機器導覽代替人工導覽，有優勢嗎？

 

崔杰：導覽是博物館的必備功能，但我們去博物館考察的時候，發現很多博物館的講解做得不夠好。常見的講解方式有以下幾種：人工講解，雖然博物館講解員多為志愿者，但畢竟數量有限，而且每天只有固定的一兩場講解；手機app掃描二維碼，下載app比較麻煩，受制于網絡，而且展示的內容有限；耳麥式講解器，講解形式過于單一，只有語音，而且博物館的語音設備有限，觀眾需要交押金租用，用完還需還回，比較麻煩。所以，我們想嘗試用機器人導覽，我們認為，機器人有機器人的優勢。

 

首先，機器人不知疲倦，可以不間斷地講解，大大提高導覽頻率。目前，機器人充一次電可以用8小時，電量低的時候可以自動走回充電，8小時后是博物館閉館的時間。

 

其次，人工導覽容易遺漏一些信息，也容易出現一些錯誤，而機器人講解的內容都是博物館方提前輸入的，不容易遺漏和出錯。

 

第三，人工導覽只能通過語言去講解，大部分觀眾只是看個熱鬧，難以產生足夠的觸動。而機器人講解除了語音外，還可以使用圖片、視頻、游戲等形式，通過聽覺、視覺進行人機互動，用更豐富、生動的表現形式，讓觀眾了解更深層的文化和背后的故事，記憶更深刻。尤其是對于青少年來說，機器人講解的運用可能會提高他們的專注度。

 

第四，人機互動讓導覽更加親切。機器人高135厘米，是國際公認的人機交互的最佳高度，胸前和頭上的攝像頭可以識別大人和小孩的性別，以匹配適合的講解風格，機器人的腦袋兩邊的“耳朵”是識音器，后腦是喇叭，可通過語音進行互動，除了支持100多種語言外，還支持各地的方言，濃濃的鄉音會令觀眾倍感親切。

 

《收藏》：機器人所講內容都是提前植入的，但是每個觀眾對所展文物的興趣是不一樣的，如何把握講解的深入程度？

 

崔杰：觀眾如果遇到感興趣的展品或者想去下一件展品，都可以直接對機器人下達指令。機器人的臉是一塊兒觸摸屏，如果觀眾想了解更多信息，可以通過觸摸屏獲得更多圖畫或視頻信息，如果觀眾不想聽了，可以點擊停止。

 

《收藏》：機器人在博物館走動，是否有可能危及到文物藝術品的安全？

 

崔杰：這個也是我們重點克服的問題。

 

首先，在機器人身上設置了三重防護。激光雷達定位系統是第一重防護，會探測距離30米的障礙物，可以繞行；第二重防護是超聲波，前方10米內有障礙物的話也會停下來；第三重防護是防撞條，只要一接觸，立即就會停止。此外，機器人背面還有緊急開關，也是保障安全的。其次，機器人的行走速度是可調的，一般人走路的速度是1米每秒，而機器人可以調至0.4米每秒，慢慢悠悠帶著觀眾走。第三，這款機器人本身比較穩，用輪子代替小優機器人那種易摔倒的雙腿，而且底盤很穩，即使被“熊孩子”推，也不容易摔倒；機械臂也是不可以擺動的，以避免誤傷文物藝術品。

 

《收藏》：這款機器人造價如何？一般博物館是否承受得了？

 

崔杰：這款機器人是定制的，每個博物館需求不同，配置的底盤、導航、電機規格不一樣，價格也是不一樣的。有些博物館比較大，要求配置比較高的話，每臺的價格在15萬至20萬元，適合購買5至10臺。

 

成都博博會時，我們帶著“大白”走遍了所有參展博物館。很多博物館都在找亮點，對這款機器人的認可度還是蠻高的，很多博物館已經做了試用申請。有些博物館也已經在洽談，比如陜西省博物館。目前，“大白”還沒有正式在博物館使用，我們也正在收集諸博物館的需求，以便根據實際需求調整功能和內容。

 

▌逆天3D打印進軍博物館

 

在2013年的荷蘭阿姆斯特丹，梵高博物館利用3D打印技術，成功復制了梵高的油畫。據說，這些復制品不僅在圖畫內容和顏色上貼近原作，在油畫質地、肌理、筆觸上也能達到驚人的相似程度，只有專家能辨別其中差異。

 

作為逆天的黑科技之一，3D打印可以應用于別墅、飛機、豪車、手槍、服裝、牙齒、活體細胞等，同時也開始進軍博物館。

 

 陜西歷史博物館藏西漢《石鯨》

 

西安世博園長安塔的琉璃復制品《石鯨》

 

在中國，3D打印也已經有一些復制文物的成功案例。上海測源數碼科技有限公司的總經理王浩在接受本刊采訪時表示，他們在陜西歷史博物館對館藏西漢石雕《石鯨》進行了復制。其過程是采用3D數字技術采集數據，通過3D打印等比例縮小制成模具，并用古法琉璃燒制成型，保存了原物所有的細節。

 

同樣，在陜西茂陵博物館，他們以館藏霍去病墓石雕之一《臥牛》為原型，采用3D掃描和打印，按照1∶1比例制造模具，翻模成型，完美再現了原作品的形態、肌理和神韻。

 

陜西茂陵博物館藏霍去病墓石雕《臥牛》

 

使用3D打印技術1∶1仿制的石膏《臥牛》模具

 

琉璃復制品《臥牛》

 

青銅復制品《臥牛》

 

石雕復制品《臥牛》

 

迄今為止，3D打印技術復制的體量最大的古代文物是南京辟邪，身長3.8米，高3.5米。他們以3D數字采集、3D打印制作原大的模具，再用玻璃鋼翻制成型，又經上色做舊，最大限度還原了文物的造型、肌理和滄桑感。

 

大業激光成型技術有限公司的鄧陽告訴記者，目前，主流的3D打印技術有5種。

 

第一種，通過熔融堆積，把塑料通過噴頭加熱融化，噴出來后凝結成型。此種技術可以簡單地運用到一些產品的外觀打印，做一些玩具和小產品。

 

第二種，光固化打印（SLA），通過激光與光敏樹脂發生反應，固化成型。這種技術是國內工業打印最主流的技術，優勢在于成型速度比較快，可以建造比較大的體積，打印成本也相對低廉實惠。這種技術在國內掌握比較成熟，比如大業激光就自主研發了一臺桌面式SLA打印機。

 

第三種，金屬打印，通過高強度的激光與金屬粉末發生燒結反應，層層疊加。這種備受關注的技術在航空航天領域應用較多。

 

第四種，尼龍打印，與金屬打印類似，也是激光燒結成型的方式。尼龍打印可以做一些高強度的產品，如珠三角地區做的外貿咖啡機和一些電動工具，外殼和某些內部構件都可以用尼龍打印，在開模之前，用3D打印做出一套產品，驗證是否可行。

 

第五種，陶瓷打印，是繼金屬打印以后非常受關注的一種材料技術，可以打印出素胚，然后燒釉，國外已經有好幾家做陶瓷打印的公司。與以往的陶瓷燒造技術相比，這個技術的效率要提高很多倍，而且，素胚可以做得非常復雜，可以燒出非常漂亮的作品。

 

光固化技術打印出來的復制品

 

目前，博物館3D打印技術制作的復制品與文物原件的相似度可以達到90%以上。國內最主流的光固化打印紋理的厚度也大大縮減，從以往肉眼可見的0.1毫米，縮減到了幾乎看不到的0.025毫米。由于數據采集和復制工作是在不接觸、不損傷文物的前提下進行的，相比于傳統翻模具的復制方式，要安全、快捷、精確得多。

 

高性能石膏粉末打印出來的城堡模型

 

隨著技術的發展，3D打印在文物復制領域可用的材料越來越豐富，包括尼龍、塑料、玻璃、皓石、金屬粉末、沙子等，還可以使用高性能石膏粉末，通過不同的層疊加，直接打印出色彩豐富的作品。不斷突圍的科技成果，為博物館的復制、修復等應用提供了諸多可能。

 

比如，通過3D掃描采集數據，然后以數字化方式把缺失的部分還原，再選擇接近文物本身材質的材料進行打印，粘合于文物缺損部位，就可以實現完美的文物修復。現在文物修復大部分使用石膏，3D打印與之堪稱天造地設的絕配。

 

再如，瓷器打印的突破，雖然目前還無法完成打印瓷器表面的釉、花紋、開片、包漿等，但能夠快速打印出精準的素胎，已經具有了較高的應用價值。而以其他替代材質，如尼龍的打印，則可以完成逼真的仿制。可惜的是，目前金屬打印尚不能應用于青銅、金、銀等博物館常見文物領域，相關技術還有待提升。

 

鄧陽介紹說，3D打印的一大優勢就是可以取代傳統手工制模，加工結構外形非常復雜或使用傳統手段難以成型的原型和模具，在精細度、復雜度、效率上都有極大的改善和提高，也為設計師們解開了傳統模具工藝的束縛，使其盡情發揮想象力，因此非常適合應用于開發文化創意產品。

 

使用3D打印技術制作的文創產品

 

對于博物館來說，3D打印是新鮮事物，絕大部分博物館尚不了解，普及工作在此顯得尤為重要。王浩介紹說，目前3D打印與博物館之間的結合確實存在一些局限。

 

比如，3D打印需要嫻熟的技術團隊，但博物館方面很難組建這樣的團隊。當前3D打印技術主要掌握在企業手中，因此博物館與企業合作是比較務實的選擇。實際上，高精度的大型工業打印機，造價幾十萬至幾百萬元不等，博物館并不一定要自己配備。

 

深圳博物館展位上，小朋友正在觀察3D打印

  

時下，很多博物館對3D打印產生了興趣，也有博物館在嘗試與企業合作，或者購買3D打印設備。如深圳博物館計劃在館內開設3D打印體驗專區，一方面吸引人流，另一方面進行科普。

 

不過，資金問題仍然是3D打印走向博物館的障礙。我國從2012年底才開始提倡3D打印為工業生產服務，并沒有在博物館領域大力推廣3D打印，因此還沒有設置三維數字化的專項資金。長期以來，文物系統相對封閉，新技術能否打開這扇封閉的門，助推博物館當下的職能變革，還有待觀察。

 

3D打印的復制品