劉紅霞，吳禮丹

（池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院a.信息技術(shù)系；b.基礎(chǔ)教育部，安徽池州247000）

儺文化是我國第一批非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，是集手口相傳、傳統(tǒng)技藝、表演藝術(shù)于一體的社會民俗。自上世紀(jì)80年代以來，在政府、社會的多方努力下，儺文化保護與研究取得一定成果。但儺文化歷史文化積淀深厚、蘊藏民族文化基因，不僅要搶救和保護，更要利用科技的新發(fā)展促進儺文化重新煥發(fā)生命活力[1]。增強現(xiàn)實技術(shù)的突飛猛進，為儺文化數(shù)字化保護提供支持，增進儺文化保護的效益。

1 儺文化的保護現(xiàn)狀與困境

儺文化起源較早，殷商時代就有，曾一度繁榮昌盛；隨著現(xiàn)代化進程的加快，儺文化日漸凋亡，現(xiàn)只存在于安徽貴池、江西、湖南和貴州等極少數(shù)農(nóng)村中，儺文化的保護越來越被各界所重視。

儺文化依托人本身而存在，靠言傳身教、口授心傳代代流傳，具有活態(tài)性、生態(tài)性、傳承性、變異性等性質(zhì)，是一種特殊文化形態(tài)[2]；而隨著人口大量外流，鄉(xiāng)土情結(jié)的消解，儺文化正瀕臨消亡?，F(xiàn)有的館藏、保存記錄、組織演出等保護方式操作性不強，效果欠缺，儺文化保護形勢十分嚴峻[3]。聶森認為傳統(tǒng)的館藏保護已無法滿足儺文化保護的現(xiàn)實需求，迫切需要找到新的信息技術(shù)手段來加大保護力度[4]。王耀希認為數(shù)字化智能技術(shù)能在儺文化遺產(chǎn)的保護中發(fā)揮很好的作用[5]。而現(xiàn)有的數(shù)字化保護手段因缺乏相應(yīng)的背景環(huán)境，很難讓現(xiàn)代人獲得情感認同，缺乏主動繼承和發(fā)展的內(nèi)驅(qū)力。利用增強現(xiàn)實技術(shù)對儺文化進行數(shù)字化保護，使儺文化成為共享、可再生的數(shù)字信息形態(tài)[6]，建立以增強現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合型儺文化數(shù)字化保護框架。

2 利用增強現(xiàn)實技術(shù)保護儺文化的優(yōu)勢

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）被美國科學(xué)家譽為二十一世紀(jì)十大關(guān)鍵技術(shù)之一。其基本思想是：利用計算機生成的虛擬對象，實時、準(zhǔn)確、動態(tài)地融合到真實環(huán)境中；并根據(jù)觀察者的位置改變而更新[7]。增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)有：跟蹤注冊技術(shù)、虛實注冊、人機交互技術(shù)和顯示技術(shù)；其特點為：虛實結(jié)合、實時交互、3D注冊[8]。

儺文化的數(shù)字化保護關(guān)鍵在于觀眾與儺之間產(chǎn)生信息互動，增強現(xiàn)實技術(shù)與儺文化二者有機結(jié)合，提升了儺文化參觀的趣味性，增加游客與儺的虛擬互動性，在互動中讓人們了解大量的儺文化歷史知識，包含神話、傳說、儺儀的解釋以及每個儺面具的不同及來歷等，獲得新奇的體驗，產(chǎn)生濃厚的興趣，從而更好地領(lǐng)略到儺文化的魅力和深厚的歷史，自覺參與儺文化的保護與傳承。

3 基于AR技術(shù)的儺文化保護系統(tǒng)設(shè)計

儺文化與增強現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合可以使儺這種古老的文化擺脫時間、空間乃至演員等諸多限制，使儺文化以豐富的、現(xiàn)代化的方式體現(xiàn)。開發(fā)儺文化保護系統(tǒng)是經(jīng)常儺文化數(shù)字化保護的最有效方法的之一，基于儺文化的特點，進行針對性系統(tǒng)設(shè)計是系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵。

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與關(guān)鍵技術(shù)選擇

基于AR技術(shù)的儺文化數(shù)字化保護系統(tǒng)三維模型使用3DS MAX軟件建模，系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為當(dāng)前廣泛應(yīng)用、性能良好的Unity 3D，增強現(xiàn)實技術(shù)采用Unity 3D和高通Vuforia SDK完成。

Unity3D具有分層的開發(fā)環(huán)境，可視化編輯，屬性詳細等屬性，是當(dāng)前廣泛使用的游戲引擎，支持智能手機等跨平臺操作，支持C#等多種腳本語言，支持3D MAX等主流建模軟件資源的自動導(dǎo)入，并動態(tài)更新。Unity3D是儺文化數(shù)字化保護系統(tǒng)開發(fā)的首選環(huán)境。

VuforiaSDK通過移動終端的顯示屏將真實世界的物體與虛擬物體實時融合，實現(xiàn)實時跟蹤與注冊。它具有識別速度更準(zhǔn)確迅速、同時識別多個標(biāo)識物、魯棒性好、自適應(yīng)光照環(huán)境、渲染真實等多個優(yōu)點。

基于增強現(xiàn)實技術(shù)的儺文化數(shù)字化保護系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)需要以下幾個步驟，首先將儺面具、儺廟、儺戲服、角色等相關(guān)圖片導(dǎo)入3D軟件建模、貼圖和動畫實現(xiàn)，整體導(dǎo)入unity3D環(huán)境進行程序開發(fā)，在unity3D環(huán)境中導(dǎo)入Vuforia SDK封裝包，使用C#編寫腳本，從而實現(xiàn)單擊、雙指旋轉(zhuǎn)、縮放，并結(jié)合直觀的UI操作。系統(tǒng)設(shè)計過程要結(jié)合不同功能分屏分頁展示，自適應(yīng)不同分辨率。

3.2 AR應(yīng)用于儺文化保護的技術(shù)路線

AR技術(shù)在儺文化數(shù)字化保護中應(yīng)用的技術(shù)路線主要涉及三個方面：一是基于AR的原始數(shù)據(jù)庫設(shè)計。在前期數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，針對儺文化特定內(nèi)容設(shè)計節(jié)點，基于儺面具、儺儀、儺戲服、儺廟等物體的自然特征提取基準(zhǔn)點，綜合運用計算機圖形學(xué)、計算機視覺，形成儺文化數(shù)字化數(shù)據(jù)庫，為AR交互提供模塊數(shù)據(jù)流。二是運用AR關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)圖像關(guān)鍵特征的提取計算、標(biāo)的物特征匹配，進行ID跟蹤注冊，實現(xiàn)虛實融合。三是運用AR顯示技術(shù)，實現(xiàn)在真實的儺文化場景中對儺文化內(nèi)容的智能交互[9]。具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 增強現(xiàn)實技術(shù)實施技術(shù)路線

圖像采集是借助攝影攝像設(shè)備采集目標(biāo)圖像，經(jīng)過計算獲得圖像的關(guān)鍵特征。經(jīng)過前期的采集預(yù)處理，用戶移動設(shè)備的攝像裝置采集到的圖像，通過將點陣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點云數(shù)據(jù)，降噪去維，實現(xiàn)特征提取、增強與幾何重構(gòu)，生成目標(biāo)圖像。將目標(biāo)圖像與數(shù)據(jù)庫模板圖像加以分析匹配，完成圖像識別過程（如圖2所示）。

跟蹤注冊是系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，增強現(xiàn)實系統(tǒng)注冊過程中系統(tǒng)要從當(dāng)前場景中實時獲取觀察者位置、攝像機角度及運動情況等數(shù)據(jù)，并根據(jù)當(dāng)前視覺坐標(biāo)重新建立世界坐標(biāo)，將虛擬物體顯示在準(zhǔn)確的位置，這叫跟蹤。通過匹配虛擬場景和真實場景的相互關(guān)系，將虛擬信息準(zhǔn)確顯示在真實場景中的過程即注冊；ID跟蹤注冊將攝像頭采集到的實時對象和目標(biāo)圖像進行比對，分析誤差，確定虛擬對象在現(xiàn)實場景中的具體位置和角度，實現(xiàn)虛擬物體和現(xiàn)實世界的實時疊加。虛擬物體要準(zhǔn)確放到場景中，確保正確的遮擋層次關(guān)系和景深關(guān)系，實現(xiàn)與周圍物體的交互，虛實融合模塊，實現(xiàn)層次體現(xiàn)、碰撞檢測和渲染。基于物體自然特征的跟蹤注冊方法具有不需要額外成本、迅速直觀等優(yōu)點，在儺文化保護系統(tǒng)中主要采用基于物體自然特征的注冊方法。

增強現(xiàn)實技術(shù)不同于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，用戶不需要佩戴其他設(shè)備，可以變換角度欣賞，能以自然手勢交互，這也是增強現(xiàn)實優(yōu)勢的重要體現(xiàn)。當(dāng)前增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用于儺文化保護主要是結(jié)合智能手機等移動終端，采用客戶端/服務(wù)器（C/S）模式。而基于手機客戶端的工作流程要盡量簡單，可視性和可操作性要求高。當(dāng)用戶置身于儺文化的場景中，打開相應(yīng)手機APP，使用手機內(nèi)置攝像裝置，采集真實場景，觸發(fā)增強現(xiàn)實技術(shù)的儺文化應(yīng)用模塊，并通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向遠程云服務(wù)器提交數(shù)據(jù)，實施特征比對，發(fā)出渲染虛擬對象的請求；渲染引擎調(diào)用虛擬信息，通過計算、提取，得到虛擬對象并推送至渲染工具窗口，渲染工具完成虛擬對象的渲染顯示，虛擬對象與真實場景實時融合，形成增強現(xiàn)實場景（如圖3所示）。

應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)開展儺文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護，既要提升用戶體驗，又不能操作太復(fù)雜，讓用戶產(chǎn)生畏難情緒。增強現(xiàn)實系統(tǒng)客戶端操作要盡量簡單、響應(yīng)及時，而這就需要強大的后臺技術(shù)支持。服務(wù)器端運用云存儲服務(wù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、跟蹤注冊技術(shù)、虛擬場景繪制與渲染技術(shù)、人機交互技術(shù)、顯示技術(shù)等。要實現(xiàn)功能有：采集后目標(biāo)圖像的識別并跟蹤、三維注冊、虛擬景象與現(xiàn)實的疊加、終端設(shè)備實現(xiàn)虛實融合以及人機實時交互等[10]。

圖3 基于AR技術(shù)的儺文化保護工作流程

4 增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于儺文化的保護路徑

基于技術(shù)路線和工作流程的分析，利用增強現(xiàn)實技術(shù)優(yōu)化儺文化的保護路徑，可以從以下幾方面著手：

（1）真實的舞臺與虛擬的影像。即在真實的舞臺上用虛擬的影像實現(xiàn)虛實結(jié)合的效果。在儺舞、儺戲的表演中，人與神靈對話的場面，往往是表演者通過大幅度的肢體動作來實現(xiàn)，觀眾自行腦補才能形成想象，沒有深入的了解和興趣，很難有共鳴，不利于人們的理解和欣賞。而利用增強現(xiàn)實技術(shù)，可以將原本不可見的神靈幽冥、虛擬場景等，通過三維建模及顯示技術(shù)塑造呈現(xiàn)出來，并根據(jù)劇情和觀眾的需求，自然地實現(xiàn)人機交互，實現(xiàn)虛實互動，達到極具感染力的舞臺效果。

（2）虛擬的舞臺與虛擬的影像。完全通過信息技術(shù)實現(xiàn)儺文化的再現(xiàn)，剔除儺文化表演必須要有真實的舞臺這一必要條件。傳統(tǒng)意義上，儺舞儺戲均依賴于真實的演員在鄉(xiāng)村真實的舞臺或者空間進行，從而制約了儺文化的參與性和傳播性。而利用三維建模技術(shù)、三維動畫技術(shù)、運動捕捉技術(shù)和成像技術(shù)，將儺文化表演者制作成動漫角色，就可以擺脫舞臺的限制，在任何時間任何地點開展，這將對儺文化的傳承產(chǎn)生深遠的影響。

（3）及時準(zhǔn)確的信息推送。移動注冊技術(shù)作為增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)，近幾年發(fā)展迅猛，為信息的準(zhǔn)確推送和移動增強提供技術(shù)支持。根據(jù)移動設(shè)備的位置和對準(zhǔn)的物體，自動向服務(wù)器發(fā)出請求，在真實場景疊加相關(guān)虛擬對象。同時根據(jù)用戶對特定物體的停留超過一定時間（例如1分鐘），利用增強現(xiàn)實的人機交互技術(shù)和3D注冊技術(shù)，將服務(wù)器端關(guān)于目標(biāo)物體的視頻、文字、圖片等信息實時傳送，并準(zhǔn)確推送觀眾感興趣的儺面具、儺戲服等實物的具體介紹和三維信息，促使欣賞者快速、準(zhǔn)確、深入了解儺文化，激發(fā)傳承和保護儺文化的激情和興趣。

（4）儺文化數(shù)據(jù)庫的更新完善。儺文化經(jīng)過近幾年政府及民間組織的多方面救護，已經(jīng)具備一定的數(shù)字化資源，但大部分資源僅限于文字和圖片，缺乏現(xiàn)代人需求的三維元素和虛擬化。利用現(xiàn)代數(shù)字媒體技術(shù)，比如3D建模、SDK和Unity 3D等，開發(fā)儺文化虛擬演員和虛擬物品，既是對現(xiàn)有儺文化的物品的保護，又豐富了儺文化的表現(xiàn)形式，同時也是增強現(xiàn)實技術(shù)中實時顯示的重要數(shù)據(jù)來源。

（5）儺文化與池州旅游融合發(fā)展。儺文化作為第一批非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，若與池州的優(yōu)勢資源九華山佛教文化、池州生態(tài)旅游文化，大健康產(chǎn)業(yè)等相結(jié)合，可形成自我良性發(fā)展，并成為獨具特色的文化想象，增加池州旅游的內(nèi)涵式建設(shè)。結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)，打造儺文化廣場，儺文化博物館，融入現(xiàn)代化數(shù)字媒體技術(shù)，強化儺文化內(nèi)涵的展示，加深對儺文化的了解，實施產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

（6）開發(fā)儺文化旅游用品。打造微型儺面具、儺戲服、儺劇本等多種文化旅游用品，并將每一樣用品都賦予詳細的解釋和增強現(xiàn)實標(biāo)記，利用增強現(xiàn)實的移動注冊技術(shù)，讓游客即使脫離儺文化廣場、儺文化博物館和現(xiàn)實表演的舞臺，回到平時生活中，只要移動設(shè)備對準(zhǔn)，依然可以獲得這些旅游用品的詳細信息和相關(guān)儺文化的知識，賦予文化內(nèi)涵，而不再僅僅是個擺設(shè)，隨時隨地傳播儺文化。

5 小結(jié)

本文在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，分析了儺文化的保護現(xiàn)狀和發(fā)展困境，基于增強現(xiàn)實技術(shù)提出了儺文化數(shù)字化保護的技術(shù)路線、工作流程和保護路徑，結(jié)合AR關(guān)鍵技術(shù)開展圖像采集、識別跟蹤、三維注冊，實現(xiàn)虛實融合；最后得出儺文化數(shù)字化保護要與增強現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，依托池州本土化優(yōu)質(zhì)的旅游資源，深挖儺文化亮點和特色，使儺文化以全新的面貌呈現(xiàn)、記載和傳承。