金良 薄龍偉 宋利良侍 吳健 俞天秀

內(nèi)容摘要：敦煌研究院經(jīng)過多年探索和潛心研究，運(yùn)用攝影和計(jì)算機(jī)等技術(shù)保護(hù)手段，保存和重現(xiàn)莫高窟壁畫、彩塑等文物的數(shù)字信息，形成了大量的數(shù)字成果，通過對(duì)外展覽展示的形式呈現(xiàn)給各地的觀眾。然而目前莫高窟的展覽方式缺乏互動(dòng)性與趣味性，另外受到展覽周期與空間的限制，在展覽過程中無法完整展示文物的相關(guān)信息，在參觀過程中大眾都是被動(dòng)接受，參與性不足。所以設(shè)計(jì)一套具有生動(dòng)性、趣味性、互動(dòng)性的展示系統(tǒng)，在展示莫高窟文物、更好地傳承莫高窟文化方面具有重要意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;展示系統(tǒng);互動(dòng)體驗(yàn)

中圖分類號(hào)：K854.3;K870.6? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1000-4106（2021）04-0133-09

Abstract：After years of intensive research and exploration， photography and computer technologies are now being used by the Dunhuang Academy to protect， preserve， and reproduce the murals， painted statues， and other cultural relics in the Mogao caves. A great amount of digital information has been preserved， much of which is open to the public in the form of exhibitions. There are many shortcomings in the traditional， physical Mogao cave exhibitions that were previously available， however， chief among which was a lack of interaction and organization. Furthermore， limitations on exhibition cycles and spaces severely limited the amount of information that could be displayed about the exhibition items. Generally speaking， the information of the exhibitions is conveyed in a way that forces visitors to be passive observers of the cultural relics in the caves. In consideration of the previous state of these exhibitions， this research believes that designing a set of well-organized， scientific， and interactive display systems is essential to better displaying the cultural relics of Mogao.

Keywords：Digitization; display system; interactive experience

0 前 言

莫高窟的壁畫和彩塑歷經(jīng)千余年自然因素和人為因素的破壞，已經(jīng)存在不同程度的病害，游客數(shù)量的持續(xù)增加也給莫高窟帶來了巨大的壓力和挑戰(zhàn)。如何在保護(hù)文物的同時(shí)向觀眾呈現(xiàn)莫高窟的石窟藝術(shù)與歷史文化，使觀眾能與莫高窟進(jìn)行全方位、近距離的“親密接觸”，將是我們急需解決的問題。本系統(tǒng)借助AR/VR技術(shù)，集成莫高窟第249窟現(xiàn)有的數(shù)字化成果，搭建一套可移動(dòng)的互動(dòng)體驗(yàn)系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有趣味互動(dòng)性，沉浸感強(qiáng);可以解除時(shí)空的束縛，身臨其境地感受莫高窟第249窟豐富的人文藝術(shù)，讓觀眾了解敦煌的歷史文化與魅力;同時(shí)可減少人為因素的影響，更好地保護(hù)敦煌莫高窟的文物，通過在各地舉辦的展覽，把不可移動(dòng)的文物“搬”出莫高窟，讓觀眾可視、可聽、可感地體驗(yàn)敦煌藝術(shù)[1]。

莫高窟傳統(tǒng)展覽通常采用陳列的方式把臨摹作品或數(shù)字化成果展示出來（圖1）。參觀過程中觀眾只能通過文字介紹或現(xiàn)場(chǎng)講解等方式被動(dòng)地接受，展品信息的傳遞是單向的，從而造成觀眾的主動(dòng)參與性不足。另外，由于自然和人為因素，很多珍貴的文物產(chǎn)生了“病變”或遭到不同程度的破壞，需要在特定的環(huán)境中展出。因此，借助AR/VR以及多媒體等數(shù)字技術(shù)，使不可移動(dòng)的文物“活”起來，用文物模型代替珍貴的實(shí)體文物并呈現(xiàn)給大眾。在展覽過程中，廣泛地應(yīng)用AR/VR以及多媒體等數(shù)字技術(shù)，豐富展示手段，使展覽更加具有生動(dòng)性和互動(dòng)性，在參觀過程中調(diào)動(dòng)觀眾的積極性，增強(qiáng)觀眾對(duì)展覽內(nèi)容的了解，因此具有重要的意義[2]。

1 國內(nèi)外研究綜述

上世紀(jì)90年代初期，歐洲一些博物館便開始用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展文物的展示活動(dòng)，例如盧浮宮博物館、普拉多博物館。這種展示模式不但可以妥善解決博物館空間有限的問題，同時(shí)還可以將文物的信息詳細(xì)展出，使觀眾更加深入、全面地了解文物歷史，強(qiáng)化展示的趣味性及互動(dòng)性。

由于各方面因素的影響，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展的時(shí)間相對(duì)較短，但是最近幾年國內(nèi)諸多企業(yè)以及科研單位開始高度重視虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并大力推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。1990年“863計(jì)劃”把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展納入其中，近幾年虛擬平臺(tái)互動(dòng)展示被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，例如醫(yī)學(xué)、教育、新媒體等，均取得了較為突出的應(yīng)用效果。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本系統(tǒng)將設(shè)計(jì)一個(gè)用第249窟洞窟模型代替實(shí)體洞窟的交互平臺(tái)。展覽過程中用戶可在預(yù)先劃定好的體驗(yàn)區(qū)域內(nèi)任意移動(dòng)，操作交互手柄查看第249窟的詳細(xì)信息并與洞窟模型互動(dòng)，身臨其境地感受石窟氛圍，其他觀眾可觀看投影屏幕來了解展覽內(nèi)容。

2.2 總體架構(gòu)

結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)以及展覽需求，設(shè)計(jì)第249窟VR展示系統(tǒng)的總體架構(gòu)。主要包括體感交互設(shè)備、展覽系統(tǒng)軟件和存儲(chǔ)服務(wù)器。

體感交互設(shè)備與系統(tǒng)軟件通信，在運(yùn)行過程中對(duì)用戶的行為、用戶的空間位置等信息進(jìn)行采集;展覽系統(tǒng)軟件對(duì)體感交互設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)控制，同時(shí)整理分析設(shè)備所采集的信息數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際需求形成相應(yīng)的操作指令;存儲(chǔ)服務(wù)器主要包括兩種類型：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器。

2.3 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)借助體感交互設(shè)備來獲取用戶的空間位置，對(duì)用戶的動(dòng)作進(jìn)行快速采集。系統(tǒng)軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)用戶所做出動(dòng)作的含義進(jìn)行快速識(shí)別，然后進(jìn)行邏輯處理，并發(fā)送指令將其映射在文物模型上，文物模型將會(huì)根據(jù)接受到的指令進(jìn)行變換。

2.3.1 功能需求分析

本系統(tǒng)最重要的是要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對(duì)用戶行為進(jìn)行快速識(shí)別，然后才可以更快地響應(yīng)用戶操作，確保用戶獲得較為理想的體驗(yàn)效果。對(duì)上述需求，系統(tǒng)要通過體感交互設(shè)備才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶影像、動(dòng)作進(jìn)行快速采集的目的，并對(duì)人體所作出的一系列動(dòng)作進(jìn)行跟蹤，構(gòu)建一個(gè)合理完善的交互界面，同時(shí)分析、處理、存儲(chǔ)用戶信息。因此，本系統(tǒng)軟件應(yīng)具備以下功能：

1. 顯示功能

主要作用是把體感設(shè)備識(shí)別出的圖像真實(shí)、清晰、快速地顯示出來。本系統(tǒng)即把第249窟內(nèi)部的場(chǎng)景與用戶的動(dòng)作全部展現(xiàn)，顯示效果與用戶的交互體驗(yàn)感存在直接關(guān)聯(lián)。

2. 交互功能

主要作用是提供交互界面供用戶選擇，用戶操作交互手柄選取感興趣的文物模型進(jìn)行參觀、瀏覽。

3. 動(dòng)作識(shí)別功能

本系統(tǒng)的“動(dòng)作” 并非表達(dá)想法或闡述具體問題，而是傳輸一些簡(jiǎn)單的指令信息，主要是體感交互設(shè)備對(duì)文物模型進(jìn)行控制的操作指令。

4. 文物模型控制功能

文物模型控制功能會(huì)響應(yīng)操作指令，例如文物模型會(huì)隨著參觀者的動(dòng)作進(jìn)行移動(dòng)、變換等。

2.3.2 性能需求分析

為確保系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性與穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要在滿足功能需求的前提條件下，嚴(yán)格規(guī)定其性能需求。主要包括下列五個(gè)方面：

運(yùn)行性能：通常情況下本系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景為科技館、博物館等，此類場(chǎng)所人流量較大，所以系統(tǒng)軟件需具備較快的響應(yīng)速度。按照所展示的具體內(nèi)容，讀取速度應(yīng)當(dāng)在2秒之內(nèi)，運(yùn)行過程中資源消耗量要降到最低。

穩(wěn)定性：系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要持續(xù)為觀眾提供展示服務(wù)，為了提高服務(wù)質(zhì)量、確保時(shí)效性，系統(tǒng)必須保持長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)具備較強(qiáng)的異常處理能力。

安全性：在文物信息存儲(chǔ)方面要確保安全性，本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫備份，保證數(shù)據(jù)的安全。

易用性：本系統(tǒng)在應(yīng)用中需考慮各年齡段的用戶，為了讓所有人都能夠熟練使用系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程時(shí)要遵循人性化設(shè)計(jì)的原則，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行合理化編排。

擴(kuò)展性：為了更好地滿足各種場(chǎng)景的展示需求，同時(shí)方便系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)展，系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留易擴(kuò)展的功能接口。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

開發(fā)系統(tǒng)軟件時(shí)，要對(duì)系統(tǒng)軟件的總體方案進(jìn)行合理規(guī)劃，為系統(tǒng)提供安全、穩(wěn)定的架構(gòu)。本小節(jié)主要對(duì)以下兩方面內(nèi)容進(jìn)行闡述。

2.4.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求和性能需求分析，可把系統(tǒng)細(xì)化為三層：一是用戶層，二是數(shù)據(jù)處理層，三是采集層。下圖（圖2）詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的總體架構(gòu)。用戶界面層的主要作用是對(duì)用戶需求進(jìn)行分析，為其提供相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，并提示用戶不同操作的具體狀態(tài);數(shù)據(jù)處理層的主要作用是分析體感設(shè)備采集的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)采集層的主要作用是對(duì)用戶位置信息進(jìn)行快速采集與定位[3]。

1. 用戶界面層

主要作用是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，為用戶的各種操作行為提供詳細(xì)、真實(shí)、全面的信息數(shù)據(jù)，內(nèi)部包含多個(gè)部分，如UI交互、影像顯示、模型變換等。

（1）UI交互

本系統(tǒng)軟件的人機(jī)交互與傳統(tǒng)人機(jī)交互之間存在較大差異，傳統(tǒng)人機(jī)交互主要是用鍵盤或鼠標(biāo)響應(yīng)用戶的操作。本系統(tǒng)是利用用戶位移、手部交互等方式對(duì)系統(tǒng)軟件界面進(jìn)行操作處理，當(dāng)成功識(shí)別用戶的行為后，軟件將會(huì)快速響應(yīng)用戶的一系列操作行為。

（2）影像顯示

系統(tǒng)軟件讀取數(shù)據(jù)后，把第249窟的洞窟模型展示在界面上，用文物模型取代實(shí)體文物增強(qiáng)互動(dòng)性，提升用戶的體驗(yàn)感。

（3）模型變換

主要包括模型的移動(dòng)、隱藏等功能，可提升參觀活動(dòng)的趣味性，使用戶在參觀過程中具備較強(qiáng)的參與感，實(shí)現(xiàn)與文物模型進(jìn)行交流互動(dòng)的目的[4]。

2. 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層主要包括兩方面內(nèi)容，一是動(dòng)作識(shí)別;二是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。主要作用是快速處理、傳輸數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。

（1）動(dòng)作識(shí)別

數(shù)據(jù)處理層會(huì)對(duì)體感交互設(shè)備采集的所有信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，然后結(jié)合實(shí)際情況把用戶從原本的圖像中單獨(dú)分割出來，再通過Graham掃描算法提取用戶凸包，根據(jù)動(dòng)作操作協(xié)議，生成操作命令。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

其主要作用是存儲(chǔ)與備份文物信息、模型位置、用戶交互信息等。

3. 數(shù)據(jù)采集層

系統(tǒng)軟件在運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)采集層發(fā)揮著不可替代的作用，處在軟件結(jié)構(gòu)的最下層，主要作用是實(shí)現(xiàn)用戶坐標(biāo)數(shù)據(jù)的采集、定位并傳輸至處理層。

2.4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

下圖詳細(xì)展示了數(shù)據(jù)流程（圖3），其中用戶與文件服務(wù)器為外部實(shí)體，P1為體感設(shè)備的數(shù)據(jù)處理，主要處理F1交互動(dòng)作數(shù)據(jù)與F2位置信息數(shù)據(jù)，生成D1交互數(shù)據(jù)與D2位置信息數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)發(fā)送給P4并將P4的處理數(shù)據(jù)通過F3返回至用戶并在界面顯示。

3 系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)

為確保系統(tǒng)的各個(gè)模塊均可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循模塊化設(shè)計(jì)的基本思想，把軟件細(xì)化為不同模塊，如識(shí)別模塊、顯示模塊、模型控制模塊等，不同模塊之間進(jìn)行有效協(xié)作，形成一套合理、完善的文物模型互動(dòng)展示軟件。下圖為軟件模塊詳情（圖4）。

3.1 顯示模塊

用戶通過顯示模塊融入到洞窟模型中，因此顯示質(zhì)量將會(huì)對(duì)用戶的操作體驗(yàn)產(chǎn)生直接影響。顯示模塊主要利用體感交互設(shè)備對(duì)用戶的空間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集，獲取場(chǎng)景中的用戶動(dòng)作，然后通過文物存儲(chǔ)模塊讀取文物模型，進(jìn)行虛實(shí)融合，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果的目的（圖5）。

體感設(shè)備獲取第249窟場(chǎng)景的影像與文物模型信息實(shí)時(shí)疊加，進(jìn)而形成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的影像，最后將文物模型信息進(jìn)行渲染，呈現(xiàn)到顯示器上。使用戶能夠切身體驗(yàn)真實(shí)的第249窟場(chǎng)景與虛擬信息交相輝映的生動(dòng)效果。

3.2 交互模塊

為確保用戶與軟件之間實(shí)現(xiàn)深度交流，系統(tǒng)在交互模塊中設(shè)計(jì)了交互按鈕和文物列表選項(xiàng)。交互按鈕包括菜單按鈕、返回按鈕等。文物列表包括一系列動(dòng)畫，能夠?qū)崿F(xiàn)漸入漸出的整體效果，用戶交互體驗(yàn)得到顯著提升。結(jié)合體感設(shè)備所具備的特點(diǎn)，把三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入，借助系統(tǒng)軟件進(jìn)行快速處理，取代鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)隔空響應(yīng)功能。

交互按鈕共包括三種不同的狀態(tài)，即經(jīng)過、按下、離開，能夠避免意外觸碰而引發(fā)的問題。當(dāng)用戶與平臺(tái)進(jìn)行交互時(shí)，其具體過程為：通過體感交互設(shè)備獲取用戶的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后用交互手柄控制虛擬光束去激活交互圖標(biāo)。如果虛擬光束未處于交互范圍之內(nèi)，交互圖標(biāo)將不會(huì)響應(yīng)操作;如進(jìn)入交互按鈕區(qū)域，交互圖標(biāo)將會(huì)發(fā)亮提示用戶進(jìn)行操作;如果虛擬光束離開按鈕區(qū)域，那么交互按鈕將會(huì)發(fā)生變化，即恢復(fù)至初始狀態(tài)。通過移動(dòng)虛擬光束用戶可選擇自己感興趣的文物模型（圖6）。

交互按鈕被觸發(fā)后，顯示模塊就會(huì)響應(yīng)動(dòng)作，即把與之相對(duì)應(yīng)的文物模型呈現(xiàn)在界面上（圖7）。

3.3 動(dòng)作識(shí)別模塊

主要作用是對(duì)用戶的動(dòng)作進(jìn)行快速識(shí)別，成功之后將會(huì)把相應(yīng)的指令發(fā)送至文物控制模塊，對(duì)文物模型變換進(jìn)行快速處理。本系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，共設(shè)計(jì)了四種不同的動(dòng)作協(xié)議（表1）。若用戶所做出的動(dòng)作不在這四種動(dòng)作協(xié)議范圍之內(nèi)，那么識(shí)別模塊就不會(huì)做出響應(yīng)。

3.4 文物控制模塊

根據(jù)用戶不同的動(dòng)作，系統(tǒng)對(duì)文物模型變換過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，并制定詳細(xì)、完善的操作協(xié)議（表2）。若用戶所做出的動(dòng)作不在這三種動(dòng)作協(xié)議范圍內(nèi)，那么識(shí)別模塊將不會(huì)做出響應(yīng)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

依據(jù)現(xiàn)有條件和設(shè)備，構(gòu)建合理完善、安全穩(wěn)定的系統(tǒng)軟件平臺(tái)，主要包括：顯示器、體感交互設(shè)備、數(shù)據(jù)庫等。同時(shí)還必須依托于相關(guān)硬件，下表（表3）詳細(xì)列出了軟件的運(yùn)行環(huán)境。

軟件運(yùn)行前必須進(jìn)行一定的準(zhǔn)備工作，具體內(nèi)容包括下列兩個(gè)方面：對(duì)體感交互設(shè)備、PC端等各個(gè)方面進(jìn)行全面檢查，判定是否存在異常狀況;運(yùn)行軟件系統(tǒng)，檢查體感設(shè)備的指示燈是否處于正常工作狀態(tài)。

4.1 功能實(shí)現(xiàn)

4.1.1 顯示界面

用體感交互設(shè)備采集用戶動(dòng)作，顯示模塊讀取第249窟的3D模型并在界面顯示。用戶通過移動(dòng)頭部和手部的動(dòng)作來模擬真實(shí)環(huán)境下的位置變化，查看不同位置、不同角度下文物模型的細(xì)節(jié)。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶調(diào)用的洞窟模型從服務(wù)器選擇模型文件生成主界面，并根據(jù)用戶位置信息實(shí)時(shí)顯示模型（圖8）。

4.1.2? 交互功能

當(dāng)用戶站在定位器之間，設(shè)備啟動(dòng)紅外定位器，系統(tǒng)可以采集用戶的手柄以及頭部移動(dòng)的坐標(biāo)，通過定位器的位置判斷，將移動(dòng)空間的數(shù)據(jù)傳輸給軟件處理并顯示在界面上，最后通過軟件界面查看采集到的視頻流。

通過上述動(dòng)作采集，體感交互設(shè)備跟蹤和定位用戶的動(dòng)作，把用戶的坐標(biāo)數(shù)據(jù)直接傳輸至交互模塊，再對(duì)其坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將結(jié)果直接賦值于虛擬光束，此時(shí)用戶的手發(fā)生移動(dòng)，那么虛擬光束會(huì)處于高亮狀態(tài)（圖9a）。當(dāng)用戶將虛擬光束離開當(dāng)前界面，虛擬光束則會(huì)取消高亮狀態(tài)（圖9b）。

4.1.3 動(dòng)作識(shí)別功能

根據(jù)本文制定的動(dòng)作，分別為手柄移動(dòng)、點(diǎn)擊按鈕及扣動(dòng)扳機(jī)，通過這三種動(dòng)作，系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的效果反饋。

用戶站在定位器之間，分別做出上述三種動(dòng)作，查看動(dòng)作識(shí)別的效果。動(dòng)作識(shí)別模塊可以識(shí)別出用戶按照文物操作協(xié)議做出的動(dòng)作，如果沒有按照操作協(xié)議做動(dòng)作則識(shí)別失敗。

4.1.4 文物模型控制功能

此模塊功能用來控制文物模型的變換，包括文物模型的移動(dòng)、出現(xiàn)和隱藏。用戶通過動(dòng)作識(shí)別模塊功能向文物控制模塊發(fā)送控制指令，文物模型能夠出現(xiàn)變換。

用戶通過交互手柄選擇一個(gè)文物模型，當(dāng)用戶扣動(dòng)交互手柄的扳機(jī)時(shí)，文物模型會(huì)出現(xiàn)并通過圖像增強(qiáng)顯示出來（圖10）。

4.2 系統(tǒng)測(cè)試

4.2.1 功能測(cè)試

通過實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要功能模塊均已完成且能夠正常運(yùn)行。系統(tǒng)的功能測(cè)試與處理結(jié)果如表（表4）所示。

4.2.2 性能測(cè)試

通過第二節(jié)的分析可知本系統(tǒng)的性能主要包括以下四方面內(nèi)容：

穩(wěn)定性：經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，系統(tǒng)均可以保持正常運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生死機(jī)或者崩潰等問題，穩(wěn)定性能方面符合標(biāo)準(zhǔn)。

運(yùn)行性能：顯示模塊、文物控制模塊是耗時(shí)最高的兩個(gè)部分，通過上一節(jié)的測(cè)試，響應(yīng)速度、運(yùn)行效率均可以滿足相應(yīng)的要求，所以運(yùn)行性能方面符合標(biāo)準(zhǔn)。

安全性：只有工作人員才可以對(duì)文物模型信息、用戶信息等進(jìn)行調(diào)閱查看，安全方面符合標(biāo)準(zhǔn)。

易用性：在應(yīng)用該系統(tǒng)之前，用戶僅需學(xué)習(xí)相應(yīng)的操作規(guī)程便可以熟練操作，所以易用性方面符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.3 軟件實(shí)時(shí)性驗(yàn)證

在對(duì)體感交互效果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，軟件的實(shí)時(shí)性是其最佳的衡量指標(biāo)。對(duì)軟件的實(shí)時(shí)性來講，其主要受到兩個(gè)方面的影響：其一，電腦性能;其二，軟件結(jié)構(gòu)。因此需要對(duì)耗時(shí)較高的功能進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，如文物模型讀取時(shí)間、按鈕觸發(fā)時(shí)間等。

通過測(cè)試，在大部分時(shí)間下CPU的空閑率均在65%以上;文物模型控制模塊、動(dòng)作識(shí)別模塊運(yùn)行時(shí)，CPU負(fù)載雖然會(huì)有所提高，但并不會(huì)對(duì)整個(gè)軟件的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。OBJ模型的大小通常為80M，軟件讀取時(shí)間為2秒左右，并不會(huì)對(duì)用戶交互體驗(yàn)產(chǎn)生影響。此外，文物模型的變換延時(shí)時(shí)間也不會(huì)對(duì)用戶的體驗(yàn)感造成影響，由此可見，軟件的實(shí)時(shí)性也符合標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過上述測(cè)試與分析可知，本系統(tǒng)軟件的各個(gè)模塊功能均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)根據(jù)傳統(tǒng)文物展示方面所存在的不足，結(jié)合實(shí)際需求設(shè)計(jì)莫高窟第249窟VR展示系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試，各功能模塊均滿足要求。但由于本人經(jīng)驗(yàn)不足、能力有限，再加上實(shí)驗(yàn)條件、時(shí)間等因素，本系統(tǒng)仍存在諸多不足，需進(jìn)一步優(yōu)化，不足之處具體體現(xiàn)在下列兩個(gè)方面：

1. 通過該系統(tǒng)，用戶可以與虛擬文物模型進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，對(duì)模型變換過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，但是系統(tǒng)中所包含的文物模型相對(duì)較少。在未來的研究中，可以嘗試通過PhotoScan軟件把文物照片直接傳輸至系統(tǒng)，或者利用3D文物掃描的形式把文物直接轉(zhuǎn)變?yōu)?D模型，如此一來，建模成本、建模時(shí)間將大大降低。

2. 系統(tǒng)應(yīng)用中其可能會(huì)產(chǎn)生諸多問題，如在展示的過程中每次只能一個(gè)用戶體驗(yàn)，參觀人數(shù)較多的時(shí)候用戶必須排隊(duì)。在未來的研究工作中，可以開發(fā)一些以AR技術(shù)為基礎(chǔ)的開發(fā)包，使用戶通過個(gè)人手機(jī)終端便可以實(shí)現(xiàn)與虛擬文物模型互動(dòng)。

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