邱 望，鄔 娜，梁莉菁，姚廷偉

(萍鄉(xiāng)學(xué)院 信息與計算機工程學(xué)院，江西 萍鄉(xiāng) 337000)

儺是一種遠古的原始文化，是中國傳統(tǒng)文化的一個重要組成部分，但如今逐漸被忽略和遺忘。萍鄉(xiāng)儺是中國儺文化中的一部分，保存相對較完整，當?shù)卣疄榱吮Ｗo和宣傳這一傳統(tǒng)文化做了很多的工作，但效果并不理想，因此需要更多有效的方法來保護和傳承儺文化。數(shù)字媒體技術(shù)的迅速發(fā)展使得現(xiàn)實事物能夠以虛擬的形式向用戶展示，并能以較低的成本進行快速傳播，其中的虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)已經(jīng)被運用在很多傳統(tǒng)文化的保護工作中。本文以萍鄉(xiāng)儺文化保護為例，基于儺文化中的儺面具，將AR技術(shù)應(yīng)用在儺文化的保護工作中，采用Maya建模、Unity和Vuforia等技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)萍鄉(xiāng)儺文化展示系統(tǒng)。最后再通過線上進行宣傳和展示，并將其應(yīng)用在萍鄉(xiāng)學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的教學(xué)和實踐中，讓更多人了解儺文化，為其傳承和保護提出一種可行的方案。

1 儺文化保護與增強現(xiàn)實技術(shù)

1.1 萍鄉(xiāng)儺文化遺產(chǎn)的現(xiàn)狀

經(jīng)過漫長的歲月，每個地方都會有當?shù)貍鹘y(tǒng)文化，這些文化往往會留下一些遺產(chǎn)和印記，但由于種種原因，很多傳統(tǒng)文化的大部分內(nèi)容和物質(zhì)組成部分已經(jīng)丟失，只有少部分被保留至今。為了保護和傳承這些文化遺產(chǎn)，各地文化部門都在積極采取各種措施，不斷探索和嘗試新的方法和技術(shù)。贛儺文化始于漢代，以其歷史悠遠，內(nèi)涵豐富，風格迥異，極具特色而成為江西傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的重要組成部分之一[1]，省內(nèi)很多地方都將儺文化的傳承與保護作為一項重要工作。萍鄉(xiāng)儺文化傳承相對較完整，至今仍保留儺舞、儺廟、儺戲和儺面具等，萍鄉(xiāng)湘東儺面具也作為傳統(tǒng)美術(shù)類別于2006年入選第六批全國重點文物保護單位第一批國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)錄，當?shù)叵嚓P(guān)部門也一直在努力地希望將這一傳統(tǒng)文化更好地傳承與發(fā)展下去。政府設(shè)立了萍鄉(xiāng)儺文化博物館、地方特色數(shù)字資源庫進行展覽和宣傳，各學(xué)者也在不斷研究儺文化的特點，提出了發(fā)展文化周邊創(chuàng)意產(chǎn)品[2]、鼓勵文化旅游[3]、促進將儺文化融入藝術(shù)創(chuàng)作[4]等方法。

現(xiàn)實情況卻不容樂觀，萍鄉(xiāng)儺文化的保護與傳承進展緩慢。根據(jù)一項對萍鄉(xiāng)學(xué)院在校大學(xué)生群體的314份調(diào)查問卷結(jié)果顯示，有88%的人不知道或者不了解萍鄉(xiāng)儺文化，93%的人認為有必要采取一些措施保護這種文化，說明當前的保護工作效果并不好。超過70%的人對民間文化藝術(shù)感興趣并表示如果有時間會去看展覽，這說明人們并非對這種文化不感興趣，超過一半的人認為原因在于缺乏宣傳和了解的途徑。因此最關(guān)鍵的問題在于人民群眾對于傳統(tǒng)文化是愿意去了解和接受的，但是缺乏合適途徑去接觸，現(xiàn)有的宣傳方式還有待改進。結(jié)果中，觀看視頻、專家講座、發(fā)放圖冊的效果都不好。31%的人認為效果最好的宣傳方式是“每隔一段時間進行文化展覽”，因為這種方式最為直觀，可以近距離接觸，顯然效果最好。然而現(xiàn)實中的多種因素，如場地限制、缺乏專業(yè)人員、文物運輸不方便、成本高等，導(dǎo)致這種方式無法大量地應(yīng)用到實際中。36%的人認為采用數(shù)字媒體技術(shù)(VR、AR的方式)是一種良好的宣傳方式，說明這也是一種人們接受度較高的方式。計算機硬件和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展為這種方案提供了支持，因此將數(shù)字媒體技術(shù)應(yīng)用在儺文化的保護工作中是完全可行的。另外，很多相關(guān)的研究都是偏向于理論研究，研究結(jié)果的受眾群體不明確，并沒有應(yīng)用在實際的場景中，導(dǎo)致方案雖可行但效果卻不盡人意。本文認為大學(xué)生群體具有高素質(zhì)、可控性、多元性、潛在性和動態(tài)性，如果將儺文化元素應(yīng)用在高校實際的教學(xué)實踐中，會取得更好的效果。(調(diào)查問卷數(shù)據(jù)：https://www.wjx.cn/wxloj/datafullscreen.aspx?activity=106665792)

1.2 增強現(xiàn)實技術(shù)

隨著計算機相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字媒體技術(shù)被越來越多地應(yīng)用在傳統(tǒng)文化的保護上，其中VR和AR技術(shù)尤為顯著。原因在于這種技術(shù)在解決問題的時候，可以不需要對實際的事物進行操作，只需要生成相應(yīng)的方案模型，相關(guān)領(lǐng)域的專家和研究人員就可以根據(jù)生成的模型進行利弊分析，選擇出最佳解決問題的方案，并且在選擇模型時，不會產(chǎn)生實際成本[5]。相較于傳統(tǒng)的平面靜態(tài)展示，VR技術(shù)具有的多感知性和沉浸性特點，能有效地激發(fā)用戶的興趣，提升用戶的體驗度和感知度。但是VR技術(shù)通常適用于虛擬場景的構(gòu)建，要求將目標場景中的關(guān)鍵點變成虛擬場景，然后使用特殊的設(shè)備進行體驗和交互，成本較高，實現(xiàn)也較困難。AR技術(shù)通常只構(gòu)建目標物體的模型，然后通過設(shè)備的顯示器將模型融合在真實場景中，是對現(xiàn)實世界的增強和補充。相較于VR技術(shù)，AR技術(shù)具有實現(xiàn)簡單、成本低等優(yōu)點。

本文基于儺文化中的儺面具，應(yīng)著重進行物體特征的表現(xiàn)，使用AR技術(shù)使開發(fā)者可以專注面具模型的制作，而不必花費大量時間制作虛擬的場景，用戶也只需要用智能手機即可隨時查看，十分靈活便捷。開發(fā)主要的步驟包括3D建模，軟件框架搭建和具體功能實現(xiàn)。由于儺面具的體型較小，建模時要求3D模型盡可能得精確，采用Maya軟件，具有功能完善、效率高、渲染真實等特點，制作出來的模型精細程度高，效果好。軟件開發(fā)平臺則采用Unity，實現(xiàn)界面UI、場景構(gòu)建、音頻效果、AR識別和交互功能。AR識別功能基于Vuforia SDK進行開發(fā)，該SDK提供了完善的AR功能，具有良好的跨平臺性和兼容性，兼容當前主流的PC，Android，iOS平臺。Vuforia與Unity之間可以進行快速地導(dǎo)入和導(dǎo)出，只要在Vuforia的云端上傳了虛擬模型就可以在Unity中進行快速開發(fā)。

2 建立儺面具的3D模型

建立儺面具的3D模型，主要包括建模、雕刻和渲染等步驟。

建模是依據(jù)實物繪制的原畫效果，在Maya中使用多邊形建模技術(shù)制作出低模，該模型應(yīng)能表現(xiàn)出物體的形狀、輪廓和比例等基本特征。儺面具形象細節(jié)豐富，不同形象的面具在建模時需要注意的細節(jié)也不同。以“猴王”面具為例，頭頂有4只姿態(tài)各異的小猴子，可以先找到共同點，建立模板，然后調(diào)整出不同的形態(tài)。帽子部分有很多凹痕，眼睛、耳朵、鼻子周邊也有各種細節(jié)，這些細節(jié)可以先不用表現(xiàn)，只需要建立出多邊形模型，在之后的雕刻中再來刻畫細節(jié)。Maya中建立“猴王”面具的低模如圖1所示：

圖1 “猴王”面具的基礎(chǔ)模型

低模的面數(shù)較少，較為粗糙，為了提高精度，需要進行雕刻[6]。在ZBrush中，通過雕刻低?？梢员憩F(xiàn)面具的各個細節(jié)，使之成為高精度的高模，但也會導(dǎo)致模型面數(shù)和文件大小急劇增加，以致渲染難度大，也不適合在Unity中使用。可以導(dǎo)出雕刻后的法線貼圖，將貼圖附在基礎(chǔ)模型上，這樣就可以在體積小、面數(shù)少的模型上顯示類似雕刻后的精細效果。雕刻后的面具模型如圖2所示：

圖2 雕刻后的“猴王”面具模型

完成雕刻后，需要為模型的不同部位賦予不同材質(zhì)球，例如毛發(fā)、斑點通常賦予Anistropic材質(zhì)，而皮膚則賦予Blinn材質(zhì)。在Keyshot進行賦予材質(zhì)和渲染，在編輯器中可以對各種材質(zhì)球的屬性進行編輯，得到更為逼真的質(zhì)感。由于面具的實體是木質(zhì)的，因此為模型賦予木紋材質(zhì)。再加上燈光之后進行渲染，效果如圖3所示：

圖3 “猴王”面具渲染效果

完成以上步驟，將模型導(dǎo)出為fbx文件，導(dǎo)入到Unity中即可使用。

3 軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

本文將實現(xiàn)一款基于移動端(Android)的儺面具展示軟件，在設(shè)計時應(yīng)考慮如下的一些要素：軟件在UI設(shè)計時，應(yīng)當遵從界面美觀、布局簡潔、對用戶友好的原則。首頁中的元素和內(nèi)容應(yīng)當能夠直接凸顯主題，應(yīng)將軟件中最重要、最常用的功能和入口放在關(guān)鍵位置。AR識別是本軟件最核心的功能，需保證較好的顯示效果和較高的識別率。除此之外還應(yīng)當加上一些交互功能[7]，包括模型的旋轉(zhuǎn)、放大縮小等。同時，本軟件還加入了語音介紹功能，通過音頻的方式來介紹儺面具的故事和文化背景。

3.1 主要功能實現(xiàn)

3.1.1首頁

在Unity中創(chuàng)建Index.scene場景作為App的首頁，放置Canvas組件，用于添加所有的UI組件，包括主背景圖、幫助、開始識別和退出按鈕。首頁效果如圖4所示：

圖4 App首頁

其中，“幫助”按鈕用于彈出幫助界面，包括儺文化的概況、App的操作方式。使用一個Panel組件(Help)，默認是隱藏的，點擊“幫助”按鈕時顯示，點擊“關(guān)閉”按鈕時隱藏，如圖5所示。“開始識別”按鈕用于跳轉(zhuǎn)到AR識別功能場景(ARScene.scene)，“退出”按鈕用于關(guān)閉程序。實現(xiàn)這些功能的步驟主要包括：首先創(chuàng)建一個空的GameObject，命名為MenuController。然后在Button組件中添加點擊事件，將MenuController拖入On Click()面板中，選擇對應(yīng)的方法。這些功能對應(yīng)的C#代碼分別如下：

圖5 幫助界面

//退出App

public void ApplicationQuit()

{ Application.Quit();}

//返回首頁

public void ReturnMenu()

{SceneManager.LoadScene("Index");}

//開始AR識別

public void OnStart()

{SceneManager.LoadScene("ARScene");}

//打開幫助面板

public void OpenHelp()

{

GameObject parentObj=GameObject.Find("Canvas");

GameObject child=parentObj.transform.Find("Help").gameObject;

child.SetActive(true);

}

//關(guān)閉幫助面板

public void CloseHelp()

{

GameObject parentObj=GameObject.Find("Canvas");

GameObject child = parentObj.transform.Find("Help").gameObject;

child.SetActive(false);

}

通過以上方法就能實現(xiàn)App中的各點擊和跳轉(zhuǎn)功能，之后ARScene場景中的各按鈕也是采用類似的方式進行實現(xiàn)。

3.1.2AR識別

創(chuàng)建ARScene.scene場景用于AR識別，其中最關(guān)鍵的組件是Vuforia Engine中的AR Camera組件，AR Camera是Vuforia引擎封裝好的一個組件，其中除了掛載Camera、Audio Listener之外，還加上了Vuforia Behaviour控制器，在運行程序時該組件會調(diào)用設(shè)備的攝像頭，根據(jù)攝像頭的場景和物體控制AR模型的顯示以及其他組件的調(diào)用[8]。

在加入AR Camera組件后，需要配置Vuforia Behaviour，作用是導(dǎo)入AR數(shù)據(jù)庫。主要步驟為：

(1)注冊/登錄Vuforia開發(fā)者平臺(developer.vuforia.com)，創(chuàng)建開發(fā)密鑰(license key)，完成后將其添加到Vuforia Behaviour配置中。配置完成即可在本程序中使用該賬號下所有的數(shù)據(jù)庫。

(2)在網(wǎng)站中添加數(shù)據(jù)庫(Add Database)，添加目標圖像(Add Target)，將需要識別的圖片上傳。上傳之后Vuforia會根據(jù)圖片的特征點和對比度進行評分，評分越高越容易被識別，因此應(yīng)盡量保證圖片具有較多的特征點。

(3)當Vuforia接受了上傳的圖片之后，即可在Unity的項目中使用該圖片作為識別點。在場景中新建Vuforia Engine/Image，會生成一個AR目標圖ImageTarget組件，然后在該組件的Image Target Behaviour選擇數(shù)據(jù)庫中需要識別的某張圖片。

(4)將構(gòu)建好的儺面具3D模型放在ImageTarget組件下，調(diào)整其大小和位置。該模型將在攝像頭掃描到目標圖片時顯示，在攝像頭離開目標圖片時隱藏，由此實現(xiàn)AR識別的功能。

3.1.3交互功能

交互功能主要包括模型的旋轉(zhuǎn)、縮放和語音介紹[9]。旋轉(zhuǎn)功能會在單手指左右滑動屏幕時觸發(fā)，模型將會以自身的z軸進行旋轉(zhuǎn)。由于模型的旋轉(zhuǎn)是實時變化的，因此需要將旋轉(zhuǎn)功能放在Update()函數(shù)中，關(guān)鍵代碼如下：

//沒有觸碰

if (Input.touchCount<=0)

{return;}

//單點觸碰，水平旋轉(zhuǎn)

if (1== Input.touchCount)

{

Touch touch=Input.GetTouch(0);

Vector2 deltaPos=touch.deltaPosition;

this.transform.Rotate(-Vector3.up * deltaPos.x/2,Space.Self);

}

縮放功能則會在雙手指觸碰屏幕時觸發(fā)，根據(jù)兩個觸碰點的距離變化來判斷是縮小還是放大。與旋轉(zhuǎn)一樣，該功能也應(yīng)該放在Update()函數(shù)中，關(guān)鍵代碼如下：

//多點觸摸, 放大縮小

Touch newTouch1=Input.GetTouch(0);

Touch newTouch2=Input.GetTouch(1);

//第2點剛開始接觸屏幕, 只記錄，不作處理

if (newTouch2.phase==TouchPhase.Began)

{

oldTouch2=newTouch2;

oldTouch1=newTouch1;

return;

}

//計算舊的兩點距離和新的兩點間距離，距離變大時放大模型，變小時縮小模型

float oldDistance=Vector2.Distance(oldTouch1.position,oldTouch2.position);

float newDistance=Vector2.Distance(newTouch1.position,newTouch2.position);

//兩個距離之差，為正表示放大手勢， 為負表示縮小手勢

float offset=newDistance-oldDistance;

//放大因子，1個像素按 0.001倍來算(倍數(shù)可調(diào)整)

float scaleFactor=offset/1000f;

Vector3 localScale=this.transform.localScale;

Vector3 scale=new Vector3(localScale.x+scaleFactor,localScale.y+scaleFactor,localScale.z+scaleFactor);

//最小縮放到 0.01 倍

if (scale.x>0.01f && scale.y>0.01f && scale.z>0.01f)

this.transform.localScale=scale;

//記住最新的觸摸點，下次使用

oldTouch1=newTouch1;

oldTouch2=newTouch2;

語音介紹功能是指，當成功識別顯示3D模型時，同步播放介紹音頻，失去目標時隱藏3D模型同時暫停播放音頻。在Image Target上添加Audio Source組件，選擇對應(yīng)的語音介紹源音頻，在追蹤顯示腳本(DefaultTrackableEventHandler.cs)中控制音頻的播放，關(guān)鍵代碼如下：

public AudioSource audio;

//識別成功時播放音頻

protected virtual void OnTrackingFound()

{

if (!audio.isPlaying)

{

audio.Play();

}

}

//丟失目標時暫停音頻

protected virtual void OnTrackingLost()

{

if (audio.isPlaying)

{

audio.Pause();

}

}

3.2 實現(xiàn)效果及實際應(yīng)用

完成調(diào)試和開發(fā)之后，在Unity中將項目打包為apk安裝包，即可在手機上進行安裝和使用。該App可以識別各類圖像源，包括實體面具、電子圖像、真實照片等等，但是需要注意光線和對比度，當對比度低時會較難識別。使用App識別電腦屏幕上的儺面具圖片時，效果如圖6所示：

圖6 AR識別效果

依托萍鄉(xiāng)學(xué)院非物質(zhì)文化遺產(chǎn)研究中心和數(shù)字媒體技術(shù)虛擬仿真平臺，將本文的素材、方法、過程、結(jié)果和App等資源在線上(http://pxh5.com/vr/vrar.html)發(fā)布，所有人都可以通過該平臺獲取[10]。同時，萍鄉(xiāng)學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)在Maya建模、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等課程中都有以儺文化元素為主題的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，大部分的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對儺文化有了較深入的了解，相關(guān)作品如圖7所示。相信通過這種方式，會有包括大學(xué)生在內(nèi)的更多人了解儺文化，在未來的生活和工作中傳播儺文化，為其保護和傳承提供更多的可能。

圖7 基于儺元素的學(xué)生作品

4 結(jié)論

儺面具是古儺文化的精髓之一，本文在進行萍鄉(xiāng)儺文化的社會認知度調(diào)查后，指出了儺文化保護和傳承中存在的若干問題，認為可以將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在儺文化的保護工作中。主要使用Maya建立3D模型，使用Unity構(gòu)建所需的場景和應(yīng)用，借助Vuforia SDK進行AR識別功能的快速開發(fā)。本文的結(jié)果被應(yīng)用在相關(guān)的教學(xué)和實踐中，切實提升了學(xué)生群體對儺文化的認知，取得了一定的效果。本文的方法也可以應(yīng)用在其他類似的場景和問題中。未來的工作將對相關(guān)軟件和系統(tǒng)的性能進行優(yōu)化，加入更多功能，同時也會不斷尋找更多高效、快捷、低成本的方案，加入到儺文化的保護工作中。