安俊芳
(貴州師范學(xué)院美術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550018)
高速發(fā)展的信息化時(shí)代,傳統(tǒng)手工技藝領(lǐng)域面臨巨大挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的保護(hù)傳承模式已經(jīng)跟不上時(shí)代的腳步。虛擬仿真技術(shù)作為目前世界前沿技術(shù)之一,已經(jīng)在很多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,同時(shí)也為傳統(tǒng)手工藝的搶救提供了新思路。越來(lái)越多學(xué)者意識(shí)到虛擬仿真技術(shù)的傳播優(yōu)勢(shì)、展示優(yōu)勢(shì)和交互優(yōu)勢(shì)。
自20世紀(jì)90年代開始,世界各國(guó)開始將文化遺產(chǎn)資源數(shù)字化項(xiàng)目作為發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)文化信息資源的主要策略。[1]美國(guó)、加拿大、法國(guó)、英國(guó)、意大利、日本等國(guó)家在文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)方面成果較為顯著,并且產(chǎn)生了許多成功案例。美國(guó)于1995年啟動(dòng)由美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館開發(fā)的“美國(guó)記憶”項(xiàng)目,到2001年,“美國(guó)記憶”的90個(gè)資料庫(kù)已上因特網(wǎng)服務(wù),實(shí)現(xiàn)了700萬(wàn)件文件文獻(xiàn)的數(shù)字化。[2]在三維技術(shù)方面,美國(guó)斯坦福大學(xué)實(shí)施了“數(shù)字化米開朗基羅”項(xiàng)目,利用三維掃描技術(shù)將意大利著名雕塑家米開朗基羅的經(jīng)典作品高精度數(shù)字化。[3]加拿大國(guó)家研究委員會(huì)(NRC)開發(fā)了具有高分辨率的3D成像系統(tǒng),這些系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于文化遺產(chǎn)保護(hù)。[4]法國(guó)盧浮宮是第一個(gè)把藏品從展廳搬上網(wǎng)絡(luò)的博物館,現(xiàn)在用戶進(jìn)入盧浮宮官方網(wǎng)頁(yè),就能夠在網(wǎng)上完成3D“虛擬參觀”。[5]1996年發(fā)起的“羅馬重生”項(xiàng)目,來(lái)自意大利、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和英國(guó)的10多名考古學(xué)家參與了該項(xiàng)目,項(xiàng)目主要是利用數(shù)字技術(shù)虛擬重建羅馬古城。[6]這是迄今在數(shù)字化重建歷史古城領(lǐng)域規(guī)模最大的項(xiàng)目。英國(guó)皮特里埃及文物博物館在3D技術(shù)方面走在了文化遺產(chǎn)數(shù)字化的前沿,它的“3D皮特里”項(xiàng)目利用3D掃描技術(shù)和交互技術(shù)與實(shí)際文物相結(jié)合用于展覽。意大利比薩圣安娜大學(xué)創(chuàng)建了一個(gè)3D虛擬交互平臺(tái),展示意大利托斯卡納傳統(tǒng)青銅熔模鑄造工藝。[7]日本文化遺產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)水平走在世界前列,京都大學(xué)一直從事文化遺產(chǎn)數(shù)字化的開發(fā),其超高精度成像系統(tǒng)已被廣泛運(yùn)用于保存重要的文化遺產(chǎn),數(shù)字化采集的對(duì)象有古寺廟、珍貴的雕像、巨幅畫作、古地毯等。[8]
隨著科技的發(fā)展,國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)、博物館、圖書館和高校將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承領(lǐng)域,并取得了一些不錯(cuò)的研究成果。從20世紀(jì)90年代初起,敦煌研究院與國(guó)內(nèi)外多家機(jī)構(gòu)合作,開始了“數(shù)字敦煌”的探索,1998年與美國(guó)合作完成了22個(gè)典型洞窟的資料數(shù)字化,42個(gè)洞窟的“虛擬漫游”。[9]59-602000年故宮博物院與日本凸版印刷株式會(huì)社共同開展故宮數(shù)字化項(xiàng)目,重點(diǎn)研究三維可視化技術(shù)在文物保護(hù)和展示中的應(yīng)用。[10]此外,還有首都博物館建立的信息集成應(yīng)用系統(tǒng),服務(wù)于博物館的展陳、研究、服務(wù)和管理等工作,以及我國(guó)政府支持的國(guó)家數(shù)字圖書館工程。高校也積極參與文化遺產(chǎn)數(shù)字化的保護(hù)工作,如浙江大學(xué)的楚文化編鐘樂舞數(shù)字化研究項(xiàng)目,山東工藝美術(shù)學(xué)院的剪紙數(shù)字化項(xiàng)目等。文化部于2010年提出“中國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)工程”,并納入“十二五”規(guī)劃,2011 年正式啟動(dòng)此工程,分階段逐步實(shí)施[11],完成了非遺資源數(shù)據(jù)庫(kù)的項(xiàng)目庫(kù)和專題庫(kù)建設(shè),為非遺數(shù)字化保護(hù)工作奠定了基礎(chǔ)。
要實(shí)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)在傳統(tǒng)手工藝保護(hù)傳承中的應(yīng)用,除了專業(yè)的硬件設(shè)備之外,還必須要有支撐虛擬仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合傳統(tǒng)手工藝保護(hù)和傳承的需求,選擇的關(guān)鍵技術(shù)主要包括三維建模、立體顯示、實(shí)時(shí)視景繪制、觸覺和力量反饋傳感、實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)、人機(jī)自然交互與虛擬交互漫游技術(shù),最大限度地方便用戶操作,為其提供視覺、聽覺、觸覺實(shí)時(shí)感知交互體驗(yàn),使其盡情暢游在傳統(tǒng)手工藝的世界中。
營(yíng)造虛擬環(huán)境是構(gòu)建虛擬仿真系統(tǒng)的核心內(nèi)容,三維建模是營(yíng)造虛擬環(huán)境的前提。三維建模通過獲取物體的三維數(shù)據(jù),并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要,建立虛擬模型。利用幾何建模、物理建模技術(shù)建構(gòu)靜態(tài)的虛擬環(huán)境,模擬真實(shí)物體的物理屬性,如物體的光學(xué)、形狀等性質(zhì)。表面的紋理及物體間的遮擋關(guān)系和相對(duì)位置等,如器具、建筑和人物等,重現(xiàn)真實(shí)世界的場(chǎng)景,利用行為建模技術(shù)制作工藝流程演示。
人類感知世界的主要通道是獲取視覺信息,立體顯示技術(shù)是虛擬仿真系統(tǒng)建構(gòu)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)。立體顯示技術(shù)借助3D眼鏡等設(shè)備利用左右眼的視差形成立體圖像?!霸缭赩R研究的初期,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)先驅(qū)Ivan Sutherland在其SWORD OF DAMOCLES系統(tǒng)中就實(shí)現(xiàn)了三維立體顯示效果?,F(xiàn)在流行的VR系統(tǒng)都支持頭盔顯示器或立體眼鏡?!盵12]98最近,國(guó)際上發(fā)明了裸眼立體顯示技術(shù),首次讓人們擺脫了對(duì)3D眼鏡的依賴。
虛擬仿真環(huán)境提供給用戶視覺立體感的同時(shí),還必須實(shí)時(shí)生成,這時(shí)就會(huì)用到實(shí)時(shí)視景繪制技術(shù)。所謂實(shí)時(shí)視景繪制技術(shù)是指用戶在虛擬環(huán)境看到的場(chǎng)景要隨著用戶的視點(diǎn)及時(shí)更新。當(dāng)生成虛擬環(huán)境視圖時(shí),就要設(shè)計(jì)出好的視頻圖像和數(shù)據(jù)空間,以便計(jì)算機(jī)系統(tǒng)盡快運(yùn)行,要實(shí)現(xiàn)每秒產(chǎn)生一定數(shù)量的新幀,從而保證系統(tǒng)能在不低于20Hz~30Hz的速率更新顯示。[13]51-53在傳統(tǒng)手工藝虛擬仿真系統(tǒng)中運(yùn)用實(shí)時(shí)視景繪制技術(shù)時(shí)要保證圖像的質(zhì)量和真實(shí)感。
觸覺是人類從客觀現(xiàn)實(shí)世界獲得信息的重要渠道。在虛擬仿真系統(tǒng)中,傳感通道涉及到用戶的操作和感覺,包括觸覺反饋和力量反饋。利用觸覺和力量反饋傳感技術(shù),用戶不僅能看到立體圖像,聽到聲音,還能夠通過觸摸感覺到物體的溫度、材質(zhì)、重量,提高了真實(shí)感和沉浸感。但目前觸覺和力量反饋傳感技術(shù)的研究主要停留在力量反饋和運(yùn)動(dòng)感知方面。
用戶不僅要能看到虛擬環(huán)境的物體,還要與之交互。當(dāng)用戶接觸到物體時(shí),要能像真實(shí)環(huán)境中那樣做出實(shí)時(shí)反應(yīng),這就需要虛擬環(huán)境中的固態(tài)物體不可以穿透,并且需要虛擬仿真系統(tǒng)能及時(shí)檢測(cè)到碰撞,從而產(chǎn)生碰撞反應(yīng),及時(shí)更新場(chǎng)景。利用實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)可以避免超自然現(xiàn)象的發(fā)生,用戶在虛擬世界才會(huì)更有真實(shí)感。
虛擬仿真系統(tǒng)的研究是以人的感觀為先導(dǎo),人機(jī)交互是指人與計(jì)算機(jī)之間的信息交流。人機(jī)自然交互技術(shù)可以使人在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的虛擬空間中,各種感覺器官直接與之發(fā)生交互,消除人與計(jì)算機(jī)環(huán)境之間的界限。用戶可以在虛擬場(chǎng)景中自由穿行,通過使用鼠標(biāo)、鍵盤、操控手柄等來(lái)實(shí)現(xiàn)。觸覺和力量反饋傳感技術(shù)、人機(jī)自然交互技術(shù)、虛擬交互漫游技術(shù)在傳統(tǒng)手工藝虛擬仿真系統(tǒng)操作,特別是在VR虛擬展廳漫游、VR工藝演示環(huán)節(jié)將發(fā)揮重要作用,用戶不僅能沉浸式體驗(yàn)器物的制作工藝,在虛擬展廳自由漫步,而且能夠自由交互。
虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)手工藝的保護(hù),具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì),主要包括以下幾個(gè)方面:
現(xiàn)在,很多傳統(tǒng)手工技藝瀕臨失傳,傳統(tǒng)手工藝的經(jīng)典作品越來(lái)越少,傳統(tǒng)手工藝的重要材料無(wú)人整理。虛擬仿真技術(shù)擁有可以還原物象立體造型、觸覺、重量、溫度以及運(yùn)動(dòng)變化的技術(shù)手段。利用虛擬仿真技術(shù)可以數(shù)字化保存相關(guān)材料、立體呈現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)典作品、虛擬動(dòng)畫演示工藝流程,將傳統(tǒng)手工藝數(shù)字化、永久性、原真性保存。用戶可以通過操控電腦等設(shè)備多視角、反復(fù)性觀看手工藝術(shù)品和制作技藝。虛擬仿真技術(shù)具有臨場(chǎng)感和交互能力,可以把靜態(tài)的手工藝品轉(zhuǎn)化成動(dòng)態(tài),能夠使觀賞者更好地賞析作品,提高了傳統(tǒng)手工藝的藝術(shù)表現(xiàn)力。
我國(guó)傳統(tǒng)手工藝資源豐富但是大多處于偏遠(yuǎn)地區(qū),人們想學(xué)習(xí)和欣賞優(yōu)秀的作品常常要長(zhǎng)途跋涉,或是經(jīng)過艱難的問詢和尋覓。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)解決了這些難題。利用虛擬仿真技術(shù)保護(hù)傳承傳統(tǒng)手工藝可以突破時(shí)空限制,用戶只要登錄系統(tǒng)即可觀賞手工藝作品,真正達(dá)到足不出戶就可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí),使傳統(tǒng)手工藝資源可以快速、便捷、有效地傳播。
虛擬仿真技術(shù)能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)手工藝創(chuàng)造網(wǎng)絡(luò)虛擬展示平臺(tái),可以分類、有序存放傳統(tǒng)手工藝材料、3D圖像、工藝流程動(dòng)畫等。虛擬展示平臺(tái)不占用現(xiàn)實(shí)世界的空間,不消耗現(xiàn)實(shí)物質(zhì),大大節(jié)約了資源。
虛擬仿真技術(shù)中的立體顯示、實(shí)時(shí)繪制、傳感、交互、漫游技術(shù),能夠生成逼真的三維環(huán)境。用戶可以借助硬件設(shè)備在虛擬環(huán)境中互動(dòng)交流,甚至可以縱情漫游在VR虛擬展廳,交互體驗(yàn)工藝品制作,使傳統(tǒng)手工藝的觀賞、學(xué)習(xí)、研究變得生動(dòng)有趣,突破傳統(tǒng)手工藝保護(hù)傳承工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力、枯燥乏味的現(xiàn)狀。
北宋時(shí),宋神宗將布依族楓香染命名為“天染楓香”,所以我們將惠水布依族楓香染數(shù)字化系統(tǒng)命名為“天染楓香虛擬世界”(如圖1所示)。系統(tǒng)平臺(tái)主要由資源數(shù)據(jù)庫(kù)、VR展覽館和工藝演示三大版塊組成(如圖2所示)。用戶可以通過點(diǎn)擊頁(yè)面按鈕進(jìn)入平臺(tái)。系統(tǒng)承載了學(xué)習(xí)研究、互動(dòng)實(shí)訓(xùn)、娛樂、分享等功能,用戶可以通過登錄系統(tǒng)沉浸在楓香染數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)的海洋,暢享VR視聽盛宴,在娛樂的同時(shí)交互體驗(yàn)工藝品制作,同時(shí)還可以將個(gè)人體驗(yàn)分享給他人,在天染楓香虛擬世界里流連忘返。
圖1 惠水布依族楓香染虛擬仿真系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)
圖2 惠水布依族楓香染虛擬仿真系統(tǒng)內(nèi)容總體框架圖
1.資源數(shù)據(jù)庫(kù)
運(yùn)用文字、攝影、錄像、錄音和數(shù)字多媒體等多種形式,對(duì)楓香染技藝進(jìn)行真實(shí)、系統(tǒng)和全面的匯總整理,建立楓香染資源數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。平臺(tái)主要包括原始材料、天染文化、圖表匯總、研究成果四個(gè)版塊。用戶登錄平臺(tái)可以研究學(xué)習(xí)楓香染技藝,點(diǎn)擊導(dǎo)引文字能夠進(jìn)一步了解更加詳細(xì)的信息。平臺(tái)的信息量大、內(nèi)容豐富,能夠延展用戶對(duì)楓香染的認(rèn)知。實(shí)現(xiàn)文化的數(shù)字化保護(hù),文化得到傳承,技藝和作品才有生長(zhǎng)的土壤。設(shè)計(jì)研究成果模塊的目的是匯總和總結(jié)楓香染保護(hù)傳承的成果,為后來(lái)的研究者提供經(jīng)驗(yàn)。為了保護(hù)資源的版權(quán),需要將數(shù)字資源進(jìn)行分檔,高精度的用于創(chuàng)作與研究,低精度的用于大眾瀏覽。
2.VR展覽館
虛擬現(xiàn)實(shí)展覽館主要展示楓香染經(jīng)典的作品。進(jìn)入展覽館,用戶可以在操作界面自主選擇喜歡的音樂,漫游中可以通過操作鍵盤和鼠標(biāo)來(lái)控制場(chǎng)景,選擇前進(jìn)或者是停留,亦可以根據(jù)需要選擇多視角觀察、局部縮放和細(xì)節(jié)查看。立體顯示技術(shù)和實(shí)時(shí)視景繪制技術(shù)使圖像清晰立體,縮放變化流暢,使用戶感到好似親身接觸到作品。
3.工藝演示
楓香染工藝演示平臺(tái)主要承載VR工藝演示、材料制作、工具制作三個(gè)版塊。VR工藝演示版塊集立體顯示、靈活傳感、自然交互功能為一體,為用戶打造身臨其境的體驗(yàn)感,用戶可以根據(jù)愛好選擇性操作體驗(yàn)。用戶操作體驗(yàn)版塊主要是供用戶練習(xí)、體驗(yàn)楓香染的制作過程。材料制作、工具制作版塊供用戶觀看學(xué)習(xí)楓香染材料和工具制作方法,可以人為調(diào)試動(dòng)畫演示速度。
惠水布依族楓香染虛擬仿真系統(tǒng)建構(gòu)流程主要分為資料收集和整理、建立數(shù)據(jù)庫(kù)、三維建模、數(shù)字動(dòng)畫制作、系統(tǒng)交互功能開發(fā)五個(gè)主要部分(如圖3所示)。
圖3 惠水布依族楓香染虛擬仿真系統(tǒng)建構(gòu)流程圖
1.資料收集和整理
楓香染數(shù)字化系統(tǒng)的建構(gòu)需要收集和整理或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地采集需要的文字、圖片、音頻、視頻材料。系統(tǒng)中的虛擬場(chǎng)景、人物需要數(shù)據(jù)計(jì)算和在圖紙上設(shè)計(jì)繪制出平面、立面、剖面圖。收集而來(lái)的有些圖片需要應(yīng)用Photoshop、Illustrator等圖像處理軟件進(jìn)行加工處理。
2.建立數(shù)據(jù)庫(kù)
將采集而來(lái)整理完成的資料分類,依據(jù)楓香染資源數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)圖錄入系統(tǒng),并且設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)子界面。
3.三維建模
三維建模是構(gòu)建虛擬世界的基礎(chǔ)。首先,在3DMAX軟件中完成虛擬展示環(huán)境和物體的三維建模;然后,根據(jù)原畫設(shè)計(jì)圖制作出人物、物體和場(chǎng)景的三維模型;最后,根據(jù)之前收集的物體表面紋理圖片,在3DMAX中編輯材質(zhì)。為了更詳盡地表現(xiàn)模型的細(xì)節(jié),還需要用到紋理貼圖技術(shù)[14]32-34,為模型表面添加豐富逼真的紋理和質(zhì)感,需要反復(fù)、細(xì)致地在3D模型上繪制。
4.數(shù)字動(dòng)畫制作
這部分主要是工藝演示板塊虛擬人物“小楓香”的VR工藝演示動(dòng)畫制作。在場(chǎng)景、人物、使用工具、器物、材料等完成三維建模之后,接下來(lái)是動(dòng)畫綁定骨骼,給做好的三維模型“小楓香”安裝關(guān)節(jié)和骨骼。要想讓靜態(tài)造型變成動(dòng)態(tài),骨骼安裝完成后需要調(diào)節(jié)動(dòng)畫,并耐心調(diào)制模型的各種動(dòng)作,動(dòng)作完成后,把模型放在機(jī)器上渲染。動(dòng)畫模型做得越精細(xì),渲染的時(shí)間也就越長(zhǎng)。渲染完成之后,再用3DMAX軟件播放出來(lái),虛擬人物“小楓香”的VR演示動(dòng)畫就制作完成了。
5.系統(tǒng)交互功能開發(fā)
三維建模和演示動(dòng)畫完成之后,需要在VIRTOOLS軟件中實(shí)現(xiàn)用戶和場(chǎng)景的交互。首先要在軟件中編輯圖標(biāo)按鍵、圖像、文字、聲音等元素,形成生動(dòng)的交互界面。其次是利用實(shí)時(shí)視景繪制技術(shù)、觸覺和力量反饋傳感技術(shù)、實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)、人機(jī)自然交互技術(shù)和虛擬交互式漫游技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。用戶可以通過鼠標(biāo)、鍵盤、操控手柄實(shí)現(xiàn)與虛擬場(chǎng)景交互,在虛擬世界中自由漫步。人機(jī)交互功能是虛擬仿真系統(tǒng)中的一項(xiàng)基本功能,也是最扣人心弦的功能。
傳統(tǒng)手工藝承載著深厚的民族文化,是科技和藝術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,其保護(hù)與傳承需要緊跟時(shí)代發(fā)展。何為“保護(hù)”?如何“傳承”?我們需要重新去認(rèn)知。“保護(hù)”并不是短期的記錄和維護(hù),而是要用數(shù)字化的手段將其完整性、系統(tǒng)性、永久性、原真性的保存?!皞鞒小币o跟時(shí)代發(fā)展,利用前沿高新技術(shù)手段大眾化、趣味化傳播和繼承。近年來(lái),國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)做了基礎(chǔ)性的數(shù)字化保護(hù)工作,比如圖片拍攝、文字記錄、音視頻采集等。但這些數(shù)字資源在網(wǎng)上傳播的只有少部分,大多處于內(nèi)部保管狀態(tài),無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源全民共享[15]。傳統(tǒng)手工藝數(shù)字化不是讓傳統(tǒng)手工藝進(jìn)入博物館成為標(biāo)本,更重要的是喚起大眾的主觀能動(dòng)性,喚醒全民的文化自覺,主動(dòng)參與到保護(hù)傳承的工作中,把文化遺產(chǎn)轉(zhuǎn)化成“文化資產(chǎn)”。
傳統(tǒng)手工藝虛擬仿真系統(tǒng)能夠整合傳統(tǒng)手工藝不同形式的珍貴材料,原真性、永久性保存手工藝資源,提高了傳統(tǒng)手工藝的展示效果、保護(hù)手段和傳承效率,使傳統(tǒng)手工藝突破了時(shí)間和空間的限制,真正實(shí)現(xiàn)資源共享。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)手工藝保護(hù)傳承具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值?,F(xiàn)代高新技術(shù)與非遺深度結(jié)合,改革了落后的保護(hù)傳承模式,提供了新的有效的手段,打破了傳統(tǒng)手工藝保護(hù)傳承的瓶頸。虛擬仿真技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)手工藝的助力,將讓傳統(tǒng)文化活態(tài)傳承成為現(xiàn)實(shí)。
面對(duì)高新技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)手工藝保護(hù)傳承這一重要項(xiàng)目,現(xiàn)有的理論研究特別是實(shí)際應(yīng)用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。必須深入研究虛擬仿真等前沿高新技術(shù),大力推動(dòng)傳統(tǒng)手工藝的數(shù)字化保護(hù)進(jìn)程,順應(yīng)時(shí)代發(fā)展。
貴州師范學(xué)院學(xué)報(bào)2022年8期