【中文摘要图形学是研究图形构造、表示、输入及其数据管理、分析操作技术和如何以图形信息为媒介实现人机交互作用的应用方法的一门学科。采用图形学技术后的博物馆陈列更富有时代特色和科技内涵，实现了人们与展品信息上的无障碍交流，参观者可通过互动，感受到文物前所未有的文化魅力，领略到一场场历史的视听盛宴。 

　　【关键词】图形学博物馆虚拟现实

　　Abstract: The graphics study graph structure, express, input and its data management, operative technique analysis, as well as a discipline how to achieve human-computer interaction by graphical information. After adopting graphic technique the exhibition of museum will be accessible and with more era characteristic and connotation of science and technology, and the visitor can feel the glamour of culture and appreciate the audio-visual feast by interactive activities. 

　　Key words: GraphicsMuseumVirtual reality

　　图形学也称计算机图形学，它是研究图形输入、模型(图形对象)构造和表示、操作及其数据库管理、数据通信与分析以及如何以图形信息为媒介实现人机交互作用的方法技术和应用的一门学科。它包括图形系统硬件(图形输入、输出设备、图形工作站)、软件、算法和应用等几个方面。图形学的内容非常广泛，如图形硬件与标准、交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算、显示算法以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实以及图像志、图像学分析等。

　　随着信息技术的迅速发展，图像学的应用已进入博物馆的陈列形式设计中。陈列形式设计,是博物馆陈列的语言,是“博物馆工作人员与博物馆观众之间进行交流的方法和途径”。这种“语言”是一种复合传播媒体,是博物馆使用的最富特色的媒介〔1〕。

　　传统的博物馆陈列，基本上都是采取图片、文物、雕塑、绘画解说相结合的形式，所用的陈列手段比较单一、简单，无法跟上飞速发展的科技脚步。随着现代技术在陈列中的不断渗透，新设备的应用已成为搏物馆陈列展示的重要手段，计算机技术在博物馆的陈列、展示、科学研究、社会教育等方面发挥着革命性的作用，现在的博物馆更注重参观者的用户体验，无论是复原文物、展览文物还是网上浏览。采用图形学技术之后，陈列内容、形式更富有时代特色和科技内涵，实现了人们与展品之间信息上的无障碍交流，可让参观者在互动的过程中，感受到文物前所未有的文化魅力与内涵，领略到一场场历史的奇幻异彩、耳目一新的视听盛宴， 

　　本文试将三维数字化、虚拟现实、增强现实、计算机视觉等计算机图形学相关技术在博物馆中的应用进行阐述。

　　一、三维数字化在博物馆中的应用

　　三维数字化是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一项新兴技术，是为了达到用户目的，运用三维工具（软件或仪器）来实现模型的虚拟创建、修改、完善与分析等一系列的数字化操作。三维设计实现了博物馆陈列的变革。三维数字化的目标，是在数字屏幕中真实且忠实地再现出现实中所要陈列的物体、复原出存在于远古的物体、创造出存在于幻想中的未来物体或重构出微观的和遥远外太空的物体。一切用传统手段无法描绘和展现的，通过三维数字化技术，均可得以实现，并生动奇妙地“活”在观众面前〔2〕。 

　　三维设计技术的应用，离不开全三维设计技术应用规范。全三维设计是一种全新的博物馆陈列模式。三维设计表现为工具的改变（三维CAD软件的使用，如CATIA V5）。因此，博物馆应用三维设计技术，要充分考虑陈列主题的要求，形成基于三维模型定义设计信息、检验信息、陈列信息等融为一体的标准体系。这些标准规范涵盖陈列主题的各个部件，同时应考虑各单个物品的各个环节，包括设计、检验及陈列样式，例如尺寸和公差标注方法、剖视图生成技术方法、特征视图捕获创建与管理技术方法、关键特征的标注方法等。

　　三维技术实施后，由于全三维数模为数字化陈列提供了有利条件，采用了数字化的方法进行陈列，使得博物馆陈列的画面质量在满足科学性和客观性的前提下达到电影级的水平，极大地提高了人们的视觉感受。

　　二、虚拟现实技术在博物馆中的应用

　　虚拟现实技术可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物展示和保护的现代化。虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面，是近年来出现的高新技术。它可以让展品与观众互动起来，让观众沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，通过亲身参与激发自己的想象，在寓教于乐的过程中轻松获取展品的内涵和相关科学知识。

　　博物馆陈列采用虚拟现实技术后，不但能够给参观者带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，有利于设计与管理人员对各种方案进行辅助设计与方案评审。虚拟化技术打破了物理结构之间的壁垒，代表着把物理资源转变为逻辑可管理资源的必然趋势。未来的资源将透明地运行在各种物理平台上，资源的管理都将按逻辑方式进行，完全实现资源的自动化分配，而虚拟化技术则是实现这一理想的唯一工具〔3〕。

　　虚拟化是云计算最主要的特点，云计算的特征体现在虚拟化、分布式和动态可扩展。虚拟平台的管理、扩展、迁移、备份，种种操作都通过虚拟化层次完成；动态可扩展指通过动态扩展虚拟化的层次，进而达到对以上应用进行扩展的目的；分布式指计算所使用的物理节点分布。从云计算最重要的虚拟化特点来看，大部分软件和硬件已经对虚拟化有一定支持，可以把各种IT资源、软件、硬件、操作系统和存储网络等要素都进行虚拟化，放在云计算平台中统一管理。

　　虚拟现实所建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。利用虚拟现实技术，结合网络技术，可以将文物的展示、保护提高到一个崭新的阶段。首先表现在将文物实体通过影像数据采集手段，建立起实物三维或模型数据库，保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。 其次利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段，同时可以缩短修复工期。还可以通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源，幷且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物，从而使文物脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。譬如：中国科学技术馆在展项“神秘之窟”中，通过集成计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等多种最新技术成果实现了人们可在洞窟内随意漫游的互动方式。幷且采用了非接触式人机对话，这与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

　　三、增强现实技术在博物馆中的应用

　　增强现实（Augmented Reality，简称AR），也被称之为混合现实。它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。是在虚拟现实的基础上发展起来的新兴技术。在增强现实系统中，真实物体和虚拟物体除了要实现视觉上的融合之外，还要能够实现视觉交互和物理交互。增强现实游历于虚拟现实和真实之间，可把梦想照进现实。

　　目前增强现实AR技术已经得到广泛应用。在博物馆里，人们已经不满足于观看视频和模拟模型。人们希望在现实环境和虚拟物体发生互动，丰富感官和视觉。增强现实技术可以让人们的希望成为现实。因此，增强现实技术在博物馆的应用必然成为一种趋势。中国科学技术馆在展项《神秘之窟》就是增强现实技术的代表性展项。它提供人们关于敦煌莫高窟视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同亲历真实洞窟一般，可以及时、没有限制地观察洞窟内的事物，包括彩塑、壁画及建筑等人文艺术。

　　四、计算机视觉在博物馆中的应用

　　计算机视觉是一门研究如何使机器“看”的科学，更进一步的说，就是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉，并进一步做图形处理，用电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。作为一个科学学科，计算机视觉研究相关的理论和技术，试图建立能够从图像或者多维数据中获取‘信息’的人工智能系统。 

　　非接触式的交互方式基于计算机立体视觉技术，它通过在空中指点、挥手，或者翻书等操作，可最大限度避免展品的损耗，观众翻动实物书页，通过计算机立体视觉技术对翻书过程的动态分析与识别，观众将在显示器中看到自己翻书的过程：一个三维生成的计算机拔地而起，叠加到书页的平面计算机图片上。观众可通过轻触书中的不同位置，去操纵三维计算机工作，或通过相应的三维动态演示瞭解相应时期计算机的原理、组成和特点等，使计算机发展历程中科技创新精神和书籍人文色彩有机地结合起来，以满足观众的需求。

　　图形学技术作为一个工具，由于其精确性、真实性和可操作性，目前被广泛应用于各个领域。这项新技术能够给人耳目一新的感觉，因此受到了广泛的欢迎。计算机图形学等技术支撑下的博物馆，极大地丰富和拓宽了展项展示手段的设计思路，它让博物馆的陈列以一种全新的姿态展示在社会公众面前。

　　申翠英（桂林博物馆，副研究馆员）；

　　何彧（桂林博物馆。）

　　注释：

　　〔1〕陈开宇：《三维技术与博物馆陈列》,《中国博物馆》 2002年第3期。

　　〔2〕张俊：《计算机图形学在新型科技馆中的应用》，《中国科普博览》2012年。

　　〔3〕杨望仙、朱定、谢毅、范朝冬：《虚拟化技术在云计算中的研究进展》，《先进技术研究通报》2010年第8期。