在游戏领域， VR可使游戏场景更真实

 

当前的博物馆正在成为黑科技的前沿实验场。

 

2016年被称为VR虚拟现实技术的元年，该技术大热于世，各大手机厂商与视频网站，如三星、HTC、LG、索尼、华为等都推出各自的VR设备，百度开辟了专门的VR频道，暴风、乐视也都有VR魔镜和VR电视。VR同样也助推了“智慧博物馆”浪潮，被尝试应用于博物馆的展览、展示，引发业内广泛兴趣。除了VR成为焦点之外，在2016年9月的第七届博博会上，中国首款为博物馆量身打造的智能机器人与堪称逆天的3D打印也备受瞩目。中国博物馆的黑科技时代就这么来了。

 

▌VR初体验

 

第七届博博会上，观众正在体验数字敦煌项目的VR

 

9月的第七届博博会，众多展商提供的VR体验，大赚观众眼球。一个月之后的10月25日，故宫博物院在展览中首次使用VR技术，观众佩戴VR眼镜后，可以在虚拟现实中从紫禁城穿越到江西景德镇的考古现场。

 

那么，观众体验完VR有什么感受呢？

 

在博博会上，一位体验数字敦煌VR的观众兴奋地告诉记者：“非常值得体验，洞窟是按照1∶1的比例还原的，很真实，细节挺清晰，甚至可以通过门看到外面的胡杨树林。我是一个敦煌爱好者，这个VR让我对敦煌更加心驰神往。现在，敦煌的很多窟都关了，如果用这个技术，可以让更多的人在世界各地了解到敦煌的灿烂文化。如果博物馆对国宝级的文物做一个1∶1的还原，一方面可以让世人多维度去观看、了解文物。另一方面，对文物保护也是非常有益的，因为展厅的光、人流、呼吸都会对文物产生一定的损坏。VR是很好的技术，以后一定会普及到家里，到时候在家里就可以逛世界各地的博物馆。”

 

陕西历史博物馆正在运用VR技术展示唐墓壁画

 

新技术令人兴致盎然，但大部分人对VR概念的认识并不清晰，很多现身的所谓的“VR”都算不上是真正的VR。

 

这种“VR虚拟展墙”虽然功能强大，但与VR并无关系

 

比如，有一种“VR虚拟展墙”，将文物观览、教育、同类产品查询、观众留言等功能集于一身，虽然功能齐全，但跟VR并无关系，称之为“数字展示屏”更为确切。在故宫数字博物馆虚拟现实剧场播放的《天子的宫殿：紫禁城》和故宫角楼展示的介绍角楼构造的视频等产品，虽然采用数字模型制作，具备VR部分功能，但并不满足VR的基本特点。

 

创捷传媒新媒体技术部的总经理邱春麟介绍说，VR虚拟现实必须具有三个特点：沉浸感、交互性、想象力。

 

沉浸感，即全景式沉浸到虚拟场景中，如戴上头盔后就感觉自己真的进入了博物馆，而且可以在虚拟场景中走动；交互性，即可以与文物进行互动，可以拿起文物进行360°查看，甚至可以拓展到声音互动；想象力，就是可以虚拟、演绎一些场景，如人可以变小站到桌子上，或者在博物馆看到一个模型可以进入其中。

 

创捷传媒做的虚拟场景中，用手柄敲编钟，会听到悦耳的钟声

 

比较先进的VR还会有一些附加功能，如创捷传媒的VR加入了评估功能。观众戴上VR头盔，通过脑电波可以评估其情绪反应，同时，通过视觉追踪技术，也可以监测观众的关注点在哪里、关注多长时间等，以此数据形成评估报告，来印证展览的设计是否合理、是否达到预期效果等。

 

VR的这些特点无疑将使文物活起来，以更丰富多彩、更科学的方式呈现给观众，而且，随着技术的发展，VR体验也会越来越真实。

 

▌VR+博物馆

 

VR是一种炫酷、次世代的全新技术体验，同时也是多源信息融合、交互式三维动态视景和实体行为的仿真系统，VR更是一种技术平台。

 

如何将VR技术平台与博物馆业务真正结合起来？

 

创捷传媒虚拟现实与物联技术研究院院长徐志博士表示，深刻地理解VR技术的综合特征与技术外延、掌握高端的技术只是基础，只有经过深入调研，准确、充分地演绎文物特质和文物故事，才是优秀VR文物作品诞生的关键。

 

VR技术爆发的元年，很多企业都在尝试VR技术应用的探索，各自理解也不尽相同。徐志博士认为，VR技术应用要充分理解博物馆本身承担的社会教育功能以及文物保护与研究的要求，保有严谨的工匠精神和对传统文化的敬畏，才能防止VR技术被低质量地滥用，进而成为了噱头。VR文物精彩展示，需要博物馆行业、文物专家和VR制作团队各方的通力合作和共同努力。

 

同时，我们还要看到，VR在博物馆中的应用还需解决一些问题

 

比如，知识产权问题，尤其是文物在数字化过程中会生成二次产权，这是需要尽快解决的问题。在博博会智慧博物馆论坛上，有博物馆方面专家提出，他们寄希望于正在改版中的《著作权法》，希望新法能对这个问题有明确的指导方向。

 

再比如，博博会上与博物馆结合的几家参展商提供的VR体验样本，大部分模型的沉浸感不够真实，细节不够清晰，有颗粒感，与实物相差很大。邱春麟认为，这主要还是受限于目前的设备显示参数，无法匹配人眼的视觉精度。随着VR硬件设备技术的快速完善提高，这些问题的解决是可预期的。

 

据邱春麟介绍，目前的VR设备根据体验质量可分为三种。

 

常见的基于手机端的VR设备，属于入门级体验，局限于手机的处理能力和显示能力，分辨率不高，画面的清晰度不够，互动性较弱。

 

第二类属于体验感足够好的VR设备，是属于PC端的较为初代的产品，在视觉上有所提升，但没有可借助一些常用的PC外设实现简单的互动功能，例如虚拟空间内的移动，或者进行热点点击等。

 

第三类属于优质体验的VR设备，不仅分辨率比较高，画面清晰、刷新率高，视觉画面看上去比较细腻，还能让体验者进行接近真实世界的交互动作，比如通过行走改变在虚拟空间内的位置，拿捏虚拟物品等，互动感更加和谐自然。如HTC虚拟现实设备，这也是这次博博会参展商们常用的设备。

 

▌AR＋VR＝MR

 

Hololens眼镜可以让人们在现实世界观看全息影像

 

有趣的是，就在各博物馆还在为如何面对VR而纠结的时候，微软研发的Hololens眼镜推出了一种更为新鲜的概念——MR（混合现实）。目前，微软正在与北京故宫博物院合作故宫布局的模型展示。

 

MR全名为全息投影混合现实，可以实现虚拟世界与现实世界的无缝链接，是在AR增强现实技术的基础上结合了VR技术

 

Hololens眼镜可以让人们在现实世界观看全息影像。在第七届博博会上，微软展示了为国家文物局做的一个样板。这个样板花了一两周时间完成，虽比较简单，但MR的特性已经有所体现。

 

当体验者戴上眼镜，启动程序后，眼镜会扫描、识别现实的环境，然后添加虚拟现实。比如一张桌子，在扫描后，虚拟的文物可以放到这张桌子上，体验者可以围着桌子走动，360°观看文物的细节。样板中还有一个小游戏：虚拟的文物被打碎，碎片散置在地上，体验者可以通过手势控制光标，拾取碎片，拼接文物。游戏结束后，虚拟文物的旁边会出现一个文字框，详细介绍和鉴赏该件文物，还可以在空气中投影出一个视频解说。

 

MR演示

 

武汉智匠科技的付翔先生介绍说，除了样板中的功能外，MR技术还可以对文物进行拆解，让观众对文物有更深刻、直观的认识和理解。此外，如果文物缺损一部分，还可以通过这种技术进行虚拟修复，让观众看到完整的文物。

 

相比之下，MR与VR的最大不同之处在于，戴上VR头盔后，体验者就看不到真实世界了，而且手上还要拿手柄设备，而MR眼镜本身相当于一台微型电脑，戴上眼镜后是与现实互动的，直接用手势操作，比较便利。

 

MR演示

 

邱春麟认为，MR与博物馆结合的关键在于怎么用，展示什么、怎么展示都是为了让观众体验到技术带来的获得信息的便利性，需要做到小巧化、轻量化，提高精度和清晰度，这也是该技术领域的一大发展方向。

 

▌博物馆机器人，并非噱头

 

在法国，有一种用于博物馆的机器人，他“头”顶摄像头或平板电脑，观众在家里远程控制，通过机器人负载的摄像设备在夜间博物馆无人之际，浏览奇妙的博物馆之夜。在第七届博博会上，中国首款为博物馆量身打造的智能机器人也正式亮相，他的名字叫做“大白”。

 

中国首款为博物馆量身打造的智能机器人“大白”

 

据清投视讯机器人事业部总工程师崔杰介绍，这款名叫“大白”的呆萌机器人有着强大的导航功能，能够自由自在地行走，充当博物馆导览员和保安。白天，当观众进入博物馆，机器人导览员可以准确地带领他们到达博物馆的任何地方，自动讲解；夜幕降临后，机器人摇身一变成为保安，自动在博物馆各处巡逻，监测馆内的温度、湿度等，并将数据传输回集控中心。如果发生火灾、盗窃等，机器人可以自动报警。

 

本刊记者也在第一时间倾听了“大白”设计者的声音。

 

《收藏》：用机器导览代替人工导览，有优势吗？

 

崔杰：导览是博物馆的必备功能，但我们去博物馆考察的时候，发现很多博物馆的讲解做得不够好。常见的讲解方式有以下几种：人工讲解，虽然博物馆讲解员多为志愿者，但毕竟数量有限，而且每天只有固定的一两场讲解；手机app扫描二维码，下载app比较麻烦，受制于网络，而且展示的内容有限；耳麦式讲解器，讲解形式过于单一，只有语音，而且博物馆的语音设备有限，观众需要交押金租用，用完还需还回，比较麻烦。所以，我们想尝试用机器人导览，我们认为，机器人有机器人的优势。

 

首先，机器人不知疲倦，可以不间断地讲解，大大提高导览频率。目前，机器人充一次电可以用8小时，电量低的时候可以自动走回充电，8小时后是博物馆闭馆的时间。

 

其次，人工导览容易遗漏一些信息，也容易出现一些错误，而机器人讲解的内容都是博物馆方提前输入的，不容易遗漏和出错。

 

第三，人工导览只能通过语言去讲解，大部分观众只是看个热闹，难以产生足够的触动。而机器人讲解除了语音外，还可以使用图片、视频、游戏等形式，通过听觉、视觉进行人机互动，用更丰富、生动的表现形式，让观众了解更深层的文化和背后的故事，记忆更深刻。尤其是对于青少年来说，机器人讲解的运用可能会提高他们的专注度。

 

第四，人机互动让导览更加亲切。机器人高135厘米，是国际公认的人机交互的最佳高度，胸前和头上的摄像头可以识别大人和小孩的性别，以匹配适合的讲解风格，机器人的脑袋两边的“耳朵”是识音器，后脑是喇叭，可通过语音进行互动，除了支持100多种语言外，还支持各地的方言，浓浓的乡音会令观众倍感亲切。

 

《收藏》：机器人所讲内容都是提前植入的，但是每个观众对所展文物的兴趣是不一样的，如何把握讲解的深入程度？

 

崔杰：观众如果遇到感兴趣的展品或者想去下一件展品，都可以直接对机器人下达指令。机器人的脸是一块儿触摸屏，如果观众想了解更多信息，可以通过触摸屏获得更多图画或视频信息，如果观众不想听了，可以点击停止。

 

《收藏》：机器人在博物馆走动，是否有可能危及到文物艺术品的安全？

 

崔杰：这个也是我们重点克服的问题。

 

首先，在机器人身上设置了三重防护。激光雷达定位系统是第一重防护，会探测距离30米的障碍物，可以绕行；第二重防护是超声波，前方10米内有障碍物的话也会停下来；第三重防护是防撞条，只要一接触，立即就会停止。此外，机器人背面还有紧急开关，也是保障安全的。其次，机器人的行走速度是可调的，一般人走路的速度是1米每秒，而机器人可以调至0.4米每秒，慢慢悠悠带着观众走。第三，这款机器人本身比较稳，用轮子代替小优机器人那种易摔倒的双腿，而且底盘很稳，即使被“熊孩子”推，也不容易摔倒；机械臂也是不可以摆动的，以避免误伤文物艺术品。

 

《收藏》：这款机器人造价如何？一般博物馆是否承受得了？

 

崔杰：这款机器人是定制的，每个博物馆需求不同，配置的底盘、导航、电机规格不一样，价格也是不一样的。有些博物馆比较大，要求配置比较高的话，每台的价格在15万至20万元，适合购买5至10台。

 

成都博博会时，我们带着“大白”走遍了所有参展博物馆。很多博物馆都在找亮点，对这款机器人的认可度还是蛮高的，很多博物馆已经做了试用申请。有些博物馆也已经在洽谈，比如陕西省博物馆。目前，“大白”还没有正式在博物馆使用，我们也正在收集诸博物馆的需求，以便根据实际需求调整功能和内容。

 

▌逆天3D打印进军博物馆

 

在2013年的荷兰阿姆斯特丹，梵高博物馆利用3D打印技术，成功复制了梵高的油画。据说，这些复制品不仅在图画内容和颜色上贴近原作，在油画质地、肌理、笔触上也能达到惊人的相似程度，只有专家能辨别其中差异。

 

作为逆天的黑科技之一，3D打印可以应用于别墅、飞机、豪车、手枪、服装、牙齿、活体细胞等，同时也开始进军博物馆。

 

 陕西历史博物馆藏西汉《石鲸》

 

西安世博园长安塔的琉璃复制品《石鲸》

 

在中国，3D打印也已经有一些复制文物的成功案例。上海测源数码科技有限公司的总经理王浩在接受本刊采访时表示，他们在陕西历史博物馆对馆藏西汉石雕《石鲸》进行了复制。其过程是采用3D数字技术采集数据，通过3D打印等比例缩小制成模具，并用古法琉璃烧制成型，保存了原物所有的细节。

 

同样，在陕西茂陵博物馆，他们以馆藏霍去病墓石雕之一《卧牛》为原型，采用3D扫描和打印，按照1∶1比例制造模具，翻模成型，完美再现了原作品的形态、肌理和神韵。

 

陕西茂陵博物馆藏霍去病墓石雕《卧牛》

 

使用3D打印技术1∶1仿制的石膏《卧牛》模具

 

琉璃复制品《卧牛》

 

青铜复制品《卧牛》

 

石雕复制品《卧牛》

 

迄今为止，3D打印技术复制的体量最大的古代文物是南京辟邪，身长3.8米，高3.5米。他们以3D数字采集、3D打印制作原大的模具，再用玻璃钢翻制成型，又经上色做旧，最大限度还原了文物的造型、肌理和沧桑感。

 

大业激光成型技术有限公司的邓阳告诉记者，目前，主流的3D打印技术有5种。

 

第一种，通过熔融堆积，把塑料通过喷头加热融化，喷出来后凝结成型。此种技术可以简单地运用到一些产品的外观打印，做一些玩具和小产品。

 

第二种，光固化打印（SLA），通过激光与光敏树脂发生反应，固化成型。这种技术是国内工业打印最主流的技术，优势在于成型速度比较快，可以建造比较大的体积，打印成本也相对低廉实惠。这种技术在国内掌握比较成熟，比如大业激光就自主研发了一台桌面式SLA打印机。

 

第三种，金属打印，通过高强度的激光与金属粉末发生烧结反应，层层叠加。这种备受关注的技术在航空航天领域应用较多。

 

第四种，尼龙打印，与金属打印类似，也是激光烧结成型的方式。尼龙打印可以做一些高强度的产品，如珠三角地区做的外贸咖啡机和一些电动工具，外壳和某些内部构件都可以用尼龙打印，在开模之前，用3D打印做出一套产品，验证是否可行。

 

第五种，陶瓷打印，是继金属打印以后非常受关注的一种材料技术，可以打印出素胚，然后烧釉，国外已经有好几家做陶瓷打印的公司。与以往的陶瓷烧造技术相比，这个技术的效率要提高很多倍，而且，素胚可以做得非常复杂，可以烧出非常漂亮的作品。

 

光固化技术打印出来的复制品

 

目前，博物馆3D打印技术制作的复制品与文物原件的相似度可以达到90%以上。国内最主流的光固化打印纹理的厚度也大大缩减，从以往肉眼可见的0.1毫米，缩减到了几乎看不到的0.025毫米。由于数据采集和复制工作是在不接触、不损伤文物的前提下进行的，相比于传统翻模具的复制方式，要安全、快捷、精确得多。

 

高性能石膏粉末打印出来的城堡模型

 

随着技术的发展，3D打印在文物复制领域可用的材料越来越丰富，包括尼龙、塑料、玻璃、皓石、金属粉末、沙子等，还可以使用高性能石膏粉末，通过不同的层叠加，直接打印出色彩丰富的作品。不断突围的科技成果，为博物馆的复制、修复等应用提供了诸多可能。

 

比如，通过3D扫描采集数据，然后以数字化方式把缺失的部分还原，再选择接近文物本身材质的材料进行打印，粘合于文物缺损部位，就可以实现完美的文物修复。现在文物修复大部分使用石膏，3D打印与之堪称天造地设的绝配。

 

再如，瓷器打印的突破，虽然目前还无法完成打印瓷器表面的釉、花纹、开片、包浆等，但能够快速打印出精准的素胎，已经具有了较高的应用价值。而以其他替代材质，如尼龙的打印，则可以完成逼真的仿制。可惜的是，目前金属打印尚不能应用于青铜、金、银等博物馆常见文物领域，相关技术还有待提升。

 

邓阳介绍说，3D打印的一大优势就是可以取代传统手工制模，加工结构外形非常复杂或使用传统手段难以成型的原型和模具，在精细度、复杂度、效率上都有极大的改善和提高，也为设计师们解开了传统模具工艺的束缚，使其尽情发挥想象力，因此非常适合应用于开发文化创意产品。

 

使用3D打印技术制作的文创产品

 

对于博物馆来说，3D打印是新鲜事物，绝大部分博物馆尚不了解，普及工作在此显得尤为重要。王浩介绍说，目前3D打印与博物馆之间的结合确实存在一些局限。

 

比如，3D打印需要娴熟的技术团队，但博物馆方面很难组建这样的团队。当前3D打印技术主要掌握在企业手中，因此博物馆与企业合作是比较务实的选择。实际上，高精度的大型工业打印机，造价几十万至几百万元不等，博物馆并不一定要自己配备。

 

深圳博物馆展位上，小朋友正在观察3D打印

  

时下，很多博物馆对3D打印产生了兴趣，也有博物馆在尝试与企业合作，或者购买3D打印设备。如深圳博物馆计划在馆内开设3D打印体验专区，一方面吸引人流，另一方面进行科普。

 

不过，资金问题仍然是3D打印走向博物馆的障碍。我国从2012年底才开始提倡3D打印为工业生产服务，并没有在博物馆领域大力推广3D打印，因此还没有设置三维数字化的专项资金。长期以来，文物系统相对封闭，新技术能否打开这扇封闭的门，助推博物馆当下的职能变革，还有待观察。

 

3D打印的复制品