40 / 2021-09-02 20:44:51

基于VR的文物虚拟修复与展示系统

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       国内外现状：国内外关于VR技术在文物保护领域的具体应用，其实现手段仍停留在以全景相机拍摄的贴图建模为主的初级阶段。大部分场景类项目缺失景深数据，用户沉浸感较低。而对于具体文物的可视化实现仍以平面贴图为主，缺失3D模型数据，可操作性和交互性相对较差，不利于文物保护专家对文物的模拟修复以及参观者对文物的多角度全面观察。同时，制约虚拟现实技术应用于文物保护领域的另一重要因素是文物数据的缺乏。目前主流学界对文物数据的采集方式为：手工3D建模、3D扫描和基于立体视觉的3D重建等三种。但受限于文物的脆弱性，采用高能激光扫描的方式极其容易对文物造成不可修复的损伤。并且文物大多具有以国家和博物馆为单位的独占性，各项目的应用端大多无法获取到文物精确的3D特征，这些都导致了VR技术在具体文物复原中的数据缺乏问题，使得最终的产品大多不能精准地对文物进行还原，仅能采用贴图形式进行展示。

       作品意义：基于以上背景，本项目计划借助VR虚拟技术形式对兵马俑模型和碎片拼接过程进行展示，促使让人们更好的了解兵马俑，实现用户与文物的双向互动。同时，本项目建立虚实结合的新方法。以虚拟复原为主，实体复原为辅，符合数字考古大势，虚拟复原为实体复原的先导，实体展示、研究的替身。既可以展现破损文物复原的全貌，也可以看到破损文物的前世今生，为实体考古复原提供示范与指导，超越传统实体时间空间局限，彰显珍贵文物文化内涵并传承社会价值。

       作品简介：从文物展示的局限性和文物虚拟拼接的可研究性出发，我们前往秦始皇陵对兵马俑进行1：1的扫描和复原，数据具有真实的兵马俑纹理结构。本产品在人机交互技术的辅助下，完成对秦始皇兵马俑的新型交互展示方案，该方案可以将观众视觉完全沉浸至虚拟的数字场景之中，通过对虚拟场景的精心设计，让用户近距离体验和观看兵马俑等珍贵的历史文物，通过前期设计的交互环节，完成文物所要传达的历史背景和相关信息。本产品主要有以下两处创新： 

    （1）开发基于VR技术的兵马俑展示系统（.exe）,改变了传统的兵马俑展示方式，增强了与兵马俑之间互动性。基于虚拟现实的兵马俑展示系统没有传统展示方式的顾虑，既保护了珍贵的兵马俑不受损伤，又能让人们尽情浏览参观，还可以同兵马俑进行交互，完整实现了目前对于兵马俑展示的需求。

   （2）将上述碎片拼接方式融入VR中，实现在虚拟环境中的兵马俑碎片虚拟拼接。为了用户在参观兵马俑时能对兵马俑有更清晰的认识，设计并实现了一个兵马俑虚拟拼接的程序，用户使用手持设备捡起兵马俑碎片放至破碎处，可以提取碎片厚度和轮廓特征，碎片匹配即可自动归位，完成拼接，匹配识别，碎片则会掉落在地面上。

       创新点：（1）改变了传统的兵马俑展示方式。基于虚拟现实的兵马俑展示系统没有传统展示方式的顾虑，既保护珍贵的兵马俑不受损伤，又能让人们尽情浏览参观，还可以同兵马俑进行交互，完整实现了目前对于兵马俑展示的需求。

       （2）提出了一种基于“厚度特征+轮廓线”的碎片匹配技术，实现兵马俑碎片虚拟拼接。为了用户在虚拟漫游兵马俑时能对兵马俑的文物保护与修复有更进一步的认识和了解，设计并实现了兵马俑碎片的虚拟拼接。另外这种虚拟拼接效率高，拼接效果好，可以更好的帮助专家完成有关兵马俑碎片拼接的工作，节约大量的时间。

       实用性：（1）通过对秦始皇帝陵兵马俑的高精度虚拟还原，使用户可以足不出户的感受兵马俑这项世界第八大奇迹带来的震撼与魅力。

       （2）兵马俑虚拟拼接技术的实现对文物工作者来说不仅可以提高对兵马俑文物修复的质量，而且减少了文物修复所需的成本。