虚拟现实技术在非遗文化传承中的设计研究

III前言非物质文化遗产是指与各民族民众生活密切相关的各种传统文化表现形式，通常世代相承，包括民俗活动、传统知识和技能、表演艺术、节日庆典等。非物质文化遗产，还包括与传统文化表现形式相关的器具、手工制品以及在特定的时间和地点展示这些传统文化表现形式的场所。非物质文化遗产属于活态文化，很多非遗项目都必须依靠人和人之间近距离的传授技艺、经验和精神才能存在。通常情况之下，传承人与被传承人的关系是父子、师徒，形式包括家庭传授、学堂传授等。所以，在现代社会很多非物质文化遗产的传承都遭受了一定的限制和阻力。利用虚拟现实技术则可以打破这一限制，促进非遗文化的传承。为此，本文将对虚拟显示技术在非遗文化传承中的设计展开研究，以供参考。第1章虚拟现实技术的介绍1.1虚拟现实技术的发展最早的VR概念出自一篇名为《终极的显示》的美国学术论文。直到1965年，Surherland提出了一种可以通过反馈输入装置结合声效和视觉效果来确保自己的输出表现的终极现实后，很多研究人员就对这个框架进行很长时间的研究，并在此基础上获得了一个阶段性的研究结果。第一套HMD系统是在上个世纪七十年代诞生的，代表着人类正式迈向虚拟世界，到现在，虚拟现实技术得到了广泛的应用与发展。在1980年，美国的一个实验室创建了一个用于虚拟科研计划的光学环境，之后建立了一个专门研究虚拟界面环境的机构。美国第一个启动了以虚拟行星探索为核心的科研项目，目的就是要利用虚拟现实技术，加深人们对遥远星球的认识与研究。美国VPLResearch公司于1989第一次提出Virtual

Reality，也就是现在的虚拟现实（VR）。他们将之前所获得的宝贵经验，成功地运用到了波音777运输机的无纸化设计之中。这个项目是以VR技术为基础进行设计的，设计师可以在虚拟环境中进行设计工作，从而大大提升了他们的工作效率。现在的电脑科技设备，可以在视觉、听觉、触觉以及味觉等感官上进行虚拟的即时互动。技术人员利用交叉学科方式，将计算机技术、声音合成技术、传感技术等综合学科运用到航空航天、医学研究、军事对战、文教娱乐等学科中，多领域交叉的综合性研究，将虚拟现实的技术性能优势完全展现出来。现在，虚拟现实已经得到了很大的普及，到21世纪初期，全球已经开发出了800多套虚拟现实系统，它们的应用领域包括视听艺术、商业通信、航空航天、教育教学、医疗、建筑等。见图1-1。图1-1虚拟现实应用领域在国内，对虚拟现实技术的研究与应用都比较晚，现在还处于起步阶段。从2015年开始，进入到这个行业的企业越来越多。在资金的推动下，未来将会有越来越多的公司进入到虚拟现实行业，从而使国内的虚拟现实市场出现爆炸性的增长。科技委、国防部将虚拟现实技术列为了国家的重点研究课题，对虚拟现实技术进行了深入和广泛的探索研究，许多大型的科研院所和大学也逐渐加入到了对虚拟现实的研究中，并且获得了很好的效果。以北京航空大学为代表，作为中国首家开展VR技术研发的高校，重点开展VR3D数据库以及在VR场景下的动态分布式数据等方面的技术创新，在VR场景下获得了重要的技术进展。另外，在许多方面，如：虚拟现实模拟机器人，离线编程，远程控制等方面也有很大进展。90年代以来，随着虚拟现实技术的发展，其研究和应用的领域也在持续地扩展，大部分的发达国家都在积极地倡导针对文化产业进行虚拟现实技术的研发，因此也就产生了许多有关虚拟现实有效性和巨大发展空间的相关研究。1.2虚拟现实技术的基本功能虚拟现实（Virtualreality），简称VR，是一项涵盖了计算机图形、多媒体、网络、人机交互、传感器、三维显示和仿真等多种领域的一项综合性的学科技术。现在，人们普遍认为，虚拟现实是一个具有重大意义的科学与技术，将会在新的世纪里给人们带来极大的改变。它将计算机技术、电子技术、互联网技术和多媒体技术相结合，建立了一个仿真场景，之后，再通过传感设备对人的视、听、触、味、嗅等进行感知，体验者可以根据自己的感觉，控制自己的自然行为，与虚拟世界进行交互，进而激发对事物的认知、观念和创造力。如图1-2所示。图1-2虚拟现实技术基本原理从功能上来看，虚拟现实技术可以被界定为仿真系统，它是通过创造虚拟世界，来模拟并产生一个近似真实的三维动态环境，让用户的感官系统在这个环境中获得愉快的体验，这种技术也因此被称为“灵境”。在3D环境中，实时的立体模拟技术一改以往人和电脑交互的单调乏味，为人们无法用肉眼直接观测的动态物体的显示带来了新的途径；提出一种新的方法来实现大数据可视化；开辟了人们对宏、微观两个领域的新认识；开辟了人机交互新的研究领域。美国最知名的电脑绘图大师，曾说过：“虚拟现实技术，可能是电脑设计中最有价值的一项。”虚拟现实按照体验者、虚拟场景与现实世界三者之间的关系，可以分为三种形式：第一，沉浸式虚拟现实（简称VR）。第二，就是AR技术。第三个方面是混合现实。沉浸式虚拟现实是指将用户从真实的环境中剥离出来，利用多种科技手段使用户处于一种近似真实的环境之中。增强虚拟现实是利用虚拟数字信息技术，将人工的虚拟物体放入到一个真实的世界中，并将合成后的虚拟景象呈现在输出装置上，从而提高了真实环境中的信息量。混合虚拟现实是将沉浸式虚拟现实和增强式虚拟现实相结合，使用户可以看到更真实的世界，是将现实世界与虚拟世界相结合而生成的一种全新的视觉场景。这三种虚拟现实的目的都是为了促进虚拟和现实的交互，让人们能够在短时间内获得有关的、真实的、可靠的信息。如图1-3所示。图1-3虚拟现实种类关系图

第2章虚拟现实技术在非遗传承中的作用虚拟现实技术能够打破传统呈现方式，建立数字化管理模式，实现文化遗产的活态化，加强传播的便利性，因此在非遗传承中起到了不容忽视的作用。下面我们分别针对这几点作用展开探究。2.1打破传统呈现方式目前非物质文化遗产的保护方式主要为采集静态图片和动态画面，即利用照相机、录像机等设备进行拍摄和录制。不过，这种方式仅限于对非遗的二维保存。想要实现对非遗的三维化保存，必须利用虚拟现实技术。虚拟现实技术可以通过多角度、全方位的拍摄，收集主体物的大量照片，然后利用技术进行修复和拼接之后，将主体物以三维立体图的形式呈现出来，造就身临其境的体验感，这种逼真的效果是其他任何传统保护方式都不可比拟和企及的。2.2建立数字化管理模式虚拟现实技术可以实现非物质文化遗产资料的数字化分类和存档，建立起由主体物相关的照片、录音、影像、文本等资料所组成的数据库，以便于长久保存。2.3实现文化遗产的活态化虚拟现实技术可以让非物质文化遗产不再停留于文献资料、图片等二维平面化的静态展示，而是通过动态影像等技术，让文化资料更加生动逼真，实现非物质文化遗产的动态化和活态化。2.4加强传播的便利性虚拟现实技术可以让非物质文化遗产的网络展示更加逼真和便利，使得世界各地的用户都能够便捷的通过网络领略其他地域的非物质文化遗产，让中国的民俗文化能够更好更快的传播到全世界。

第3章虚拟现实技术应用于非遗文化传承的使用原则为了使虚拟现实技术更好地应用于非遗文化传承之中，我们需要坚持以下两方面的原则：技术与文化协调的原则、非物质文化遗产的地域性原则。3.1遵循技术与文化协调的原则虚拟现实技术是一种技术，而非物质文化遗产是一种文化，将虚拟现实技术应用于非遗文化传承中，应该遵循技术与文化协调的原则，必须要找到技术与文化的融合点和平衡点，不仅要突出技术性和时代性，还要保留非物质文化遗产所特有的传统性和文化性，切勿使非物质文化遗产因为过于技术化、科技化而丧失了文化的味道。3.2遵循非物质文化遗产的地域性原则由于非物质文化遗产的产生地域不同，其普遍具有一定的地域性，举例来说，雍容华美的京剧就与精致典雅的昆曲形成了鲜明的对比，彼此都各有自己独特的地域特色，是地域文化的典型代表。为此，在虚拟现实技术应用于非遗文化传承中，一定要遵循地域性原则，重视对物质文化遗产的地域特色和独特文化内涵的保留，以最真实、原始的方式传承与突出非物质文化遗产的独特性。3.3非遗的传承和传播需要传承人深度参与首先，在非物质文化遗产传承中，传承者是最主要的主体，也是最接近和最了解非物质文化的群体。其次，传承人对能把非物质文化遗产融入到日常生活中的文化含义有着深刻的理解。所以，在虚拟环境下非物质文化遗产的保护中，非物质文化遗产传承人的参与必不可少。由于国家、民族、地域等因素的差异，导致了非遗文化在空间上的差异，造就了非物质文化的空间多样性，另外，还存在时间、形式和内容的多样性。虚拟现实技术为非遗展示方式与内容的创新提供了强大的技术支撑，有效的保存了大量的传统文化。虽然虚拟现实以其高效、便捷、直观、易传播等优势得到了广泛的认同，但是，我们还是要防范其可能产生的一些问题，比如，在对非物质文化进行保护的时候，过分地追求视觉效果，从而削弱了非物质文化的“原生态”，过分地重视技术，从而削弱了非物质文化遗产的内涵。所以，我们最终保护原则是：让数字技术与传统的非遗化相融合，让技术作为一种文化的载体，进而转变为一种崭新的传承和传播途径。

第4章虚拟现实应用于非遗文化传承的关键技术虚拟现实作为一门全新的、多学科的交叉技术，通过虚拟现实技术，对非物质文化遗产所处的自然生态环境和物质载体进行仿真，将其原本的生态特性表现出来，同时还要求各种关键技术来帮助其最后实现。4.1虚拟环境建模技术针对非遗文化展示的具体要求，在真实的场景下采集3D信息，并基于3D信息构建相应的虚拟场景。通过建立一个“真实”的非遗学研究客体的三维建模，使其最后的展示具有较高的可信度。4.2实时三维成像技术在一定的时间基础上，对各类目标进行准确建模，并针对不同的照明环境对目标进行准确的成像。因为其具有实时性，因此必须对图片进行实时更新，使其能够清晰地反映出非物质文化遗产动态变化的需求。4.3广角立体显示技术双眼立体视觉是一个非常有价值的视觉系统。因为两眼所处的角度不同，我们观察周围的东西时，所得到的影像也会有细微的差别。将这些影像融合在自己的脑海中，就可以构成对周围物体的整体画面，使用者两眼所看到的不同影像，分别生成后，将其呈现在不同的显示屏上，这种技术在实现环境的立体感方面具有非常关键的作用。4.4虚拟现实传感器技术传感技术在虚拟现实中起着至关重要的作用。在虚拟现实中，感知装置主要由两个部分组成：第一，由操作者穿戴在自己身上的人-机交互式感知装置。包括头部追踪，手追踪，身体追踪，语音互动等装置；二是真实的环境感知传感设备。包括三维视觉，声音，触觉，力觉等感知设备。通过这些传感器，用户不仅可以直观感受非物质文化遗产，还可以从听觉、嗅觉等多方面体验非遗文化带来的独特魅力。4.5人机交互技术人机交互技术主要是在由计算机系统所形成的一个虚拟空间中，借助计算机的输入输出装置，可以高效地完成人与计算机的对话，并使用此技术可以让使用者与虚拟非遗环境进行交互。

第5章虚拟现实技术在非遗文化传承中的具体实施设计虚拟现实技术在非遗文化传承中具有一定的意义，在具体实施设计的过程中，我们应该使自然科学、社会科学跨学科融通，利用环境建模，实现体验式景观营造，利用立体声像，构建三维世界，实现人机交互，增强用户体验。5.1使自然科学、社会科学跨学科融通当前在文化、教育、娱乐等领域，传感、计算机、通信等越来越多的技术手段被应用，非物质文化遗产的保护，已经不再仅属于社会科学的范畴，而是融入到自然科学领域，实现了跨学科的融通。虚拟现实技术在非遗文化传承中，可以充分发挥技术性能优势，实现与非遗传播产品行业的有机结合，开拓非遗传播的新领域和新局面。在此基础之上，非遗传播通过与非遗文化、艺术的结合，获得了多元化的发展，进而开辟非遗数字化的全新领域，以改变现有的非遗文化以及艺术传承中所存在的风格趋同等现象。随着交互式技术的引入，非物质文化遗产的传承、保护和创新将实现开拓性的发展。VR、AR、MR等各种类型的虚拟交互技术有着天然独特的优势，可帮助提升非遗文化作品展览的综合效益，包括：提高展览趣味性、打破地域限制、降低布展成本、强化观众认知水平等。此外，虚拟交互技术方便非遗文化在世界范围内的传播，提高中华传统文化的影响力，提升民族自信。5.2利用环境建模，实现体验式景观营造环境建模在虚拟现实技术中不可或缺，其可帮助实现体验式景观的营造。环境建模技术要做到完全切实可行，必须满足两大基本条件。一是严谨的数据，因为如果没有全面准确的数据，就无法实现环境完整准确的构建。二是环境图像的获取。在模型的具体构建中，需要以真实相关环境的图片、影像为基础，因此，首先要运用拍摄手段获得环境图片，而后以此为核心运用绘制技术进行制作。5.3利用立体声像，构建三维世界我们现在所处的空间是三维立体的，在此空间当中，我们通过视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉这五种感觉感受世界。无论是视觉看到的物体还是听觉听到的声音都充满了空间感：从不同的角度去看物体，会得到不同的特征；从不同的位置去听声音，会感受到不同的强度。三维空间中的物体和声音都占据着空间，影音资料则完全不同，由于其在播放的时候借助于播放器，声音的来源位置单一，而传统音频技术又无法模拟自然界中的空间感，因而听者无法获得真实世界当中的立体感觉。虚拟现实技术打破了这一常规，一方面通过技术将直达声、回声、环境混杂声等多种音频合成为立体声，让声音具备自然空间感觉，营造了立体效果，另一方面借助光阀眼镜、头盔显示器等各类显示设备和仪器实现环境的立体化，增强真实感，营造出一个逼真的三维立体世界。5.4实现人机交互，增强用户体验所谓人机交互，就是人与计算机之间的信息交换。具体到应用当中，用户可以通过声音、手势等发出指令要求，而所处的虚拟环境根据用户传达的信息做出相应的反应。人机交互摒弃了传统的输入设备和方式，增强了用户的体验感。在人机交互技术当中，各类传感设备必不可少，它们是实现信息传递的重要媒介，其中声音控制可以通过建立三维语言库，虚拟环境从库中提取用户所发出的相应语言而做出反馈。手势等体态指令可借助于数据手套、动作捕捉器等传感器设备。

第6章结语非物质文化遗产是我国无形的、宝贵的民族文化遗产，非物质文化遗产在促进文化发展方面起到了巨大的作用。在我国非物质文化遗产的发展遇到瓶颈的今天，如何利用虚拟现实技术来推动非物质文化遗产的发展成为一项重要课题。因此，本论文探讨了虚拟现实技术在非遗文化传承中的运用原则、关键技术以