基于三维可视化技术的云冈石窟文化传播策略研究与实现

摘要：本文分析了三维可视化技术应用于云冈石窟景点中的优势，使用Unity3D、3ds Max等技术，构建了基于三维可视化技术的云冈石窟景点虚拟漫游系统，并借助文本、音频、动画等多媒体技术手段，使用户通过计算机就可以全方位、细致地考察云冈石窟景点的各窟室内外构造和漫游整个景区，足不出户便可领略云冈风情。

关键词：文化传播；虚拟漫游；三维可视化；动态交互

中图分类号：G202 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）05-0070-03

引言

历史文化遗产是人类文明与智慧的结晶，山西省大同市作为一座历史名城和曾经的北魏国都，有着以云冈石窟为代表的一系列北魏物质文化遗产，但这些文化遗产历经岁月的洗礼后，出现了不同程度的损坏。使用传统技术手段对文物进行保护，存在只能够使用文字、二维绘画或者照片等方式，且不能很好地展示出文物本身的三维形态和当时条件下一些相关的科技水平、雕塑工艺等更全面信息的弊端。而采用三维可视化技术，能够使上述问题得到妥善解决。

云冈石窟景点中使用三维可视化技术的特点

近年来，我国在文物考古方面使用了一系列的三维数字建模和三维可视化技术，有很多成功之作，如陕西兵马俑的数字化景区旅游的实现等。这些实践对三维数字建模技术在文化遗产保护上的进一步开展起到了重大的推动作用。

本文所说的三维可视化技术在云冈石窟的应用中有自身显著的优势：①利用三维可视化技术，易与使用者交互，实现对云冈石窟各景点的实时动态查询功能；②采用二维地图与三维虚拟景点场景相结合的表现方式，使用户既能享受常规二维地图表现出来的优越方位感，又能得到三维技术呈现的真实感和沉浸感；③使用漫游一体化、光影一体化等三维一体化与漫游技术，营造更为自然和逼真的室内外漫游视觉体验；④景点整体的介绍和各窟的具体介绍都配备有实时的语音解说功能，使用户随时都有紧跟导游介绍、身临其境的真实感；⑤景点大到整个场景，小到每个构件，都附有详细的多媒体资料，如相关的图片、文本、动画、音视等信息，这些资料结合实时渲染的三维模型对古建筑的档案管理、考古等都具有很大的参考价值。

三维可视化技术在云冈石窟中的应用

笔者所采用的建模工具为3ds Max，数据库管理工具为SQLServer 2005，动画制作软件为Flash。

1.搭建总体设计框架

对云冈石窟开展的三维信息可视化工作，主要包括信息采集、重建模型、搭建场景、动画制作和语音录入、漫游处理、功能实现及后期完善等方面。

（1）信息采集。这是以后各制作阶段的基础，通过实地拍照处理和在互联网搜集等方式获取云冈石窟的二维化信息，如图片、文字介绍等。

（2）重建模型。利用第一步搜集到的各類信息对云冈石窟的模型进行重建，主要工具是3ds Max。

（3）搭建场景。主要是使用第二步建立好的模型，创建完整的场景，包括地形、周边环境等，搭建过程是在3ds Max中完成，最后导入Unity 3D中。

（4）动画制作和语音录入。使用Flash制作动画并链入场景，录入语音讲解石窟区各景点介绍。

（5）漫游处理。在Unity 3D中实现漫游功能，实现实时对各景点查询。

（6）功能实现。在第五步实现了漫游，接着给各场景的布局实物上建立按钮，实现与用户的交互，该过程中会使用到SQL Server数据库，在其中搭建好数据库后与Unity进行连接，通过点击鼠标调出数据以实现各用户的操作。

（7）后期进行观察和完善。对不满意的地方进行修改并不断完善，以达到预期的效果。

2.三维可视化技术在云冈石窟中的设计与实现

（1）模型的搭建与设计。

以第六窟为例，它的雕刻是云冈石窟所有窟中最为精美的，两层结构十五米高的方形塔柱直接窟顶，塔的四面和周围墙壁没有一块不曾雕刻的地方，东、西、南、北四面都开出大型佛龛。除去北面“释迦、多宝”二佛并坐外，其余各面都有对应坐佛，东面交脚菩萨，南面释迦牟尼佛，西面阿弥陀佛，佛龛更是各不相同。在对中心塔柱建模时可以选用长方体，再转换为可编辑多边形进行模型的处理，这主要是考虑到上层的四角都雕有方形九层塔。在建模时要将这四周的塔建出来。洞窟的四壁在建模时采用面片建模最为方便，考虑到观看者只观看洞内的场景，除了南壁以外基本一张面片一张贴图。在南壁的建造上要将门的位置和天窗的位置留出来。使用3ds Max搭建中心塔柱和四周墙壁并贴图完成后的效果图如图1所示。

（2）使用Unity 3D中搭建场景。

界面设计是人与机器之间传递和交换信息的媒介，为了更好地表现云冈的文化风情，带给观赏者更好的视觉享受，登录后的界面色彩上选取石窟群的颜色为主色调，搭配蓝天白云，视觉清晰。通过点击按钮“石窟区”“游览区”即可选择想去的景点。登录后的界面如图2所示。

点击进入游览区，使用鼠标或键盘可以360度全方位漫游云冈石窟各游览胜地，如云岗石窟区、昙曜广场、佛光大道、灵岩寺等，点击右下角的地图可弹出放大并快捷选择到达目的地，效果如图3所示。

通过登录后的界面选择和游览区的地图点击都可以方便地到达石窟群区，石窟区首界面设计简洁，并嵌入了关于景点的女声解说，使用户有身临其境的感觉。用户可以通过首界面的查询对话框，输入想要到达的窟穴，也可以通过鼠标操作实现对石窟的选择。

（3）制作佛传故事动画。

仍以第六窟为例，除了方形塔柱和周围墙壁，下层还有保存完整的三十多幅浮雕，描写了释迦牟尼从诞生到成道以来的佛传故事，整个石窟既烘托出佛国世界的神圣与庄严，也反映出人们对美好生活的向往与追求。为使用户对第六窟有更丰富的认识，笔者使用Flash将该窟的“右腋诞生”“抱子返城”和“相师占卜”等佛传故事壁画制作了动画，点击在第六窟中对应的壁画位置，即可观赏到生动逼真的动画。上页图4是“释迦牟尼佛右腋诞生”的动画截图。

结束语

本文笔者基于三维可视化技术，使用Unity3D、3ds Max等工具，为云冈石窟景点提供了翔实的数字化表示和逼真的交互式展示。为了使用户自然、方便地了解其设计方式和细节，除了可视化技术一般的景点缩放、平移、旋转和自由漫游等人机交互功能外，笔者还将重点放在多模态可视化、室内外三维一体化表示与漫游和多媒体属性查询上，并制作了有关各石窟佛传故事的动画，使得用户观赏石窟的感受更为丰富。最后笔者希望本文的研究能对云冈石窟景点的文化传承和传播起到一定的作用。

参考文献：

[1]梁鹏帅，冯冬敬.三维可视化的研究现状和前景[J].科技情报开发与经济，2009（7）：134-136.

[2]吴月琴.云冈石窟18窟数字化技术的应用[J].城市勘测，2015（6）：92-94.

[3]李俊山，王蕊，李超军.三维视景仿真可视化建模技术[M].北京：科学出版社，2011.

[4]徐青.地形三维可视化技术[M].北京：测绘出版社，2003.

作者简介：吝春妮（1979─），女，硕士研究生，主要研究方向为教育信息化、计算机技术应用、远程教育研究。

基金项目：本文受山西大同大学科学研究项目（2015K3）资助。