用虚拟现实及影像重建技术实现大明宫含元殿原址重现

张钟霖

摘 要 大明宫是唐代最为宏伟壮观的宫殿，大明宫国家遗址公园自从2010年开园以来，每年接待海内外数百万游客参观，在大遗址保护，弘扬丝绸之路文化，提升民族自豪感等多个方面都起到了非常大的作用。根据大遗址保护相关规定的要求，大明宫内的遗址上不能做宫殿的修复重建，但是从旅游、观赏、历史教育的角度，千千万万参观者无法亲眼目睹唐代皇宫的雄伟壮丽，是非常巨大的遗憾。笔者试图从利用现代数字技术在原址重现大明宫含元殿提出初步设想。

【关键词】虚拟现实 影像重建 设想

1 前言

敦煌研究院使用数字化全景摄影，使参观者在全景剧院可以观看欣赏石窟精美灿烂的的壁画，不仅降低了游客对于洞窟的损害，也为石窟艺术保留了完整的数字化影像资料。大明宫国家遗址公园拍摄了立体电影《大明宫传奇》，故事化再现了大明宫的历史和雄伟的形象。但是以上这几种方式都局限于在室内影院再现历史文化遗址，而未利用现场实景。假如能够在现场实景去亲身体验唐代宫殿的雄伟壮丽，无论从现场气势、情景感这些体验都是坐在影院里那将是影院里所不能替代的。尤其像大明宫含元殿这样建立于山塬之上，居高临下的建筑。

2 用虚拟现实及影像重建技术实现大明宫含元殿原址重现的方法

笔者认为，目前现代电脑数字化影像技术的发展，已经足以在遗址的原地上实现数字化影像重现盛唐含元殿的实景形象，而不对遗址产生任何破坏。

含元殿作为唐大明宫的主殿，建于土塬之上，造型雄伟壮丽，是大唐盛世的象征。遗址基础目前已经恢复。首先选择复原含元殿做原址数字化影像重现对于带动整个大明宫遗址的数字化保护、展示、旅游都是有重要意义。如图1所示。

如何这个设想的实现，笔者建议可以分成三步走：

2.1 计算机数字化3D建模

计算机3D数字化建模包括两部分，含元殿建筑外观和内部结构及装饰。

根据大明宫考古已经取得的成果，我们已经能够绘制出大明宫的复原效果图（如图2所示）。

建筑外观建模 部分包括含元殿正殿、鼓楼、钟楼、凤栖阁、翔鸾阁、通乾门、观象门及两侧飞廊等附属建筑，这部分因为建筑复原效果图已经出来，3D建模技术 难度应该不是很大，基本按照建筑复原图来做就可以了。

第二部分是建筑内部的结构和装饰部分的效果图和3D建模。这部分尚没有复原图（笔者还没有查到），建议大明宫国家遗址公园组织国内相关考古、古建筑、历史习俗等专家，先对含元殿内部结构装饰做出复原效果图来，这部分难度比较大。除根据大明宫考古挖掘遗存，还可以根据唐代敦煌壁画、以及唐墓出土的记录等，制作复原图。

尤其对于软装饰部分，还以适当的发挥想象力和演绎，因为这是计算机模拟形成，后期仍可以根据今后考古发掘和研究的结果不断地修改完善。

2.2 利用全息投影将含元殿外观在原址重现

2.2.1 全息技术的选择

全息投影技术已经有多种，比如空气投影和交互技术，此技术采取类似海市蜃楼的原理，“将图像投射在水蒸气液化形成的小水珠上，由于分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像”。大唐芙蓉园的水幕电影，应该采取的就是此种技术。还有一种是激光束投射实体的3D影像，主要利用氮气和氧气是不断在空气中进行小型爆破使氮气和氧气不断发散混合来实现。

笔者建议采取3D投影技术，即使用3D投影机到屏幕上，这种特制的显示屏是半透明的，在暗处看不到，在黑夜里，投影到上面即显示3D图像。2013年周杰伦台北演唱会，就是使用该种技术，使已经去世多年的歌星邓丽君实现了和周杰伦同台演唱，当邓丽君站在舞台上的与周杰伦对唱的时候，全场沸腾。当时的技术提供商是美国数字王国公司，据称耗时由45名特效师耗时数月，花费打一亿多台币完成。

2015年，中国团队利用激光投影技术，对被毁的巴米扬大佛进行影像还原，也证明了该种技术具备可行性。（如图3、4所示）

大明宫含元殿作为静态图像，应该更加容易完成。当然含元殿的静态图像规模比较大和复杂，但是数字化静态图像重建的难度一定是小于动态图像的。

2.2.2 设备及安置

要重现含元殿3D形象，就需要从多个方向做3D投影，那么屏幕和投影仪的数量不仅要多，而且投影仪功率要大，安置还不能破坏原有的遗址基础。如图5所示。

笔者建议围绕含元殿遗址，使用多个可移动式设备箱，将屏幕、投影仪放置于其中，屏幕和投影仪下方安装可升降支架，可以随设备箱移动。设备箱外喷涂土黄色或砖灰色，白天与含元殿色彩相融合。每当傍晚，打开设备箱，使用自动升降设备，较快的完成屏幕和投影仪的布设工作。当夜幕完全降临后，投影仪打开，一座辉煌壮丽的含元殿就出现的在了原遗址上。

因为是3D投影，所以具有360度的观看的效果，也可以容纳较多的人数，加之含元殿本身高大雄伟，更是远观效果尤佳。

既然含元殿如此壮观雄伟，那么观众自然想进入宫殿一瞧究竟，感受宫殿内的华丽。这个问题怎么解决呢？

2.3 VR虚拟现实技术

近几年来，VR虚拟现实技术突飞猛进，已经能够实现强大的功能，使用者佩戴VR眼镜，已经可以漫步太空，角逐战场，实现视觉、听觉、触觉、乃至嗅觉等多种互动，并且技术越来越成熟，通过陀螺仪传感器、加速度计、激光定位传感器等，实现和现实几乎完全一致的效果，而且克服了佩戴者头晕不适等技术问题。

那么我们自然也可以通过VR眼镜漫步含元殿华丽的皇宫之内。通过前述第一步的含元殿内部3D建模，虚拟现实宫殿内的场景，参观者不必进入含元殿，在惊讶于含元殿外观的高大雄伟之余，参观者只要在宫殿台阶前某地，带上VR眼镜，就可以通过头部轻微转动，模拟行走游览到宫殿中的任何地方。

目前已经有一家本土企业，通过3D虚拟技术，将震惊考古界的海昏侯考古展搬上了网络，参观者通过手机和电脑，就可以实景参观海昏侯数字化博物馆，立体实景，随着深入展厅，360度观看任意展品、说明，完全与现实无二。在第40个博物馆日展览中，首都博物馆就设置了殷墟妇好VR体验区。

我想将古遗址数字化建型、大型室外3D投影技术与VR技术三者结合，通过VR眼镜，在含元殿遗址，就可以实现极具现场感的数字化、实景化漫游参观含元殿。

3 总结

以上是我个人根据现在大明宫遗址的实地情况和对于现代数字化影视技术的一些了解而产生的初步设想。我觉得这些数字技术都已经比较成熟了，而且会随着技术的不断成熟发展，实现成本也在不断下降。如果能够利用这些高科技技术和考古成果，立体化、实景化展示大明宫含元殿，也是为大遗址保护、展示、参观、游览提供一种新的方式。

参考文献

[1]吴永兴，毛锋，姚涵.GIS与VR技术在中華文明探源中的运用[J].华中建筑，2015（06）.

[2]刘雁琳，薛娟，王燕.利用3D虚拟建模技术再现考古文化场景[J].文博， 2009（01）.

[3]吴永兴，毛锋，姚涵.GIS与VR技术在中华文明探源中的运用[J].华中建筑，2015（06）.

[4]刘雁琳，薛娟，王燕.利用3D虚拟建模技术再现考古文化场景[J].文博，2009（01）.

作者单位

陕西省西安中学（考古社） 陕西省西安市 710000