基于混合现实（MR）平台的古生物数字化复原与保护研究

【摘要】依据我国《文物保护法》，如同古人类化石一样，具有科学价值的古脊椎动物化石同样是我国重要的科学文化遗产，属于国家珍贵文物，受到国家保护。数字技术的不断发展，为古生物复原及保护提供了全新的技术支持。本文以诸城恐龙博物馆为例，对利用混合现实（MR）平台实现古生物数字化复原与保护进行研究，可以为山东乃至全国今后的相关研究提供参考，具有积极的价值与意义。

【关键词】混合现实（MR）平台；古生物；数字化；复原；保护

【中图分类号】Q914 【文献标识码】A

混合现实技术对人们的工作、学习、交流、娱乐方式进行了重塑，并带来了变革性新体验。美国市场调研公司的相关调查数据现实，2017年至2025年间，混合现实的市值将达到1.87亿美元，其增长率高达38.06%。目前，混合现实技术主要应用于娱乐领域，但是随着这一技术的继续发展与普及，其在教育、文化事业等方面的应用也将显著增长。不可否认，混合现实技术将逐步成为今后人们日常生活中的主导技术。就博物馆发展而言，已经步入传统博物馆、流动博物馆与网络虚拟博物馆齐头并进的时代，混合现实技术的出现为博物馆古生物复原与修复提供的了新的发展方式与方向，极大地延伸了博物馆的服务空间与教育功能，不仅能更好地保护古生物遗产资源，还能有效满足当下民众的多元化需求。由此可见，将混合现实技术应用于古生物复原与保护具有可行性，对其进行研究具有必要性。

一、混合现实（MR）平台概述

（一）混合现实（MR）技术概念

混合现实技术是对虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过以数字信息处理技术为基础对现实场景进行重新整合，从而构建新的创作平台。换言之，混合现实技术是将现实场景信息引入到虚拟环境中，在现实世界、虚拟世界及用户之间构建一个可以进行交互反馈的信息回路，这样可以有效强化用户体验的真实感。混合现实平台的构建可以描述并实现古生物学家与数字媒体艺术家的创作意念。通过这一平台，利用数字传播媒体将基于数字技术的信息系统向古生物学家发布，可以实现一种互动式科学探索与研究过程。对混合现实平台而言，其具体表现形式有以下几种：互动装置、数字影像数据库、动画模拟、网络传播、多媒体艺术等。

（二）混合现实（MR）技术特征

通过对混合现实技术的概念与实践进行梳理与分析，我们可以发现，混合现实技术具有以下几个主要特征：其一，增强现实和增强虚拟结合性。即将现实世界与虚拟世界进行合并，并在此基础上构建新的可视化环境。在新构建的可视化环境中，物理对象与数字对象是共存的，可以进行实时互动。由混合技术的概念可知，该技术是将现实场景与虚拟场景进行结合，并使其与用户共同构建可以增强用户体验真实感的一个交互反饋的信息回路。基于混合现实技术的这一特性，我们可以发现该技术的实现需要一个可以与现实世界事物进行交互的环境，混合现实技术的关键点就在于与现实世界进行交互及信息的及时获取；其二，交互性。大众通过混合现实技术可以在更真实的环境中对研究对象进行自主控制及多角度的观察与参与；其三，综合性。混合现实技术是增强现实技术的进一步发展，其是计算机数码技术、通信技术，信息扫描等的综合体。

二、基于混合现实（MR）平台的古生物数字化复原与保护研究——以诸城博物馆为例

（一）诸城博物馆运用混合现实（MR）技术的需求分析

就诸城恐龙博物馆而言，目前该博物馆对古生物化石的主要展出方式为实物标本陈列，其模拟厅仍然采用较为传统的材料来对恐龙各种形态情景进行模拟。环幕电影厅虽有部分4D效果虚拟实景模拟，但存在效果制作真实性不足且画面较为粗糙等问题。通过对来馆参观的民众进行调查，其中大部分参观者反映的普遍问题有三个：其一，枯燥乏味、不直观；其二，信息传递量不足；其三，参与互动性欠缺等。对新型自然博物馆而言，尤其是涉及古生物科学遗产文化的博物馆，其在活动开展的过程中应强调推广过程的互动性、参与性与体验性，这刚好符合将虚拟技术与增强现实技术结合在一起的混合现实技术的特性和优势。混合现实技术的应用极大契合了大众对古生物知识的需求，丰富了自然景观的表现方式，同时提升了古生物文化资源保护与利用的效率，顺应我国重点支持遗产文化推广趋势。具有新颖直观的表现形式及较强互动性的混合现实技术，成为大众了解、保护古生物实物及遗迹最有效的实施方式和手段。由此可见，诸城恐龙博物馆运用混合现实技术对馆藏古生物资源进行修复与保护既是建设的需要，又是发展的需要。

（二）混合现实（MR）技术对古生物复原与保护的有效性分析

首先，基于很混合现实技术特征，其对古生物博物馆实物展出与推广工作的高效、优质开展具有积极价值。一般而言，古生物在保存及展出过程中都面临一定的约束性，即要在特定的时间或地点内，通过现存挖掘展品与复制品的方式进行展出，这两种展出方式的传播速度与广度都略显不足。对此，混合现实技术的应用可以对这一缺陷进行补充。混合现实技术包含着三维动画模拟技术、三维扫描技术与互动装置等一系列新的技术与艺术手段，可以更加直观、完整及艺术性地对古生物文化进行展示，能有效提升古生物博物馆实物展出与推广工作的实效性。此外，利用混合现实技术把原本存在或者可能存在的物种的生存状态及演化过程进行复原和模拟，并对某些跨度较大或进程异常缓慢的古生物物种变化进行集中展现，在这一过程中对现代技术的利用可以提升古生物资源的娱乐性，提升人们对古生物的兴趣，从而助推古生物博物馆实物展出与推广工作效率；其次，对混合现实技术的合理利用，有利于古生物数字化复原与保护工作的具体落实。随着增强现实技术与虚拟现实技术的日臻完善，集合两种技术优势的混合现实技术已经被推广应用于现代智能医学领域，其所取得的科研成果已经达到国内先进水平。同时国外著名自然博物馆对混合现实技术的应用已经形成了较为成熟的设计方案，并取得了一定的实施效果，由此可见，在诸城恐龙博物馆遗产文化推广中利用混合现实技术，将有利于相关工作的落实。

（三）混合现实（MR）技术应用于古生物复原与保护的要点分析

首先，要明确在混合现实技术应用于古生物复原与保护的过程中，展示的核心是古生物化石而不是技术手段。古生物数字模型的构建要兼具科学性与典型性。在构建古生物数字模型时，要对化石的相关知识及其所生存时代的生态环境进行全面了解，探索化石及其背后的故事，并通过技术手段进行还原，力求内容表现与技术应用的和谐统一；其次，对于古生物化石资源来说，其具有不可再生性与不可替代性，需要相对固定的、恒湿与恒温的保存环境，利用混合现实技术将这些化石标本数字化复原，然后将真实资源进行合理保藏，不仅可以保护模式标本，还能让更多的参观者了解科学研究进展，大幅度提升博物馆科学传播的力度；最后，混合现实技术是科学与艺术的有机结合，不仅可以强化化石展示的视觉效果，还能唤起民众对古生物的认知与记忆。由于目前大部分化石并不是完整的，所以利用混合现实技术复原古生物化石，需要尽可能多地参照同类化石标本，这样才能还原古生物基本结构与细节，使复原模型更接近实际。

（四）基于混合现实（MR）平台的古生物数字化复原与保护的未来发展趋势

通过对混合现实技术的未来发展趋势进行研究，我们可以对基于混合现实平台的古生物数字化复原与保护的未来发展趋势进行以下推测：其一，混合现实+人工智能。混合现实技术与人工只能技术的结合将会带来新的、关键的技术变革，两种技术的有效结合将进一步实现目前不能达到的事情。如我们所知，混合现实技术是将物理现实与数字内容进行叠加，以此为用户构建一套全新的交互体验，而人工智能技术的融入可以对这一体验进一步提升。此外，对人工智能技术而言，云计算技术是其发展的一个催化剂，基于云计算技术、人工智能技术可以更好地帮助混合现实技术理解物理对象。由此可见，混合现实技术与人工智能技术的融合可以给用户带来更持久的现实体验感；其二，沉浸式交流。对于目前的全息体验而言，其是孤獨或孤立的，但混合现实技术未来要打造的应是可共享的。混合现实技术要实现的是更加沉浸式的沟通交流方式，进一步解除现实场景中的空间限制，降低混合现实技术的应用成本，提升其应用便捷性。

参考文献：

[1]戚纯.基于混合现实技术的数字博物馆应用研究[D].天津：天津大学，2017：79.

[2]王元波，王经，李永超.诸城市旅游地学资源保护开发浅议[J].中国人口·资源与环境，2015（S1）：267-270.

[3]陶思宇，张喜光.3D复原应用于古生物学的初探古[J].生物学报，2010（3）：413-424.

[4]赵子建.基于混合现实技术的斑鬣狗数字化复原的设计与实现[D].河北：燕山大学，2018：109.

作者简介：田永江（1981-），男，汉族，山东诸城人，硕士研究生，青岛农业大学动漫与传媒学院，副教授，研究方向：影视动画。

基金项目：山东省艺术科学重点课题“基于混合现实（MR）平台的古生物数字化复原与保护研究”（项目编号：201806597）。