虚拟现实三维动画技术在考古中的技术应用

吴永慧

摘   要：虚拟现实技术和三维动画技术是数字化时代的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、传感器技术、多媒体技术等多种技术。虚拟现实技术诞生以后，被运用于各个领域。随着数字考古的勃兴，在考古学中也在逐渐运用虚拟现实技术。该技术在考古中的运用取得了很好的效果，有效克服了长期存在于考古中的遗址保护、文物保护、文物展览等方面的问题，使得中华民族文化精神财富的保护和传承事业更进一步。

关键词：虚拟现实  三维动画  考古

中图分类号：K90                                    文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0158-03

在考古工作中实施虚拟现实技术的一般过程是：首先对考古现场和文物古迹记录数据、拍摄照片，构建地层地形材料库;之后抽取遗迹和文物的形态数据，生成数字模型，进行压缩处理。在脚本中组合三维模型群和其他数据集合。生成雏形之后，再按照现场效果进行渲染，从而达到展现现场情景的效果，这种技术手段有效克服了在传统考古研究过程中出现的种种问题[1]。

1  虚拟现实技术、三维动画技术和考古技术概述

1.1 虚拟现实技术

虚拟现实技术（VR）是随着数字技术而兴起的一种综合性技术，其兼具有图形技术、人工智能技术、传感器技术、测量技术以及多媒体等。虚拟现实技术的核心特色在于根据真实的环境构建虚拟仿真环境，能够给用户提供一种身临其境、交互的沉浸感[3]。3DSMAX软件是虚拟现实建模中最为常用的一种软件，其能够对三维动画和各种静态图进行系统的处理，具有三维建模、材质制作、光源设定、三維动画设置以及渲染等功能。VRML语言是虚拟现实建模语言，可以将三维图片、三维图片、动画、视频等充分地结合在一起，进行三维或者多维空间的构建。VRML能够根据OPENGL3D图形引擎快速生成三维图形，并将声音、动画等多媒体效果融入进建模中，通过实时渲染，提高虚拟现实环境生成的效果。

1.2 三维动画技术

三维动画就是生活中较为常见的3D动画，也是进行真实物体模拟的一个常用技术，其具有精确性、真实性和操作便捷性的特点，在具体的操作过程中，很少受到时空条件的制约，能够把各种复杂抽象的内容生动准确地表现出来[4]。三维动画技术包括三维建模、三维图形的拍摄、三维图形的修改、三维视频的合成和渲染，一般应用到PS、AE等软件进行。

1.3 现代考古技术

现代考古技术是指经过现代科技融合的考古技术，其中与虚拟现实技术、三维动画技术相关性较强的包括遥感技术、三维成像技术以及物探技术。考古中的遥感技术和物探技术可以结合三维动画技术和虚拟现实技术进行立体化、真实化的测绘地下层级环境呈现，三维成像技术本质上也是基于三维动画技术发展起来的，与三维动画有着本质的相似性。

2  虚拟现实技术和三维动画技术在考古中的应用

2.1 在田野考古中的应用

虚拟现实技术在考古国际学界被称为考古信息可视化技术，产生三维交互环境特点使得它在现代考古领域有着广阔的发展空间[4]。虚拟现实和三维动画技术可以结合考古技术中的航拍与测绘，在获得具体的数据后，通过导入到3DXMAX中，进行三维建模，并根据航拍的具体数据，结合地形资料，对地形的各个板块进行虚拟现实还原，将原始地形进行立体化的呈现。

2.2 考古文物和背景的三维重建

虚拟现实技术可以实现对文物的全过程保护，可以做到对文物的无损探测，利用这一技术可以准确分析出遗址的分布范围、分布情况，避免因传统探测方式对文物造成的破坏[5]。同时，虚拟现实技术和三维动画技术的应用，还可以通过还原考古文物和考古文物的具体时代背景，为考古人员的考古文物分析提供帮助，这一技术不仅在考古过程中有所应用，也在博物馆中常有应用。

2.3 文物的虚拟现实展示

利用虚拟现实技术和三维动画技术，可以改革原有的文物陈列方式，为公众提供新颖、形象的文物展示，为公众带来强大震撼力，更可以为观众创设虚拟的漫游空间，与文物“零距离”接触。在立体形象中感悟文物的精美及其蕴藏的丰富文化，在此基础上，使观众体会到强大的审美享受和文化震撼力。在文物数字化的基础上，博物馆可以积极建设自己的文物网络展示平台、考古遗址虚拟仿真平台，通过这一方式可以扩大文物和考古的影响力，在带给受众美感的同时，也在促进更多的人加入到文物保护的行列中来。

3  虚拟现实技术与三维动画技术在考古中的应用流程

3.1 3DSMAX建模

使用3DSMAX建模包括多种方式，结合在考古中的具体应用，本研究对车削建模、放样建模和挤压建模三种技术进行分析。

3.2 车削建模

车削建模也被叫做旋转放样，这种建模方式主要用在轴对称的物体上，一般具有中心位置，通过对中心位置的确定，围绕某一曲线进行旋转，如考古文物中的柱子、陶瓷物品等。该类型建模的物体相对来说也比较简单，能够直接使用线条进行对称截面的描绘，再通过车削进行三维实体的绘制，如图1。

3.3 放样建模

相对于其他的建模方式，放样建模的应用相对更加广泛，该种建模最大的优点在于能够通过二维图形直接得出三维图形，但是其对二维图形样品的数量有要求，一般不少于2个。其中一个二维图形作为建模的截面，另外一个则作为建模的唯一生成路径。在实际操作中，放样建模一般包括两种方式，第一种建模方式是首先选取二维图形作为横截面，然后通过另一张二维图形的放样进行三维模型的生成;第二种方式是首先确定样品生成的路径，再选取横截面，以此来生成三维建模。