基于AR技术的南京明故宫遗址数字化复原

摘要：随着科技的发展和更替，增强现实技术在数字化复原方面的技术发展的愈来愈健全，对人类非遗保护的数字化复原具有可实际运作的可行性。本文主要阐述借助于增强现实技术分析南京明故宫遗址数字化复原AR技术的完整运用过程；介绍了增强现实的南京明故宫数字化复原对文化遗产的保护和传播中华文明的渊源流长的历史文明有着重要的意义；以及在发展南京的旅游产业方面具有重要的实践意义，同时在未来也具有可观的前景。

关键词：增强现实技术；南京明故宫遗址数字化复原；旅游产业

中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）03-0294-02

一、AR概念的概述

增强现实（Augmented Reality，简称 AR）[1]也被称为扩增现实、混合现实（Mixed Reality，简称 MR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。增强现实技术最早是在1990年被提出。增强显示技术主要包含了三维建模、多媒体、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册等技术的融合。随着随身现代科技的不断发展，机器的性能上升，运算能力也随之提升。同时增强现实的运用的领域也随之越来越广泛，最早增强现实技术在发达国家已经有了最早的开发和研究，其主要运用在军事、医疗、工业、古迹复原和数字化遗产保护等各个领域。

二、南京明故宫的数字复原的开发现状

南京故宫，是明朝首都应天府的故宫。明故宫建于1366年元至廿六年，建筑面积超过101.25万平方米，前后花了将近二十多年完成建构。在中世纪时是世界上之最宫殿并誉为“世界第一宫殿”。经过几百年的历史变迁，如今保留下来的遗迹少之又少，现部分遗址已列为全国重点文物保护单位；2012年11月，被列为中国海上丝绸之路项目遗产之一。现如今南京现存遗址主要有：五处宫门（午门、奉天门、东华门、西华门、西安门以及玄津桥）六处宫殿遗址（奉天殿、谨身殿、乾清宫、文华殿、奉先殿、坤宁宫）、太庙遗址、社稷坛遗址等遗迹。这些遗址大多数还只有的部分石础，此等类似文物保护措施迫在眉睫。科技的发展为文物的复原恢复不仅节省了财力和时间，同时也带来了新感官体验。基于AR技术的技术特点选择这些现存的南京故宫仅存的遗迹作为支撑，展示模拟虚拟现实和真实空间“缝合”、叠加展示。目前国内至今没有明确的文献资料利用AR技术对南京明故宫进行数字化复原的具体开发和实施计划。实地勘察大部分的景点已经被他人遗忘具体的建筑模样了，成为所谓的无实际开发作用的废墟。

三、基于AR技术南京明故宫数字化复原过程分析

（一）聚集各个学科背景的优秀人才，利用数字科技复原的技术运用的各个领域和交叉的可能性，建立一个具有协作力的团队，为未来打造精致的南京明故宫数字复原AR技术准备酝酿好的成果打好基础。

（二）利用学科背景的进行南京明故宫的各类考察收集古迹资料，让静态的图片能够通过新的AR技术进行转化成三维数字化呈现。主要是利用皇宫具有特色的宫廷用具和建筑模型等具有典型的明朝历史特色的元素进行有目的的筛选。借助AR技术的工作原理利用现今仅有的现实遗址，主要有五处宫门（午门、奉天门、东华门、西华门、西安门以及玄津桥）六处宫殿遗址的部分石础（奉天殿、谨身殿、乾清宫、文华殿、奉先殿、坤宁宫）、太庙遗址、社稷坛遗址等遗迹进行资料主要收集，建立完整的数据图文资料库。

（二）根据AR具有实时追踪定位特点，将南京明故宫具有特征性的标志性的建筑图标，进行视觉化识别。从图像注册信息和虚拟对象数据库的获取到unity3d图像的变换到渲染这个过程其中有一个重要的环节就是收集南京明故宫收集的图文数据库进行信息整理并对虚拟对象的数据处理，利用动画原理建造三维软件进行模拟仿真明故宫的模型在进行数据化的注册信息处理两者的信息绑定最后展示在游客的眼前。最后就完成了一个完整的AR数字化复原全部过程了。AR技术互动式交互设计的系统。展示的方法大致分为三种：定点观察式[2]、手持PDA移动式、可穿戴设备式这三种户外的AR技术形式。

1.定点观察式，顾名思义要在原有的遗址位置上进行现场全场景的变换角度观察增强现实效果。游客可以利用单用户旋转镜筒式在选定的五处宫门、六处宫殿遗址的部分石础等遗址上的三维模型，通过镜头焦点调整、光线的调节、真实和虚拟世界的切换、仿真现场的声音、视频进行实时的外界的实体进行叠加和缝合。达到一种真假难辨别的视觉效果。

2.手持PDA移动式，这涉及到全球跟踪定位、无线通信、位置的计算和服务，手持PDA式的系统用其对准真实场景明故宫的遗址，进行图像获取和显示，通过无线传输到后台的网络服务器上。AR技术三维模型仿真库会进行信息匹配图像注册信息，进行信息相互缝合和叠加，最后将信息又通过无线传回游客手持PDA显示器上。

3.可穿戴式设备式，该体验相对前面两类比较完善，游客在现场观摩的时候需要头戴头盔显示器，头盔显示器主要有光学透视式和视频透视式，两者都可以通过虚拟现实场景的转化注册信息匹配现实的场景最后在头盔显示器上展示以假乱真的视觉效果。

四、利用AR技术进行南京明故宫复原技术优势分析

（一）随着数字科技时代的到来，对历史文明遗迹的数字化恢复成为可能。AR技术主要利用现代的传感设备，连接真实的明故宫现在仅有的文化遗址进行数字化定位分析数据，实现人和遗址现场的完美结合，让人产生一种“身临其镜”的视觉感受。与传统的非数字化保护历史名迹手段相比较利用数字化AR复原技术的具有便捷的保存功能。

（二）南京是一块有着丰富历史文化背景的土壤，利用AR增强现实技术使南京明朝古建筑群数字化再现历史辉宏场景。利用技术和旅游景点特色，刺激和吸引游客对新型的AR技术相关产品的多样化的主动消费拉动城市经济[3]，利用AR技术的真实和虚拟现实“缝合”的特点，借助数字化复原、多媒体、创意创作等将明故宫特色的文化等传统的二维呈现方式重新以多维度、多角度、多样化以数字化技术在游客的眼前的视觉体验的再开发，例如数字漫画动画、数字化影像、有声的环境等感官体验，同时可以增加游客对产品的参与和互动，既可以添加趣味性也可以娱乐身心。

（二）在文化遗产的保护和传播中华文明的渊源流长方面做出了突出的贡献，同时对南京明故宫的旅游业的品牌打造成了一个无形的推广。

五、南京明故宫遗址数字化复原的意义

南京，简称宁，是中国四大古都之一，有着“六朝古都”、“十朝都会”之称。是中华文明重要的发祥地之一，这里有着浓厚的文化底蕴和丰富的历史遗存，这对发展南京的旅游行业发展既是新的机遇又是一项挑战，意义主要有以下几点：

（一）提升了南京市的旅游行业的竞争实力。特色性的模范作用可以吸引一批观众慕名而来。树立了南京市的国内外的知名城市特色形象，历史的文化内涵的注入让南京故宫更加的饱满生动形象为更多的游客主动选择这种新型的科技化服务。在保护历史遗迹的前提下，丰富和传播了中华文化的博大精深，源远流长的特点。

（二）利用AR技术的多样性，发展创意类别的地方、特色主题创作的数字化文化产品，带动南京本地的创意文化经济发展。

（三）利用数字化复原AR技术不仅可以带动南京的文化创意经济的发展和传播区域旅游文化的特色，而且对南京古迹的保护历史文物可持续发展旅游业有着重要的意义。

借助AR数字化技术，明故宫的复原与传统的不可弥补的技术上更上了一层楼，在未来研究南京在建设古迹保护工程中应积极利用和开发此项技术的实际运用。 AR技术在发展旅游业和传承中华历史文明优点尤为突出，并且在保护历史古迹和旅游产业开发上起着不可估量的“前途”。既可以拉动旅游行业和文化创意产业的生长，同时对传播南京旅游产业文化起到了一个无形的正面宣传作用，这对促进南京的繁荣和谐发展具有重要积极意义。

参考文献：

[1]互动百科，增强现实技术，http：//baike.baidu.com/link？url=B-s1uuFOnVDYkokkQ_HYlrgH2z9XdH7YltXjozgMvnLBgAKlYcnj9i41z6svTzbaSNCsSj07UVfhZovdhpOEOK

[2]王涌天、郑伟、刘越、常军，基于增强现实技术圆明园现场数字重建，文章编号：1000一7857（2006）03一0036一05

[3]余日季、唐存琛、胡书山，基于 AR 技术的非物质文化遗产资源产业化开发研究——以黄鹤楼传说为例；文章编号：1003-8477（2014）04-0050-05

江苏省2015年度研究生实践创新计划项目

（备注）项目名称：基于AR技术的南京明故宫遗址数字化复原项目编号：SJLX15_0474 项目承担人：姚京频

作者简介：姚京频（1991--）女，汉，皖，在读研究生，单位：南京艺术学院，研究方向：数字媒体艺术方向。