三维摄影技术与虚拟现实技术在传统国画保护与展示领域的应用研究

张桓硕　汤力

摘要：目的：文章探索三维摄影技术和虚拟现实技术在传统国画保护与展示领域的应用，特别是在提供新的艺术体验和教育方式方面的优势作用，旨在为传统艺术品的数字化保护和创新展示提供新的视角和方法。方法：首先深入分析三维摄影技术的原理和应用优势，包括其在捕捉艺术品的几何结构、色彩、纹理等方面的能力。然后探讨如何将三维摄影技术与虚拟现实技术结合，以创造沉浸式的艺术体验环境。对不同的国画作品进行三维扫描，将扫描得到的数据转化为VR环境中的模型，同时考虑交互设计、多感官集成和教育内容的融合。《千里江山图》作为一个具体案例，被用来演示这些技术的具体应用。结果：三维摄影技术可以精确捕捉国画作品的详细特征，并在VR环境中将其展现在用户面前。VR技术不仅使观众获得了新的艺术品欣赏体验，還促进了交互和教育集成，赋予了艺术品教育价值。结论：三维摄影技术和虚拟现实技术在传统国画保护与展示方面具有应用潜力，能为公众提供一种全新的艺术体验。相关技术为传统艺术品的数字化保护和展示提供了新的方法，有助于传承和普及传统艺术。《千里江山图》的案例证明了这种方法在实际应用中的潜能，为未来相关研究和应用提供了重要参考。

关键词：三维摄影技术；虚拟现实技术；国画；应用

中图分类号：J222；TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2024）05-00-03

0 引言

随着科技的迅猛发展，人们能利用三维摄影技术和虚拟现实技术，以全新的方式保护、展示传统艺术作品。国画作为中国文化遗产的重要组成部分，其保护和传承始终是艺术和文化研究领域的重要课题。

1 国画保护与现代技术

1.1 传统技术在国画保护中的应用

国画是中国文化瑰宝之一，其传统保存技术体现了对艺术的理解与尊重。传统保存方法主要包括对国画使用的纸张和颜料进行化学稳定处理，通常使用天然材料，如植物胶和矿物颜料，这些材料老化相对缓慢且不易受外界因素影响。为防止宣纸在长期保存过程中因霉变、磨损、酸化降解等而出现发黄、破损、变脆等问题［1］，采取适当的湿度和温度控制措施至关重要。这不仅要保证储存条件恰当，也要注意展示时的环境控制。

画作修复工作通常由经验丰富的修复师手工进行，包括清除污迹、修补破损、抚平褶皱等［2］。修复师不仅要具备精湛的技艺，还要对国画艺术和材料有深入了解。

1.2 现代科技在国画保护与展示中的应用

数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平［3］。国画保护与数字图像处理技术、三维摄影技术相结合势在必行，现代科技为国画这一传统艺术形式的保护和展示带来了更多可能。图像修复是指用不显眼的方式来处理图画、照片或影片，包括恢复受损的图像以及移走或取代照片中被选择的物体等［4］，三维摄影技术通过其高分辨率的扫描能力，捕捉国画中最微妙的细节，如纸张的质地、颜料的细微差别以及时间留下的痕迹。这种数字化方法不仅有利于构建详尽的有关国画的物理和化学特性的档案，而且为评估和分析国画的现状提供了一种非侵入性的方式。这在修复工作中尤为重要，因为三维数据能够帮助修复专家在进行实际干预之前，准确评估作品的损伤程度和修复需要达到的精细程度。同时，三维摄影技术也为国画的教育和展示开辟了新的途径。数字化技术能整合大量的文字、图形、图像、声音、音乐、动画、色彩、视频等相关信息［5］，通过创建数字化的三维模型和虚拟现实体验，公众能够获得更加直观和沉浸式的艺术品接触体验。

1.3 传统和现代技术在国画保护与展示中的优势与局限

传统技术与现代技术各有优势与局限。传统技术根植于深厚的文化传统，并且对材料和工艺提出了较高要求。例如，利用天然胶水和颜料，以及精细的手工纸张修复技巧等，能保持国画的原始美感和历史完整性，包括颜色的饱和度和纸张的质感。但传统技术通常劳动密集且耗时较长，对专业知识和技能的依赖程度高，同时在处理某些复杂的损害情况时可能存在局限性。

现代技术如三维摄影技术可通过高分辨率的数字扫描和成像，为国画提供一种全面精确的数字化记录方式。这种方法在捕捉细微的物理特征、颜料层次和细小裂痕方面具有显著优势，对分析和评估艺术品的现状及开展规划修复工作具有至关重要的作用。数字化记录不仅有助于减少对原作的物理接触和可能造成的损害，还可以在无法直接展示或需要远程研究艺术品时提供宝贵的资料支撑。但现代技术也存在局限性，包括依赖高端设备，以及在捕捉艺术品的某些细微表现，如画面的立体感或纸张的特定老化纹理方面受限。另外，过度依赖技术可能带来艺术品的文化和历史价值被忽视的问题。

2 三维摄影技术与虚拟现实技术在国画展示中的结合

2.1 如何利用三维摄影技术对国画进行数字化处理

在精确捕捉和再现艺术品物理特征方面，三维摄影技术具有明显优势。这一过程涉及多个技术层面的细节，要做好细节控制，使最终输出与原始艺术品尽可能一致。三维摄影技术采用结构光扫描或激光测距技术，依赖精确的光学测量系统。在结构光扫描中，一系列已知模式的光线被投射到国画表面，而相机系统则记录光线在不同曲面上的畸变。基于这些畸变信息可计算出每一点在空间中的精确位置，从而构建出三维模型的几何框架。激光测距技术利用激光点或线对艺术品表面进行精确扫描，通过测量激光束反射回传感器的时间或相位变化，来确定表面各点的位置。相较于结构光扫描，激光测距在处理光滑或反光表面时更为有效，但在捕捉颜色和纹理细节方面可能稍逊一筹。三维摄影技术在数据处理方面有极大的优势，其扫描生成的原始点云数据需要通过复杂的算法进行处理。其包括点云的清理用于移除异常点和噪声、配准多个视角的扫描数据融合为一个连续的三维模型和根据点云数据构建平滑的三维表面进行表面重建。在这个过程中，颜色校正和纹理映射至关重要，其能确保数字模型在视觉上的真实性。特别是对于国画这类细节丰富且文化内涵深厚的艺术品，纹理映射的精确性直接影响数字模型的质量和可用性。

2.2 如何利用虚拟现实技术提供沉浸式的国画体验

每个热爱艺术的人都希望看到真迹，但国画真迹具有稀缺性和不可再生性，要看到稀世之宝很难，书画艺术爱好者的需求难以得到充分满足［6］。虚拟现实技术的应用带来了国画的沉浸式体验，它通过高度复杂的计算机模拟和交互技术，为用户提供了一种全新的艺术欣赏方式。虚拟现实技术和文化艺术有着千丝万缕的联系［7］，其在文化艺术领域拥有广阔的应用前景［8］。利用虚拟现实技术来展示国画，涉及一系列深奥的技术细节和创新的交互设计，以便全方位展示国画的内涵和美感。国画VR体验的核心是创造一个三维虚拟环境，并重现国画作品的各个细节。要达到这个目的，要将通过三维摄影技术获得的高精度数字模型转换成适用于虚拟现实的格式。在此过程中，图像渲染技术发挥着至关重要的作用。相關人员要利用图像渲染技术精确处理光影效果、颜色校正、纹理细节，以确保虚拟环境中的国画作品在视觉上与实物尽可能接近。为了让用户获得沉浸式体验，VR系统要具备较强的交互性，具体包括用户视角追踪、手势识别和相应反馈机制。例如，用户可以通过转动头部来改变观看角度，或通过手势来模拟在虚拟空间中触摸或近距离观察画作的动作。这种交互性不仅增强了用户的沉浸感，还允许他们以一种更个性化和动态的方式探索国画的细节。VR技术还可以结合高质量的音频效果进一步增强体验的真实感，如背景音乐、解说和环境声音，以及可能的触觉反馈。这种多感官的融合有助于用户更好地体验艺术作品的美感和中国特色［9］。

3 《千里江山图》数字化展示案例研究

在三维摄影技术与虚拟现实技术在国画展示中的实际应用方面，北京观唐文化艺术股份有限公司与腾讯研究院合作，结合北京易见科技的创意内容支持，共同推动了一项创新性的学术实践，其原作在故宫博物院展出［10］。这一实践以故宫博物院为背景，其核心项目是利用虚拟现实全景技术再现《千里江山图》（见图1），这标志着传统艺术与现代科技融合的新时期的到来。该项目的重点在于运用先进的虚拟现实技术，摆脱物理和时间的限制，创造出一种独特的历史艺术展览形式。

在《千里江山图》的虚拟现实展示项目中，通过先进的三维摄影技术来处理这幅古典画作，技术团队面临重现其丰富的色彩、精细的构图、独到的透视法、复杂的结构以及画作的整体观赏性和艺术性的挑战。在这一过程中，三维摄影技术不仅精确捕捉了画作的色彩层次和细微的纹理变化，而且通过精细的图像处理，再现了整个画面中连绵不绝的山脉，以及山脉与溪流的细节刻画［11］。尤其是对《千里江山图》这样细节丰富、色彩绚丽且构图复杂的作品，技术实施中对色彩的校正、纹理的细致映射以及空间关系的精确模拟至关重要，只有这样才能确保在虚拟空间中完整展现其原有的艺术魅力。项目还考虑了如何在三维虚拟环境中增强画作的观赏性和互动性。其设计了一系列交互功能，为观众提供了近距离观察画作中每一处细节的机会，如满目葱绿的山谷等［12］，展现其青山辽阔、清泉飞溅、树木错落有致之美［13］，画面富有强烈的韵律感，引人入胜［14］。通过集成的解说和文化背景介绍，观众对画作的历史背景、艺术价值和创作技法等有了更加深入的理解，获得了丰富的文化体验。

这个项目不仅彰显了三维摄影技术和虚拟现实技术在艺术展示领域的巨大应用潜力，而且对《千里江山图》这一经典作品进行了深入的学术探索和文化诠释。通过这种方式，这一历史悠久的艺术杰作能以一种新的形式被世界各地的观众所欣赏和理解，为国画的数字化保护和创新展示树立了新的标杆。

4 结语

本文深入探讨了三维摄影技术与虚拟现实技术在传统国画保护与展示领域的应用，突出了科技在传统艺术创新展示和教育中的重要作用。《千里江山图》等案例不仅证实了这些技术能够有效优化观众的艺术体验，还挖掘了相关技术在文化遗产教育和传播方面的潜力。

参考文献：

［1］ 李璐.一种国画宣纸保护专用材料苯丙乳液改性研究［J］.粘接，2023，50（10）：141-144.

［2］ 陈逸斐.传统与现代的冲突与融合：中国书画修复“全色”研究［D］.北京：中央美术学院，2018.

［3］ 吴余芳.图像修复算法在国画中的应用［D］.杭州：浙江大学，2008.

［4］ 文培定.图像修复算法在传统国画中的应用［D］.杭州：浙江大学，2007.

［5］ 李天舒.浅谈数字化进程在中学国画教学中的影响［J］.基础教育论坛，2017（29）：37-38.

［6］ 张琪.基于书画纸张特性的国画高清复制研究［D］.南京：南京林业大学，2020.

［7］ 李慧敏.虚拟现实技术在中国传统文化艺术领域的应用［J］.明日风尚，2019（23）：147-148.

［8］ 李维.虚拟现实技术与传统艺术结合的实践与思考［J］.艺海，2017（12）：90-91.

［9］ 任意，姚珊珊，曹海宁.虚拟现实技术下中国画专业的教学方式研究［J］.美术文献，2021（4）：76-77.

［10］ 任意，姚珊珊.基于虚拟现实技术的中国画专业教学内容设计构想［J］.中国文艺家，2020（10）：89-90.

［11］ 孙长玲.论《千里江山图》独特的审美情趣与叙事的精致性［J］.黑河学院学报，2023，14（11）：177-180.

［12］ 曾孜荣.王希孟《千里江山图》局部［J］.少儿国学，2023（13）：2.

［13］ 肖鹏飞.论王希孟《千里江山图》之境［J］.阜阳职业技术学院学报，2023，34（2）：76-78.

［14］ 苏一娜.跨越千年的审美表达延伸：以王希孟的《千里江山图》为例［J］.艺术大观，2023（22）：73-75.

作者简介：张桓硕（2004—），女，辽宁营口人，本科在读，研究方向：国画。

汤力（1982—），辽宁大连人，本科，讲师，系本文通讯作者，研究方向：视觉传达设计。

基金项目：本论文为2023年度辽宁师范大学大学生创新训练计划项目“三维摄影技术在文物保护和数字文化遗产中的应用研究”成果，项目编号：S202310165044