CN109671161A - 沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统 - Google Patents
沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109671161A CN109671161A CN201811315406.3A CN201811315406A CN109671161A CN 109671161 A CN109671161 A CN 109671161A CN 201811315406 A CN201811315406 A CN 201811315406A CN 109671161 A CN109671161 A CN 109671161A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- horses
- scene
- terra cotta
- cotta warriors
- burning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 238000007654 immersion Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 38
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 235000004522 Pentaglottis sempervirens Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010422 painting Methods 0.000 claims description 3
- 230000003827 upregulation Effects 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000008676 import Effects 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 241000221696 Sclerotinia sclerotiorum Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
- G06T19/20—Editing of 3D images, e.g. changing shapes or colours, aligning objects or positioning parts
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T13/00—Animation
- G06T13/20—3D [Three Dimensional] animation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Architecture (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
Abstract
本发明公开了一种沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统，该系统包括虚拟场景搭建模块(10)、兵马俑烧造场景设计与搭建模块(20)、兵马俑烧造的动画制作模块(30)以及兵马俑烧造场景集成和优化模块(40)。与现有技术相比，本发明的沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统让用户在虚拟环境中体验兵马俑的构造以及其烧制的工艺和过程。
Description
技术领域
本发明涉及文物虚拟体验领域，具体涉及一种衍射波导全彩投影显示系统。
背景技术
虚拟现实(VirtualReality，简称VR)是一门新兴边缘的技术，研究内容涉及多个领域，应用十分广泛，被公认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。它主要涉及到三个研究领域：1)通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；2)建立对虚拟世界的观察界面；3)使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。在我国，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术也引起了重视，但我们对技术的研究离发达国家还是有很大的一段距离。
VR技术在文物古迹等方面也有所应用，利用VR技术以及结合网络技术，可以将文物的展示、保护提高到一个崭新的阶段。首先表现在将文物实体通过影像数据采集手段，建立起实物三维或模型数据库，保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存；其次利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段，同时可以缩短修复工期。在敦煌莫高窟中就运用了VR技术来让游客观赏各种文物，在敦煌莫高窟中，每年仅开放10个不同时代的洞窟，其它因保护的原因不对外开放，而有了虚拟现实技术新应用，游客就可以通过VR虚拟漫游来观看不常对外开放的珍稀洞窟。
众所周知，兵马俑出土了上千件兵马俑和4万多件青铜兵器，当初如此大规模的制作生产，其工艺流程、管理组织、是否流水线等问题都引发好奇。秦陵博物院与英国伦敦大学于2006年开始了“秦时期手工业生产的标准化和劳动力组织模式研究”的合作项目。在采用了多学科综合分析后，最终研究表明，手工加工痕迹在显微镜下清晰可见。无论是青铜兵器还是陶质兵马俑，都非流水线生产，而是以小作坊群组形式进行的。
国内对于兵马俑所反映的军事内容、艺术特征以及秦俑科技、陶文、服饰方面的有关研究比较丰富。兵马俑博物馆也越来越意识到VR技术对于重组了陶俑艺术、艺术背景和游客之间的文化生产关系。随着该项技术在艺术研究与实验领域的全面展开，一种独特的数字世界的美学叙事体系和艺术存在方式也正在逐渐形成。在VR头盔的虚拟体验系统中，兵马俑被赋予了“创造的过程”以新的含义，观众则被赋予了一种前所未有的浸入式体验参与互动。
博物馆的数字化是近年来博物馆发展的重要趋势，将虚拟现实技术应用在数字博物馆的建设中是一个重要的课题，这是将来数字博物馆发展的方向之一，拥有广阔的发展前景。利用虚拟现实技术将博物馆真实、完整地存储到计算机网络，实现真三维数字存档，供保护、修复、复原和文化交流使用，可令博物馆的收藏珍品突破原有技术条件和保存方式的限制进行传播。
目前对兵马俑的塑造艺术、烧制解读的研究很多，但是将研究成果结合新兴技术传播展示的案例并不多，VR领域的研究更是极少。有助于广泛传播兵马俑的制作工艺、造型艺术，让更多的人了解2000多年前中国人民巧夺天工的艺术才能。
本系统可以让用户在详细了解了秦兵马俑制作之后，在为古人的创造肃然起敬的同时，感受中国艺术风范的雕塑作品，透视我国古代文化的悠久与灿烂。
发明内容
为解决现有技术的不足，提供一种沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统，基于HTCvivo VR头盔的虚拟现实系统，使用Unity3D引擎作为虚拟现实应用软件的开发环境，结合虚拟现实关键技术的基础原理，进行虚拟现实应用的开发，实现了立体视觉显示、基于VR头盔、手柄的虚实交互方式。
本发明的一种沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统，该系统包括虚拟场景搭建模块10、兵马俑烧造场景设计与搭建模块20、兵马俑烧造的动画制作模块30以及兵马俑烧造场景集成和优化模块40；其中：
所述虚拟场景搭建模块10利用用3D物体建模技术、模型贴图技术、Maya三维动画制作技术、Unity3D场景集成技术、Unity3D自然环境模拟技术设计，在系统所需的场景、动画等制作好后，将其全部导入Unity3D中进行糅合；并实现了带有秦朝时代特色的3D兵马俑烧造场景；
所述兵马俑烧造场景设计与搭建模块20该模块包含了兵马俑烧造场景的3D建模和兵马俑烧造场景的模型贴图制作；
其中的兵马俑烧造场景的3D建模具体为：创建模型时，将建筑群模型组以单位划分，在三维软件里，通过多边形建模的方式，将每一个单位进行搭建，最后以搭积木的方式，将这些分散的部分堆叠到一起组成建筑群。本系统的场景制作本着这样两个标准来进行，在远观、鸟瞰时，模型和场景因为远离摄像机镜头，模型本身也没有动态行为时，采用面片较少，大致表现其基本形态的粗模；而在镜头拉近，摄像机内出现模型具体细节时，着重刻画这一具体部位，力求其在画面中的精致，这就是细模。另外，不论是粗模还是细模，都是按照画面中场景1:1的比例来进行制作；
所述兵马俑烧造的动画制作模块30，应用Maya的路径动画、关键帧动画、表达式动画、变形动画、驱动动画形式，使用包括变形器、约束、非线性动画编辑系统、骨骼及蒙皮系统等高级动画制作工具，包括骨骼系统、IK样条手柄、蒙皮权重绘制分配等等动画制作技术；
所述兵马俑烧造场景集成和优化模块40，该模块包含了Unity3D引擎的导入和设置、兵马俑烧造场景的灯光设定和兵马俑烧造场景的优化；
其中所述的Unity3D引擎的导入和设置具体为：将在Maya、3DMax软件中制作的场景地形、建筑、环境景观、道具、动画等物体模型分别导出FBX格式文件，随后全部导入到Unity3D资源中，再根据原画设计进行规划和摆放，最终形成虚拟场景的整体模型；
所述的兵马俑烧造场景的优化具体为：在Unity3D场景中，每绘制一个图形，本质上调用OpneGL或者DirectX这样的API。
其中对所述OpenGL中的描述绘制次数的一个量DrawCall进行的优化处理是：兵马俑烧之场景中不同的物体间共享材质，则直接通过静态批处理降低DrawCall；场景中小于900个顶点属性网格的模型使用了动态批处理。
与现有技术相比，本发明的沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统让用户在虚拟环境中体验兵马俑的构造以及其烧制的工艺和过程。
附图说明
图1为本发明的沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统模块示意图；
图2为Unity3D中的灯光、摄像机引擎设置示意图；
图3为Maya中的人物建模示意图；
图4为兵马俑烧造动画制作示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
1、虚拟场景搭建模块10
本系统利用3D物体建模技术、模型贴图技术、Maya三维动画制作技术、Unity3D场景集成技术、Unity3D自然环境模拟技术设计，在系统所需的场景、动画等制作好后，将其全部导入Unity3D中进行糅合；并实现了带有秦朝时代特色的3D兵马俑烧造场景，营造出秦代流水线的造俑过程，工匠繁忙、各司其职的烧造环境。如图1所示，为Unity3D中的灯光、摄像机引擎设置示意图。
Unity3D引擎是一款分层级的全面的系统开发引擎，它可以通过图形和直观的场景来表现用户对它的操作和编辑；每一个操作都可以通过属性编辑面板来找到对应的编辑工具来实现；用户还可以随时通过预览当前场景来进行观察。一个完整的虚拟体验系统是由一系列场景组成的，场景中也包含了若干不同的立体图形、树木、光源、文本区、动画等等，这些对象通过添加不同的脚本插件来进行编辑又能实现各式各样的场景对象。场景中的镜头转换和视角变化都要依靠摄像机的设置来实现。除此之外，Unity3D引擎中内置了很多物理引擎，通过这些引擎可以模拟出现实生活中的很多物理场景，场景中的画面效果和动态效果更加的生动逼真。Unity3D还自带了光影烘焙系统，同样，在光影的编辑面板中可以通过属性的调节来实时观察场景的光影效果，包括对光影的阴影强度、光照色温、光照面积等等都可以进行编辑。
2、兵马俑烧造场景设计与搭建模块20
该模块包含了(1)兵马俑烧造场景的3D建模和(2)兵马俑烧造场景的模型贴图制作。
当VR系统的策划和场景的美术设定做好之后，就开始进入到场景的3D模型制作阶段了，本系统采用了兼容性较好的三维软件来进行模型的搭建，以Maya和3DMax这两款软件为主来进行制作。制作过程中考虑到网络传输文件和平台机器的负荷的合理性，有层次的处理不同模型的不同细节。例如，远端的景观采取简化网格后期贴图的手法来处理，因为距离摄像机较远，用户在体验的时候，看到的也许只是静止的一个角度。而近处的物体进行细致化，如离用户较近的建筑物、桌椅、石头道具等，当用户置身其中，这些细节会以清晰的结构展现在用户面前。建模最开始是根据场景的设定来进行结构的分析，大致的将模型归纳成几个大的部分，在这个基础上再进行逐一的细化，本着从整体到局部的大致步骤，来一步步地完成模型的搭建。创建模型时，将建筑群模型组以单位划分，在三维软件里，通过多边形建模的方式，将每一个单位进行搭建，最后以搭积木的方式，将这些分散的部分堆叠到一起组成建筑群。本系统的场景制作本着这样两个标准来进行，在远观、鸟瞰时，模型和场景因为远离摄像机镜头，模型本身也没有动态行为时，采用面片较少，大致表现其基本形态的粗模；而在镜头拉近，摄像机内出现模型具体细节时，着重刻画这一具体部位，力求其在画面中的精致，这就是细模。另外，不论是粗模还是细模，都是按照画面中场景1:1的比例来进行制作。
(2)兵马俑烧造场景的模型贴图制作
虚拟体验系统场景的设计在模型制作阶段只是一个白模，真正让他们焕发生机，灵动起来的是贴图和材质的赋予。本系统的模型贴图绘制以Photoshop、Mudbox这两款软件为主。绘制方法主要有两种，一是建立模型后通过UV展开，再以导出的UV位图为基础在Photoshop中绘制出风格统一的模型贴图，并在三维软件中完成模型纹理贴图、材质赋予；二是利用Mudbox工具，模型展UV后，通过Maya导入Mudbox中绘制贴图，并把绘制需要的平面素材导入，利用图像拓印或投射细节到模型上，这样就可以绘制像素组成的纹理贴图。Mudbox以无损的方式合并编辑图层，并以图像文件方式导出贴图。
本系统中人物、道具贴图使用了漫反射贴图，漫反射贴图是根据光的强弱来进行计算计算的一种贴图，光线比较强的时候表面的反射也会比较强，光线比较弱的时候，固有的表面颜色会加深加重。本系统中，一些建筑、地面的纹理，使用了凹凸贴图，凹凸贴图实际上可以给模型增加立体感，一个光滑的模型表面添加上凹凸贴图后也会出现立体的光影效果，利用这种方式可以省去很多建模的工作，通过模型表面的光影来实现模型的凹凸贴图。
3、兵马俑烧造的动画制作模块30
本系统中，该模块主要应用了Maya的路径动画、关键帧动画、表达式动画、变形动画、驱动动画形式，使用包括变形器、约束、非线性动画编辑系统、骨骼及蒙皮系统等高级动画制作工具，包括骨骼系统、IK样条手柄、蒙皮权重绘制分配等等动画制作技术。主要展示烧造的过程动画有：搓泥条、脚踏板制作、筑小腿、袍子盘筑、塑身躯塑手臂修细节、塑手并安装、塑头修细节安装、阴干、入窑烧制。首先通过Maya软件制作角色模型，将前期绘制好的角色平面三视图导入到软件中制作角色模型，按照制作模型的规范，塑造结构形态，拓扑布线符合动画制作时的布线要求。然后对角色模型进行骨骼与蒙皮制作，骨骼通过关节链条进行连接，在需要运动的位置添加骨骼关节，通过蒙皮将模型与骨骼产生关联，通过蒙皮权重绘制将骨骼对模型权重的分配调整好达到制作动画的要求。
4、兵马俑烧造场景集成和优化模块40
该模块包含了(1)Unity3D引擎的导入和设置、(2)兵马俑烧造场景的灯光设定和(3)兵马俑烧造场景的优化。
(1)Unity3D引擎的导入和设置
将在Maya、3DMax软件中制作的场景地形、建筑、环境景观、道具、动画等物体模型分别导出FBX格式文件，随后全部导入到Unity3D资源中，再根据原画设计进行规划和摆放，最终形成虚拟场景的整体模型。因为Unity3D和3DMax之间的比例是100:1，因此导出模型时将尺寸单位修改为厘米。其次在模型导出时，在导出的设置窗口需要勾选几何体、动画、摄像机、灯光、嵌入媒体等，方便在Unity3D的系统里再行编辑。导出的文件为FBX格式，存放在Unity3D的项目文件下，当新的文件保存进入Assets文件夹之后，在Unity3D的操作面板中，会自动的引入项目目录中，且在项目目录里，系统将模型、动画、材质等等进行分离，归入各个参数列里。
将Maya动画导入到Unity3D时需要选中要导出的动画物件，然后在操作界面点选编辑-关键帧-烘焙模拟，对动画进行烘焙，只有经过烘焙后的动画在Unity3D中才能播放，在烘焙模拟选项中需要点选形状，时间范围设定为时间滑块，烘焙到基础动画，烘焙层选择保持，采样频率设置为1、并勾选：保持未烘焙关键帧、禁用隐式控制、展开旋转。同样将文件保存为FBX格式，再将FBX文件导入到Unity3D中。在Unity3D中设置动画类型为Legacy，并将动画设置为循环播放。
(2)兵马俑烧造场景的灯光设定
Unity3D拥有一套独立的灯光系统，其中有三种基本的灯光渲染方式：方向光、电光和聚光。方向光源又称作平行光，它的光源发散方式类似于太阳光，一般在场景当中放在较远的位置，系统默认光线可以影响到所有场景内的物体。点光的发散方式类似于一盏灯，从它的位置开始向四周进行扩散发散光线。聚光灯的发散方式类似于射灯，从一点出发，向一个方向进行发射，与点光所不同的是，它的光线只有具体的某一个方位的朝向性。通过对兵马俑烧造场景的分析，认为所需场景的光线应该较暖，于是把光线调到0.2以内，并在背光处补了一盏方向光，把光线调到更低。另外，在一些细节处，需要特别照亮的部位，多打了几盏点光源，用来模拟日光灯效果。此外，在场景中赋予天空盒子，把整个场景包围进一个大的环境里，在场景边缘处贴上不同天空的景象图片，从而营造出天气氛围。
(3)兵马俑烧造场景的优化
在Unity3D场景中，每绘制一个图形，本质上调用OpneGL或者DirectX这样的API，因此在制作场景的过程中会产生一定程度上的性能消耗。DrawCall是OpenGL中描述绘制次数的一个量，在系统开发过程中DrawCall量的不断增加就会带来系统体验的性能问题，所以要在Unity3D中对场景进行优化。本系统中使用了批处理来达到降低DrawCall的目的，批处理可以通过对物体网格的重组来获得更高的绘制效率。兵马俑烧之场景中不同的物体间共享材质，则直接通过静态批处理降低DrawCall。相对静态批处理而言，动态批处理的要求更为严格一些，它要求批处理的动态对象具有一定的顶点，所以场景中小于900个顶点属性网格的模型使用了动态批处理。
静态批处理就是将场景中相对来说“静态”的物体都勾选Static选项，兵马俑烧造场景中的烧造动画使用动态批处理进行优化。
下面是一个将多个物体合并为一个物体的脚本实例：
本发明的优点包括：
(1)创新兵马俑文物展示方式
本系统利用3D物体建模技术、模型贴图技术、Maya三维动画制作技术、Unity3D场景集成技术、Unity3D自然环境模拟技术设计,在系统所需的场景、动画等制作好后，将其全部导入Unity3D中进行糅合。并实现了带有秦朝时代特色的3D兵马俑烧造场景,营造出秦代流水线的造俑过程，工匠繁忙、各司其职的烧造环境。
在大数据时代的文物历史研究中，本系统使用的虚拟现实技术，并结合网络技术，可以兵马俑文物及其烧造程序的展示、保护提高到一个崭新的阶段。首先，将兵马俑模型数据通过3D扫描技术采集，保存该文物原有的各项数据等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存，这样，这一件文物就可以更加完整的得到各方面的记录与分析，资料也会在这个过程中变得更加充实和详尽；其次，本系统可以实现更加全面、生动、逼真地展示文物，从而使文物脱离空间上的限制，做到资源共享。
(2)再现俑的烧造工艺
本系统让用户可以戴上VR眼镜身临其金般的观看兵马俑塑造的过程，增强文物知识的趣味性和科普性。以这种方式来再现历史，虽不能完全反映历史，却可概括出历史的轮廓。过去，我们对塑造俑的泥条盘筑法只是从文字上有所了解，但这毕竟是间接的了解。本系统中的兵马俑烧造动画再现泥条盘筑法仿制秦俑，向我们直接显示出泥条盘筑的具体方法和步骤，可以使我们清楚地看到初步成形、组装、雕饰、刻划的全过程，从而使我们认识到秦俑的制作并不神秘，并不复杂，揭开烧造兵马俑的神秘面纱。
(3)本发明通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源，并且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物，从而使文物脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。使用VR技术可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物展示和保护的现代化。
本发明实施例描述如下：
本发明的沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统开发所使用的工具包括了扫描过程中使用了2台惠普HPZBook 15图形工作站及Creaform Handyscan700手持式三维激光扫描仪、VXelement处理软件；其中：快门速度(Shutter Speed)设定为0.2，扫描精度(ScanningAccuracy)设定为0.02mm，标记点以小于10cm间距成不规则分布设定，设备与文物间距保持在10-45cm之间，做均匀滑动，点云数据存储为CSF格式。
沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统在博物馆中落地供游客体验需要有设备和场地保障。本发明的沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统体验所使用的设备包括VR设备具体为HTC与Valve联合开发的一款VR头显(虚拟现实头戴式显示器)产品HTC Vive，此设备允许用户戴上头显后，在一定的追踪范围内15英尺X 15英尺(约4.57米X 4.57米)移动，其激光和光敏传感器可捕捉用户的移动动作、位置，并还原到虚拟现实中，所以若在体验此系统时需要满足一定的空间场地需求。
Claims (2)
1.一种沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统，其特征在于，该系统包括虚拟场景搭建模块(10)、兵马俑烧造场景设计与搭建模块(20)、兵马俑烧造的动画制作模块(30)以及兵马俑烧造场景集成和优化模块(40)；其中：
所述虚拟场景搭建模块(10)利用3D物体建模技术、模型贴图技术、Maya三维动画制作技术、Unity3D场景集成技术、Unity3D自然环境模拟技术设计，在系统所需的场景、动画等制作好后，将其全部导入Unity3D中进行糅合；并实现了带有秦朝时代特色的3D兵马俑烧造场景；
所述兵马俑烧造场景设计与搭建模块(20)包含了兵马俑烧造场景的3D建模和兵马俑烧造场景的模型贴图制作；
其中的兵马俑烧造场景的3D建模具体为：创建模型时，将建筑群模型组以单位划分，在三维软件里，通过多边形建模的方式，将每一个单位进行搭建，最后以搭积木的方式，将这些分散的部分堆叠到一起组成建筑群。本系统的场景制作本着这样两个标准来进行，在远观、鸟瞰时，模型和场景因为远离摄像机镜头，模型本身也没有动态行为时，采用面片较少，大致表现其基本形态的粗模；而在镜头拉近，摄像机内出现模型具体细节时，着重刻画这一具体部位，力求其在画面中的精致，这就是细模。另外，不论是粗模还是细模，都是按照画面中场景1:1的比例来进行制作；
所述兵马俑烧造的动画制作模块(30)，应用Maya的路径动画、关键帧动画、表达式动画、变形动画、驱动动画形式，使用包括变形器、约束、非线性动画编辑系统、骨骼及蒙皮系统等高级动画制作工具，包括骨骼系统、IK样条手柄、蒙皮权重绘制分配等等动画制作技术；
所述兵马俑烧造场景集成和优化模块(40)包含了Unity3D引擎的导入和设置、兵马俑烧造场景的灯光设定和兵马俑烧造场景的优化；
其中所述的Unity3D引擎的导入和设置具体为：将在Maya、3DMax软件中制作的场景地形、建筑、环境景观、道具、动画等物体模型分别导出FBX格式文件，随后全部导入到Unity3D资源中，再根据原画设计进行规划和摆放，最终形成虚拟场景的整体模型；
所述的兵马俑烧造场景的优化具体为：在Unity3D场景中，每绘制一个图形，本质上调用OpneGL或者DirectX这样的API。
2.如权利要求1所述的一种沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统，其特征在于，其中对所述OpenGL中的描述绘制次数的一个量DrawCall进行的优化处理是：兵马俑烧之场景中不同的物体间共享材质，则直接通过静态批处理降低DrawCall；场景中小于900个顶点属性网格的模型使用了动态批处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811315406.3A CN109671161A (zh) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | 沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811315406.3A CN109671161A (zh) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | 沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109671161A true CN109671161A (zh) | 2019-04-23 |
Family
ID=66141995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811315406.3A Pending CN109671161A (zh) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | 沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109671161A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110490969A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-22 | 天津大学 | 基于虚拟现实技术的秦代战车模拟驾驭系统的设计方法 |
| CN111161387A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 华东理工大学 | 堆叠场景下合成图像的方法及系统、存储介质、终端设备 |
| CN113609642A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-05 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 在沉浸式虚拟现实环境下工程机械产品虚拟可视化方法 |
| CN113923246A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-11 | 深圳市史夫特安全技术事务有限公司 | 一种沉浸式在线视频场景体验的方法及装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106157359A (zh) * | 2015-04-23 | 2016-11-23 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种虚拟场景体验系统的设计方法 |
| WO2018106198A1 (en) * | 2016-12-10 | 2018-06-14 | Yasar Universitesi | Viewing three-dimensional models through mobile-assisted virtual reality (vr) glasses |
-
2018
- 2018-11-06 CN CN201811315406.3A patent/CN109671161A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106157359A (zh) * | 2015-04-23 | 2016-11-23 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种虚拟场景体验系统的设计方法 |
| WO2018106198A1 (en) * | 2016-12-10 | 2018-06-14 | Yasar Universitesi | Viewing three-dimensional models through mobile-assisted virtual reality (vr) glasses |
Non-Patent Citations (13)
| Title |
|---|
| ALIAS/WAVEFRONT编著: "《Maya 3.0完全手册 教程篇》", 中国青年出版社, pages: 11 - 20 * |
| 吴予忠等: "基于Unity3D的航空发动机虚拟维修仿真系统的开发", 《科技创新导报》 * |
| 吴予忠等: "基于Unity3D的航空发动机虚拟维修仿真系统的开发", 《科技创新导报》, no. 10, 1 April 2018 (2018-04-01) * |
| 宋传磊等: "Unity3D虚拟现实场景分析与设计", 《中国市场》 * |
| 宋传磊等: "Unity3D虚拟现实场景分析与设计", 《中国市场》, no. 18, 28 June 2017 (2017-06-28) * |
| 岩井雅幸 著: "《精解uGUI-Unity UI设计与开发从入门到精通》", 31 October 2017, pages: 153 - 154 * |
| 范淑媛等: "基于Unity3d的消失模铸造虚拟现实系统研发", 《实验室研究与探索》 * |
| 范淑媛等: "基于Unity3d的消失模铸造虚拟现实系统研发", 《实验室研究与探索》, no. 05, 15 May 2018 (2018-05-15) * |
| 蒋明音: "虚拟现实技术在虚拟景区设计中的应用研究――以亳州曹操运兵道为例", 《佛山科学技术学院学报(自然科学版)》 * |
| 蒋明音: "虚拟现实技术在虚拟景区设计中的应用研究――以亳州曹操运兵道为例", 《佛山科学技术学院学报(自然科学版)》, no. 03, 15 May 2018 (2018-05-15) * |
| 郑志强: "基于体感的老年数字娱乐系统设计与开发研究——以"3D水墨画古诗学习"游戏为例", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
| 郑志强: "基于体感的老年数字娱乐系统设计与开发研究——以"3D水墨画古诗学习"游戏为例", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, 31 July 2013 (2013-07-31), pages 2 * |
| 霍笑游等: "虚拟现实――秦兵马俑遗址与文物的数字化保护与展示", 《东南文化》, no. 04, 1 October 2009 (2009-10-01), pages 1 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110490969A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-22 | 天津大学 | 基于虚拟现实技术的秦代战车模拟驾驭系统的设计方法 |
| CN111161387A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 华东理工大学 | 堆叠场景下合成图像的方法及系统、存储介质、终端设备 |
| CN111161387B (zh) * | 2019-12-31 | 2023-05-30 | 华东理工大学 | 堆叠场景下合成图像的方法及系统、存储介质、终端设备 |
| CN113609642A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-05 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 在沉浸式虚拟现实环境下工程机械产品虚拟可视化方法 |
| CN113609642B (zh) * | 2021-07-02 | 2023-05-05 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 在沉浸式虚拟现实环境下工程机械产品虚拟可视化方法 |
| CN113923246A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-11 | 深圳市史夫特安全技术事务有限公司 | 一种沉浸式在线视频场景体验的方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109671161A (zh) | 沉浸式兵马俑烧造过程虚拟体验系统 | |
| CN109887084A (zh) | 一种利用浸入式虚拟现实技术用于城市规划的方法 | |
| Carmo et al. | 3D virtual exhibitions. | |
| CN104077802A (zh) | 增强虚拟场景实时仿真图像显示的方法 | |
| CN105809733A (zh) | 基于SketchUp 的校园三维手绘地图构建方法 | |
| CN106204735A (zh) | Unity3D地形数据在Direct3D 11环境中的使用方法 | |
| Lu et al. | Design and implementation of virtual interactive scene based on unity 3D | |
| CN109584348A (zh) | 一种基于虚拟现实技术的秦俑虚拟彩绘系统的设计方法 | |
| CN110298135A (zh) | 基于bim技术的园林景观数字建模的方法和系统 | |
| Gabellone et al. | From museum to original site: A 3d environment for virtual visits to finds re-contextualized in their original setting | |
| CN116228960A (zh) | 虚拟博物馆展示系统的构建方法、构建系统和展示系统 | |
| CN111915710A (zh) | 基于实时渲染技术的建筑渲染方法 | |
| Valzano et al. | The Gallery of the Castromediano’s Castle. Three-dimensional reconstruction and virtual representation | |
| CN106683165A (zh) | 文化遗产的四维可视化方法 | |
| CN101702243B (zh) | 一种基于关键队形约束的群体运动实现方法及系统 | |
| Fanini et al. | A new approach from 3D modelling and scanning of archaeological data to realtime online exploration | |
| CN106780700A (zh) | 一种基于vr技术的游戏个性化3d着色方法 | |
| Mueller et al. | Photo-realistic and detailed 3d modeling: The Antonine nymphaeum at Sagalassos (Turkey) | |
| Wang | Construction of the Three-dimensional Virtual Campus Scenes’ Problems and Solutions | |
| Bai | Research on 3D landscape design simulation platform under virtual reality architecture | |
| Li et al. | Research on the application of 3D animation in the digitization of cultural relics-Take Yellow Crane Tower as an example | |
| Liu | Design of virtual display system for Guangxi minority scenic spots based on virtual reality | |
| Wen | Construction of Three-Dimensional Indoor Environment Design System Based on Artificial Intelligence Algorithm | |
| Bosco et al. | VIRTUAL RTI APPLICATION ON 3D MODEL FOR DOCUMENTATION OF ANCIENT GRAFFITI: PROPOSAL OF A METHODOLOGY FOR COMPLEX ARCHAEOLOGICAL SITES | |
| Gao | The Film and Television Department, Wuxi City College of Vocational Technology, Wuxi, Jiangsu, China gzp121@ 126. com |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190423 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |