曾慶偉

（西藏自然科學(xué)博物館，西藏 拉薩 850000）

西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景旨在運(yùn)用VR技術(shù)真實(shí)還原西藏的山川、河流、野生動(dòng)物等。一方面通過(guò)對(duì)GIS、可視化技術(shù)研究、圖像匹配技術(shù)研究、邊緣融合技術(shù)研究、機(jī)電控制技術(shù)研究、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究、3D動(dòng)漫技術(shù)研究、高寫(xiě)實(shí)仿真技術(shù)研究、沉浸式展示技術(shù)研究、多感知體驗(yàn)技術(shù)研究的整合和再創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)公眾“游歷西藏”身臨其境參與體驗(yàn)。另一方面綜合利用3D仿真技術(shù)、圖文、動(dòng)漫、音視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種形式，把展項(xiàng)內(nèi)容由靜態(tài)呈現(xiàn)為動(dòng)態(tài)、從一維視角轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S視角全面融合創(chuàng)新［1］，再現(xiàn)西藏風(fēng)光所具有的雄偉、恢弘、秀美景色的魅力，以期給廣大公眾真切、震撼、難以忘懷的西藏印象。雅魯藏布江大峽谷、吉隆溝、羌塘大草原等是西藏最具代表性的特殊地質(zhì)構(gòu)造，針對(duì)這些地形地貌，采用沉浸式的展示方式，使游客完全被奇特險(xiǎn)峻地形環(huán)境環(huán)抱，并通過(guò)多種感覺(jué)器官，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、體表溫度、濕度、肢體受力和運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得對(duì)場(chǎng)景的全面體驗(yàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、通過(guò)3D仿真技術(shù)和多感知體驗(yàn)等技術(shù)，多角度展示雅魯藏布江大峽谷的景色多樣、曲折幽遠(yuǎn)、層巒疊翠、氣勢(shì)宏偉；展示羌塘多姿多彩的迤旎風(fēng)光，清澈的湖泊和多種多樣的生物資源，以及獨(dú)特的景色魅力，充滿人與人之間、人與自然之間的和諧文化資源。

1 探究的意義和必要性

1.1 探究的必要性

西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景以其特有的科學(xué)性、知識(shí)性、趣味性相結(jié)合的展示內(nèi)容和互動(dòng)性的展教方式，展示現(xiàn)代科技，追蹤未來(lái)科技。通過(guò)參與體驗(yàn)、寓教于樂(lè)的科普展示方式，為公眾特別是青少年提供豐富多彩、健康高尚的精神文化產(chǎn)品，營(yíng)造更加崇尚科學(xué)文化和創(chuàng)新精神的社會(huì)氛圍，從另一個(gè)方法上撬動(dòng)科技創(chuàng)新能力建設(shè)。

西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景通過(guò)展出一系列西藏特色自然文化資源，能夠使公眾科學(xué)地認(rèn)識(shí)自然、認(rèn)識(shí)宇宙、認(rèn)識(shí)社會(huì)、認(rèn)識(shí)自身，幫助公眾樹(shù)立獻(xiàn)身科學(xué)、為人類(lèi)生活環(huán)境做出應(yīng)有貢獻(xiàn)的理想和情操。從自然觀、人生觀和價(jià)值觀等方面幫助公眾樹(shù)立科學(xué)思維的知識(shí)架構(gòu)體系，使公眾成為西藏生態(tài)環(huán)境保護(hù)的親歷者、實(shí)踐者和貢獻(xiàn)者。通過(guò)展項(xiàng)互動(dòng)體驗(yàn)的設(shè)置，培養(yǎng)公眾積極探索、實(shí)事求是、勇于開(kāi)拓創(chuàng)新、獨(dú)立思考的科學(xué)精神，這種精神以一種科學(xué)氛圍的形式注入社會(huì)血脈中，成為現(xiàn)代文明的象征。從而使青少年心靈得到長(zhǎng)期潛移默化的科學(xué)熏陶，對(duì)保護(hù)中華名族特色資源地有著不可替代的意義。

探索西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景是體現(xiàn)西藏優(yōu)秀的各類(lèi)資源的窗口和名片，是把西藏獨(dú)有的特色的自然文化資源推向世界的重要助推器，更是啟迪心智的科教場(chǎng)所與普及科學(xué)文化知識(shí)的重要科學(xué)基地。

1.2 與新時(shí)代的契合度

1.2.1 探索西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景是實(shí)施全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要的本質(zhì)。拓展、夯實(shí)科普傳播載體，加大科普傳播推廣力度，以公眾喜聞樂(lè)見(jiàn)、容易接受的方式，打造特色科普傳播平臺(tái)，充分利用西藏優(yōu)勢(shì)資源推出更多的科普產(chǎn)品，使開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品公眾易于接受、易于理解，形成傳播的科普內(nèi)容與科學(xué)性、趣味性、精彩性、互動(dòng)性緊密結(jié)合的生動(dòng)局面。

1.2.2 探索西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景是適應(yīng)科學(xué)普及大環(huán)境的必然選擇。體驗(yàn)場(chǎng)景建設(shè)將充分利用網(wǎng)站、APP、VR和AR終端，結(jié)合優(yōu)質(zhì)科普資源和科普產(chǎn)品，特別是西藏的特色自然文化資源，進(jìn)一步加大科普內(nèi)容，形成西藏亮點(diǎn)品牌展項(xiàng)。實(shí)施亮點(diǎn)品牌展項(xiàng)資源“走出去”戰(zhàn)略，進(jìn)一步拓展展覽資源合作領(lǐng)域，解放思想、開(kāi)拓視野，積極探索內(nèi)地科技場(chǎng)館多種合作模式，建立“資源整合共享、科學(xué)人文共融、線上線下互動(dòng)、優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目互補(bǔ)、打造精品、惠及民生”的展覽合作內(nèi)容、模式和形式。

1.2.3 探索西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景是推進(jìn)科普信息化建設(shè)的緊迫要求。充分發(fā)揮科普?qǐng)鲳^在社會(huì)化公共服務(wù)產(chǎn)品方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，用創(chuàng)新的理念和方法提升科普產(chǎn)品和服務(wù)能力。樹(shù)立信息化思想建設(shè)，滿足公眾的科普需求，提升科普產(chǎn)品產(chǎn)出能力和創(chuàng)新服務(wù)能力。利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)吸納整合多渠道科普資源，提高科普資源，調(diào)動(dòng)公眾廣泛參與的積極性，為西藏優(yōu)秀科普資源的傳播提供優(yōu)質(zhì)平臺(tái)［2］。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有工作基礎(chǔ)

2.1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

探索西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景較為突出的主要技術(shù)有大場(chǎng)景渲染技術(shù)、相關(guān)顯示設(shè)備、感知設(shè)備、復(fù)合幻象技術(shù)、指針控制桌面交互系統(tǒng)、視頻聯(lián)動(dòng)機(jī)械展柜、360度全息影像、多媒體數(shù)字交互技術(shù)等當(dāng)前最炙手可熱的信息技術(shù)。其中，三維真實(shí)感場(chǎng)景渲染技術(shù)在國(guó)外有著很早的研究，建立了相應(yīng)的理論體系。顯示設(shè)備方面，多通道投影顯示已經(jīng)在國(guó)內(nèi)非常成熟，設(shè)備廠商有不同的解決方案，主要在亮度一致性、動(dòng)態(tài)互連的色彩輸出一致性、邊緣融合、幾何校正等方面建立合理的運(yùn)用。在互動(dòng)科普?qǐng)鼍暗慕ㄔO(shè)和運(yùn)用上探索符合中國(guó)現(xiàn)代化多媒體開(kāi)發(fā)技術(shù)的實(shí)際需求。

復(fù)合幻像系統(tǒng)的建立需要按照展項(xiàng)真實(shí)的空間位置關(guān)系和透視關(guān)系有機(jī)的結(jié)合在一起，利用燈光、光學(xué)成像等計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)搭建展品和虛幻的動(dòng)態(tài)動(dòng)畫(huà)影像和實(shí)拍的視頻影像，構(gòu)建文字、圖形、影像、動(dòng)畫(huà)、聲音及視頻等信息模塊化，使媒體具有交互展示不同展品形態(tài)的能力，極大程度上的改變公眾獲取信息的傳統(tǒng)方法，為公眾在互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代建立更加人性化、高舒適度的閱讀觀賞方式。當(dāng)前最新的多媒體信息化技術(shù)在國(guó)內(nèi)已趨于成熟，部分?jǐn)?shù)字信息化技術(shù)已達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)際水準(zhǔn)。

2.2 現(xiàn)有工作基礎(chǔ)

西藏自治區(qū)近年來(lái)在科研管理和科研水平上均有了較大的發(fā)展，西藏很多單位均承擔(dān)過(guò)多項(xiàng)國(guó)家重大項(xiàng)目。特別是開(kāi)展了與項(xiàng)目相關(guān)的前期調(diào)研，為該項(xiàng)目的進(jìn)行提供了良好的基礎(chǔ)和可行性，如“西藏自然科學(xué)博物館展陳品腳本研究”項(xiàng)目等。西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景可采用區(qū)內(nèi)和區(qū)外科研單位聯(lián)合攻關(guān)的方式進(jìn)行，由西藏自然科學(xué)博物館專(zhuān)設(shè)單獨(dú)機(jī)構(gòu)，在構(gòu)建整體框架、內(nèi)容咨詢以及建設(shè)特殊要求、展陳模型、各系統(tǒng)研發(fā)等方面起協(xié)調(diào)作用。項(xiàng)目總體工作計(jì)劃制定后，由西藏自然科學(xué)博物館組織項(xiàng)目實(shí)施工作，落實(shí)特殊任務(wù)承擔(dān)單位，簽訂合作協(xié)議書(shū)，按照協(xié)作與分工的原則，制定出具體的研究工作計(jì)劃、實(shí)施進(jìn)度、實(shí)施內(nèi)容。

3 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容

西藏特色資源互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景是針對(duì)西藏自然科學(xué)博物館展覽建設(shè)的實(shí)際需求，對(duì)科技技術(shù)及信息化技術(shù)等科普知識(shí)拓展而進(jìn)行的技術(shù)研究。

3.1 采集特色資源的數(shù)據(jù)

體驗(yàn)式創(chuàng)作是策劃的一個(gè)主要的方向，感受西藏、感知西藏是課題研究的一個(gè)關(guān)鍵的部分。所以在策劃期間組織策劃團(tuán)隊(duì)深入到西藏各地市各單位收集包括山、水、湖、動(dòng)植物、名族文化等各類(lèi)數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)的采集整理均采用專(zhuān)業(yè)地理數(shù)據(jù)、實(shí)景拍攝等方式進(jìn)行，在數(shù)據(jù)采集整理后形成體驗(yàn)場(chǎng)景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的第一手資料，然后再進(jìn)行策劃案的編寫(xiě)。

3.2 搭建物理庫(kù)

搭建物理庫(kù)主要分為兩個(gè)大的模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)，光學(xué)引擎和力學(xué)引擎，均采用無(wú)網(wǎng)格化的粒子方案進(jìn)行。利用無(wú)網(wǎng)格化的粒子賦予材質(zhì)和物理性質(zhì)，模擬光線在不同材質(zhì)中的反射和折射的現(xiàn)象以及物質(zhì)在細(xì)化粒子的情況下的力學(xué)仿真。

3.3 建立和渲染可視化大場(chǎng)景模型

可視化大場(chǎng)景模型建立在實(shí)地考察、攝像圖片的基礎(chǔ)上結(jié)合專(zhuān)業(yè)地理數(shù)據(jù)，進(jìn)行手繪的工作，將西藏地理地貌形成手繪草圖，然后再形成三維的模型，進(jìn)行大場(chǎng)景的渲染。為提高資金的利用效率，突破相關(guān)自主知識(shí)產(chǎn)品限制，在當(dāng)前的顯卡硬件架構(gòu)下，開(kāi)發(fā)最優(yōu)算法，充分發(fā)揮CPU與GPU性能，消除局部效率瓶頸，達(dá)到最優(yōu)的渲染效果，甚至可以利用網(wǎng)絡(luò)渲染技術(shù)進(jìn)行渲染工作，由科考專(zhuān)家和科普專(zhuān)家參與任務(wù)。

3.4 完成特效和后期處理

在完成物理庫(kù)的基礎(chǔ)上完成視頻的特效加工工作，主要包括雪山粒子效果、冰山效果、眩光、霧效、風(fēng)雨雪、雪崩等效果。在后期制作方面，按照電影級(jí)專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)，畫(huà)面節(jié)奏、色彩、動(dòng)態(tài)附屬元素、音效等保證科學(xué)性的同時(shí)，兼顧較高的審美藝術(shù)品味，達(dá)到公眾親臨其境的切身感受的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今時(shí)代是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、信息化時(shí)代，更是一個(gè)高度開(kāi)放共享、互聯(lián)互融的時(shí)代，科普信息化發(fā)展的環(huán)境、條件、任務(wù)、要求等發(fā)生了新的變化。因此，科普方式必須要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展、貼合需求，才能為人民謀幸福、才能提升全民科學(xué)素質(zhì)、促進(jìn)西藏的全面發(fā)展［3］。西藏高原具有壯麗的云峰、冰川、湖泊、東西分流的大河、奇特的大峽谷以及與復(fù)雜的氣候相適應(yīng)的植物群落和動(dòng)物群，呈現(xiàn)罕見(jiàn)的特色自然資源的多樣性和生動(dòng)性。把這些豐富而生動(dòng)自然資源反映到科普展示平臺(tái)上，通過(guò)科技與科普內(nèi)容、科技與信息的結(jié)合，有效分析互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代科普的服務(wù)對(duì)象、需求、資源優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，深層次傳播和普及科學(xué)文化知識(shí)，從而培育出特色展覽科普品牌，使一般性科普深度化、精品化和大眾化。

場(chǎng)景探究的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)在于大場(chǎng)景渲染技術(shù)、沉浸式顯示設(shè)備的集成技術(shù)、多感知體驗(yàn)設(shè)備的集成應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，通過(guò)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、3D動(dòng)漫技術(shù)、多感知體驗(yàn)等實(shí)現(xiàn)“游歷西藏”功能，觀眾可以在博物館場(chǎng)館內(nèi)就能多感知體驗(yàn)不同環(huán)境下的“真實(shí)”狀態(tài)。探究的目標(biāo)是針對(duì)西藏自然科學(xué)博物館建設(shè)的實(shí)際需要，解決“游歷西藏”存在的軟硬件問(wèn)題，以建設(shè)具有高寫(xiě)實(shí)、沉浸感、多感知體驗(yàn)的西藏模擬探險(xiǎn)系統(tǒng)，讓公眾通過(guò)互動(dòng)體驗(yàn)場(chǎng)景的游歷了解和參觀神奇的自然景觀、魅惑的名族文化，給廣大公眾帶來(lái)的科技樂(lè)趣和科技魅力，做到“足不出館，游遍西藏”的感受。