宋代界畫裸眼立體三維數(shù)字化展示研究

孫旭苗

溫州大學(xué)美術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院

一、研究背景

作為傳統(tǒng)繪畫中獨(dú)立的繪畫主體，界畫用其獨(dú)特的藝術(shù)語言生動(dòng)地記錄了中華民族各個(gè)歷史時(shí)期不同的社會(huì)風(fēng)貌和審美風(fēng)格。但歷代名家畫論對(duì)其評(píng)價(jià)并不太高，以至于界畫在后世并未受到過多重視，這也在一定程度上影響了界畫的發(fā)展。如唐代繪畫理論家張彥遠(yuǎn)在《論畫六法》中評(píng)論“至于臺(tái)榭樹石，車輿器物，無生動(dòng)之可擬，無氣韻之可侔，直要位置向背而已?！?這種評(píng)價(jià)間接導(dǎo)致了界畫畫家的傳記及其畫作極少被收錄于畫史典籍，使得后世對(duì)中國古代建筑畫的研究具有一定的局限性與難度。盡管如此，在歷史上，歷朝歷代仍然有許多畫家致力于創(chuàng)作優(yōu)秀的界畫作品。正是他們嘔心瀝血所創(chuàng)作的畫作流傳至今，才使后世擁有更加豐富翔實(shí)的珍貴歷史文化資料，也為后世了解當(dāng)時(shí)的建筑風(fēng)格，了解當(dāng)時(shí)的社會(huì)生活狀況、市場(chǎng)民俗風(fēng)貌提供了便利。而目前對(duì)界畫的學(xué)術(shù)研究是通過從建筑圖像的研究到對(duì)建筑本體及其文化底蘊(yùn)的研究，從而深入探索其所蘊(yùn)含的生態(tài)思維、審美意蘊(yùn)和更高層次的歷史文化內(nèi)涵。由于界畫所具備的高度審美價(jià)值和寶貴的歷史意義，值得我們給予充分的關(guān)注。

一般而言，人們可以通過多種方式感知物質(zhì)世界，例如視覺、聽覺和嗅覺。其中，視覺數(shù)據(jù)占人類感知信息總量的80%以上，因此，視覺是獲取外界信息的主要渠道。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，3D影像的出現(xiàn)可以滿足人們對(duì)沉浸感和新鮮感的需求，但這種技術(shù)在古代傳統(tǒng)繪畫中很少使用。鑒于此，以宋代界畫為研究出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)字三維重建與裸眼立體技術(shù)，將畫作從二維平面轉(zhuǎn)向三維空間到四維時(shí)間的裸眼動(dòng)態(tài)立體展示。從宋代的社會(huì)背景和審美思維等角度來探討界畫的發(fā)展，并運(yùn)用裸眼動(dòng)態(tài)立體技術(shù)對(duì)其進(jìn)行全面綜合的解析，使得人們能夠重新審視界畫在畫學(xué)中的地位以及價(jià)值，為大畫學(xué)科添磚加瓦。

在《“十三五”規(guī)劃》中明確提出要發(fā)展新一代裸眼3D顯示技術(shù)，裸眼3D被定性為“最有生命力且終將成為顯示技術(shù)共性平臺(tái)的下一代顯示技術(shù)”。 裸眼3D技術(shù)不管在現(xiàn)在還是在未來都有著巨大的潛力，且由于國家政策的推動(dòng)與大力支持，國內(nèi)外很多公司都在積極涉足裸眼3D技術(shù)領(lǐng)域，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境也更加成熟，人們物質(zhì)生活水平的提高和日益增長(zhǎng)的審美需求，使得裸眼3D技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展勢(shì)在必行。通過對(duì)宋代界畫的數(shù)字化立體展示研究，進(jìn)一步打破傳統(tǒng)與現(xiàn)代的界限，克服傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)結(jié)合的阻礙和諸多限制，為宋代界畫的再呈現(xiàn)注入新鮮的血液。

二、研究?jī)?nèi)容

采用數(shù)字三維重建與裸眼立體技術(shù)，利用攝影測(cè)量在電腦模擬產(chǎn)生三維的虛擬畫作，結(jié)合裸眼立體技術(shù)，在裸眼3D顯示器上展示動(dòng)態(tài)虛擬且立體地界畫畫面，構(gòu)建一個(gè)虛實(shí)疊加的觀賞效果。裸眼動(dòng)態(tài)立體的實(shí)時(shí)交互盡可能展現(xiàn)宋代界畫畫作的色彩、景象、層次，實(shí)現(xiàn)界畫風(fēng)格的虛擬仿真，使觀者產(chǎn)生觸手可及且身臨其境般的視覺、觸覺等感官的模擬體驗(yàn)。具體內(nèi)容如下：

（一）構(gòu)建宋代界畫三維數(shù)字場(chǎng)景，通過資料收集、技術(shù)提煉，進(jìn)行宋代界畫三維建構(gòu)方案設(shè)計(jì)。通過 maya、3dmax、photoshop 等三維軟件和平面軟件進(jìn)行宋代界畫的建模、色彩材質(zhì)表現(xiàn)與內(nèi)外參數(shù)分析，完成界畫的三維構(gòu)建。其具體有五大步驟：

1.圖像獲?。涸谶M(jìn)行圖像處理之前，使用相機(jī)獲取畫作的 2D 圖像；

2.攝像機(jī)標(biāo)定：通過攝像機(jī)標(biāo)定來建立有效的成像模型，結(jié)合圖像的匹配結(jié)果得到空間中的三維點(diǎn)坐標(biāo)，從而達(dá)到進(jìn)行三維重建的目的；

3.特征提取

4.立體匹配：根據(jù)所提取的特征來建立圖像之間的一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是將同一物理空間點(diǎn)的兩幅不同圖像中的成像點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)起來；

5.三維重建：有了比較精確的匹配結(jié)果，結(jié)合攝像機(jī)標(biāo)定的內(nèi)外參數(shù)，就可以獲得三維場(chǎng)景信息。

（二）構(gòu)建界畫裸眼3D動(dòng)態(tài)的虛擬仿真交互。采用4K裸眼立體顯示器構(gòu)建人機(jī)交互界面下的裸眼呈現(xiàn)，完善和實(shí)現(xiàn)界畫的沉浸式交互體驗(yàn)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)具體步驟如下：

1.三維圖像輸入：拉伸、拆分和緩存輸入的三維圖像；

2.多視點(diǎn)視圖：生成9個(gè)不同視點(diǎn)的視圖，每個(gè)視圖略有不同；

3.圖像融合：將生成的9個(gè)不同視點(diǎn)的視圖按照柱狀透鏡裸眼3D顯示屏子像素排列要求進(jìn)行排列，合成裸眼3D圖像，并送到HDMI接口；

4.圖像輸出。

（三）實(shí)現(xiàn)觸手可及且身臨其境般的視覺、觸覺等感官的虛擬交互與體驗(yàn)。不需要電腦和沉浸式立體頭盔設(shè)備，體驗(yàn)超乎常規(guī)的虛擬仿真畫面，從而在虛實(shí)疊加的觀賞環(huán)境中，吸引更多的人深入了解宋代界畫的歷史背景和其傳承的優(yōu)秀文化精神。

（四）向溫州大學(xué)美術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院師生開放體驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試并優(yōu)化裸眼動(dòng)態(tài)立體仿真界畫的藝術(shù)性、文化性、繪畫性及交互性體驗(yàn)。根據(jù)師生測(cè)試結(jié)果優(yōu)化畫面內(nèi)容，再次向外院師生開放體驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)項(xiàng)目做最終優(yōu)化，從而完善項(xiàng)目成果。

此外，通過研究的不斷實(shí)踐測(cè)試優(yōu)化，來繼續(xù)探索和研究其可拓展性，從而加大推廣力度。

三、研究特色

（一）探索裸眼動(dòng)態(tài)立體顯示在古代傳統(tǒng)繪畫中的應(yīng)用價(jià)值。

（二）本項(xiàng)目盡可能使虛擬動(dòng)態(tài)立體展現(xiàn)的畫面接近還原宋代界畫畫作的風(fēng)格、色彩、景象、層次，實(shí)現(xiàn)界畫風(fēng)格的虛擬仿真。

（三）宋代界畫具有繪畫性、藝術(shù)性、文化性，裸眼動(dòng)態(tài)立體虛擬仿真能夠在基礎(chǔ)上放大其優(yōu)良的特質(zhì)，實(shí)現(xiàn)宋代界畫文化內(nèi)涵的有效傳播。

（四）人機(jī)交互界面下的裸眼呈現(xiàn)，有利于觀者自主、實(shí)時(shí)、創(chuàng)新地進(jìn)行裸眼交互體驗(yàn)，進(jìn)一步探索畫作背后的深層內(nèi)涵與創(chuàng)作背景。

（五）有利于為古代建筑研究提供新的研究方向，新的研究視角，進(jìn)一步解讀宋人理想的城市、建筑和環(huán)境。

（六）裸眼3D技術(shù)對(duì)宋代界畫的傳承性創(chuàng)新與展示提供了新的途徑。以宋代界畫為核心，以裸眼3D技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)。裸眼3D技術(shù)作為新興技術(shù)，它不僅在表現(xiàn)形式上改變了宋代界畫，也為宋代界畫帶來了傳統(tǒng)傳承形式的創(chuàng)新。通過裸眼3D技術(shù)制作出來的宋代界畫動(dòng)態(tài)立體形象會(huì)更適合現(xiàn)代大眾的觀賞口味。比較以往傳統(tǒng)形式的宋代界畫，新的裸眼動(dòng)態(tài)立體界畫能夠提升觀者欣賞畫作時(shí)視、感等多重感知，帶來充滿沉浸感的觀畫感受，讓更多當(dāng)代年輕人更容易主動(dòng)接觸并了解宋代界畫的歷史意義，并且為學(xué)術(shù)界深挖界畫中蘊(yùn)含的生活思想、美學(xué)內(nèi)涵以及更高層次的文化意義提供新的研究途徑與方向。

四、研究必要性

（一）將對(duì)宋代界畫的起源、演變及社會(huì)背景、文化心理、藝術(shù)品格、美學(xué)思想等進(jìn)行系統(tǒng)梳理。

（二）通過對(duì)宋代界畫的虛擬仿真創(chuàng)新呈現(xiàn)，分析界畫作為中國傳統(tǒng)繪畫的形式、內(nèi)容、表現(xiàn)技法和藝術(shù)特征。且人機(jī)交互界面下的裸眼動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，有利于觀者自主、實(shí)時(shí)、創(chuàng)新地進(jìn)行裸眼交互體驗(yàn)，進(jìn)一步探索畫作背后的深層內(nèi)涵與創(chuàng)作背景，實(shí)現(xiàn)對(duì)宋代界畫的進(jìn)一步深入研究以及發(fā)展與傳承。

（三）開發(fā)發(fā)掘界畫對(duì)中國古代社會(huì)生活和繪畫發(fā)展的意義。

（四）宋代界畫由二維平面轉(zhuǎn)入三維空間到四維時(shí)間的動(dòng)態(tài)立體顯示，裸眼動(dòng)態(tài)立體效果增添界畫的趣味性、生動(dòng)性、觀賞性與沉浸交互性，激發(fā)當(dāng)代新青年對(duì)古代傳統(tǒng)畫作的了解興趣，實(shí)現(xiàn)對(duì)界畫文化的有力傳承。

（五）宋代界畫具有繪畫性、藝術(shù)性、文化性，研究盡可能使虛擬立體展現(xiàn)的畫面接近還原宋代界畫畫作的風(fēng)格、色彩、景象、層次，實(shí)現(xiàn)界畫風(fēng)格的虛擬仿真。裸眼動(dòng)態(tài)立體虛擬仿真能夠在基礎(chǔ)上放大其優(yōu)良的特質(zhì)，實(shí)現(xiàn)宋代界畫文化內(nèi)涵的有效傳播。

（六）目前，在裸眼立體顯示相關(guān)專業(yè)范圍內(nèi)，對(duì)界畫的立體呈現(xiàn)和研究的還非常少見，因此，此研究具有前瞻性和引領(lǐng)性，特色十分明顯。

五、研究技術(shù)方案

（一）實(shí)驗(yàn)研究階段

1.研究的初期階段，首先確定研究課題，通過文獻(xiàn)和案例資料的收集分析以及實(shí)地考察調(diào)研的實(shí)物資料、圖像資料分析，深入研究界畫文化內(nèi)涵、風(fēng)格特征、畫作筆法技藝以及核心技術(shù)提煉；

2.研究的中期階段，在做好充足的前期調(diào)研工作之后，對(duì)宋代界畫進(jìn)行數(shù)字三維重建與裸眼3D技術(shù)應(yīng)用，利用 maya、3dmax、Photoshop 等三維建模軟件和平面軟件對(duì)界畫進(jìn)行圖像獲取、攝像機(jī)標(biāo)定、特征點(diǎn)提取、立體匹配以及三維重建，分析其色彩材質(zhì)表現(xiàn)及內(nèi)外參數(shù)等，從而獲取完整的界畫三維場(chǎng)景信息；將獲取的界畫三維場(chǎng)景圖像輸入4K裸眼3D顯示器中，進(jìn)行拉伸、拆分以及緩存，通過多視點(diǎn)視圖模塊、圖像融合模塊對(duì)界畫三維圖像進(jìn)行技術(shù)處理，最終輸出界畫的裸眼3D圖像，完成宋代界畫虛擬裸眼動(dòng)態(tài)畫面的呈現(xiàn)；

3.研究的后期階段，運(yùn)用行動(dòng)研究法不斷進(jìn)行測(cè)試、優(yōu)化，通過實(shí)踐應(yīng)用檢驗(yàn)宋代界畫虛擬仿真是否能夠較高程度的體現(xiàn)畫作的文化性、繪畫性與藝術(shù)性，最后形成完整的研究報(bào)告。

（二）示范推廣階段

1.虛擬化布展，演示版本作品發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)端進(jìn)行推廣。首先進(jìn)行小范圍推廣，向溫州大學(xué)美術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院師生開放體驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行項(xiàng)目推廣的同時(shí)便于收到有效的優(yōu)劣點(diǎn)反饋，根據(jù)反饋信息及時(shí)地作出技術(shù)修改、調(diào)整；進(jìn)一步優(yōu)化以后，再次向外院師生開放體驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)達(dá)到項(xiàng)目推廣的目的并且根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)項(xiàng)目做最終優(yōu)化，從而完善項(xiàng)目成果。

2.與數(shù)字展廳、數(shù)字科技博覽會(huì)及博物館接軌，進(jìn)行線下優(yōu)化版本推廣。通過小范圍的試推廣，使項(xiàng)目成果趨于成熟。與文化、科技平臺(tái)進(jìn)行線下接軌，創(chuàng)新呈現(xiàn)的裸眼動(dòng)態(tài)立體界畫畫作滿足參觀者精神審美需求的同時(shí)，引發(fā)其深入探究界畫文化內(nèi)涵及意義的興趣，從而達(dá)到的不僅是對(duì)項(xiàng)目的推廣，更多的是對(duì)傳統(tǒng)文化的傳播與推廣，進(jìn)而達(dá)到重新審視界畫的地位、影響及其價(jià)值，填補(bǔ)畫學(xué)中界畫研究的某些空白或?yàn)榇螽媽W(xué)科建設(shè)添磚加瓦的目的。

六、結(jié)語

對(duì)宋代界畫進(jìn)行數(shù)字化立體展示和藝術(shù)再現(xiàn)，其一是為呈現(xiàn)界畫曾經(jīng)達(dá)到過的高度輝煌，提高當(dāng)前我國社會(huì)對(duì)于傳統(tǒng)文化的自信；其二，也是為界畫今后的文物實(shí)物保護(hù)、貯存進(jìn)行最基本的準(zhǔn)備工作。宋代界畫之中所體現(xiàn)出的中國古代建筑及社會(huì)風(fēng)貌，對(duì)于現(xiàn)代中國社會(huì)有著巨大的研究?jī)r(jià)值和歷史價(jià)值，將為大畫學(xué)科及中國當(dāng)代建筑創(chuàng)作注入活力和提供借鑒。