【摘要】：本文对增强现实的概念、特征进行了总结并重点论述了AR技术在古迹复原和数字化文化遗产保护中的应用现状、应用场景、现存问题及未来的发展趋势。

关键词：AR、古迹复原、真实场景、虚拟信息、文化遗产、数字化

1. AR的概念及特征

1.1 AR的概念

增强现实(Augmented Reality)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，也被称为扩增现实，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”[1]。 

1.2 AR技术的特征

AR主要融合了跟踪注册技术、显示技术、虚拟物体生成技术、交互技术、合并技术等，具有三个突出的特点：

（1）真实世界和虚拟世界的信息集成；

（2）具有实时交互性；

（3）是在三维尺度空间中增添定位虚拟物体[2]。

AR技术可广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域，本文主要探讨其在古迹复原和数字化文化遗产保护中的应用。

2. AR在古迹复原中的应用现状与存在问题

2.1 AR技术在古迹复原中的应用现状

AR技术是在现实生活中增加一些虚拟信息，它是真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间，从而让人们对真实存在的事物有更加全面、直观、动态的理解。在古迹复原的过程中，AR技术强调复原人类视觉的功能，对周围真实场景进行3D建模，通过终端的摄像头、数据头盔，使人们得以看到数千年前的文物全貌和介绍文物的详细数据，使人们的感官觉察在现实世界中得以加强。古迹复原的一般系统由计算机服务器、无线网络、个人数据助力（PDA）客户端组成，通过头戴式显示器、特制眼镜、使人们从虚拟视角可以在现场看到已经残缺的或不存在的古迹复原的效果。

故宫的360度全景展现、国外帕特农神庙的实景再现、清明上河图的动态风采……都运用了增强现实技术。在北京国际设计周期间，题为“再现阜成门”的设计格外引人注目，它通过增强现实技术再现了上个世纪消失的建筑，通过computer vision技术使现实与虚拟结合。现如今，现代化的快速发展加快了古迹的消亡速度，随着这些古老建筑的慢慢流逝，我们当下能从现实生活中找回的记忆认证、历史特点、社会状况反应也逐渐减少。通过AR技术，利用计算机，在显示实际场景时添加一些由计算机生成的图像、视频，让使用者能够与虚拟事物和信息进行一定的交互。这时，虚拟的文物古迹会和现实的古迹残留和特定场景融为一体，通过显示屏、摄像机、跟踪与传感系统等硬件设备的支持使参观者看到了古迹的文字解说和虚拟重构。

最近的古迹复原技术已在著名文物遗址方面取得了显著的成效，在圆明园的重建中，我们抛开了造价极高的真实现场复原方式，选择了AR技术，在遗址现场实时直观地恢复出昔日的壮丽辉煌景象，并与当前遗址形成了鲜明对比。该项目以圆明园西洋楼景区大水法区域为背景，重建大水法、线法山及其山门、观水法、海晏堂和东西水塔[3]。在真实背景中增强重建景物，采用三种不同模式，定点单用户旋转镜筒式、PDA自助导游式、头盔移动式，使这个令国人遗憾许久的皇家园区以真实详尽的方式得以重现，充分体现了AR的3D建模技术。 

2.2 AR技术在古迹复原中的存在问题

然而，当今的古迹复原场景局限于重要的著名的历史遗迹，很难向县、乡级地方的古迹扩展，地方人民都有着古迹的追忆情结和浓重的感情色彩，譬如地方的县衙、文庙、老街道、老胡同、寺庙……如果也能够运用AR技术得以补全、重现，那会是当地人们的一份翘首期盼的心灵慰藉。在观看的过程中仪器的获得、佩戴、使用方式也是一个问题，当前这种技术未向中下层应用群体普及，地方的相关基础设施不完善、经济财政保障不充足、维修防护技术不健全、旅游参观等文化产业、第三产业不发达等，都阻碍了AR技术古迹复原在地方的应用与推广。

3. AR在数字化文化遗产保护中的应用场景与技术分析

3.1 AR技术在数字化文化遗产保护中的应用场景

文化遗产是不可再生的历史文化资源，修复文化遗产，借助AR技术运用数字化方式展现、保护，有着独一无二的效果和关乎文明传承发展的重大意义。下面是其具体研究状况和其技术应用联系：

（1）具体研究状况

目前，对数字化技术在文化遗产保护与开发中的应用研究方面，学者周明全等分析介绍了常用的数字化技术及其设备与工作原理，并阐述文物修复的基本方法；学者刘杰等对3D打印技术在文物修复方面的可行性方案进行探索，并提出基本的修复工艺步骤；学者王海南以贵州少数民族文化为例，研究逆向工程技术在文化遗产保护中的应用；学者雷蔓等以布艺工艺品为例，提出数字化技术应用能够有效缩短开发周期、提高产品质量，为民族工艺品的数字化保护与开发提供了新途径[4]。

殷墟是河南安阳的商代文化遗址，其数字化文化遗产保护具有非常明显的优势，数字记录与数字保存有利于保证殷墟文化遗产的整体性，建立永久档案和数据库，利用逆向工程、3D建模、虚拟现实等技术，实现数字再现与复原。

（2）技术应用联系

首先，利用三维扫描技术将艺术品、文物、建筑等进行数字化，生成数字模型库，建立数字博物馆。其次，对于变形严重、破损面积较大的文物，数字化修复可减少对文物的二次伤害，对缺损部分的制作都可在与文物在非接触的情况下完成。再次，数字化技术也为碎片文物的拼合提供创新方法，将碎片进行编号后扫描、 建模、打印，减少试错及对原件的损坏[5]。数字化技术在殷墟文化遗产中的运用，可以贯穿文物发掘、修复、宣传与保护等整个过程。考古专家在文物发掘初期，通过探测器与扫描仪获得文物存放情况，具体位置，当前周围场景等信息，这样有利于对建筑形态进行数字成影。

通过AR的数字化捕捉技术获取文物的三维数据，并逆向推出破损文物的确实部分数据，AR技术工作者和文物保护专家通过这些数据进行三维建模。再运用3D打印技术进行快速成型，实现对无接触完整再现，从而展现给了观众整个全息场景，实现了数字化文化遗产的复原。 

3.2 AR技术在数字化文化遗产保护中的技术分析

在此，主要体现了AR的三大技术要点：三维注册（跟踪注册技术）、虚拟现实融合显示、人机交互。其流程是首先通过摄像头和传感器将真实场景进行数据采集，并传入处理器对其进行分析和重构，再通过AR头显或智能移动设备上的摄像头、陀螺仪、传感器等配件实时更新用户在现实环境中的空间位置变化数据，从而得出虚拟场景和真实场景的相对位置，实现坐标系的对齐并进行虚拟场景与现实场景的融合计算，最后将其合成影像呈现给用户[6]。用户可通过AR头显或智能移动设备上的交互配件，如话筒、眼动追踪器、红外感应器、摄像头、传感器等设备采集控制信号，并进行相应的人机交互及信息更新，实现增强现实的交互操作。其中，三维注册是AR技术之核心，即以现实场景中二维或三维物体为标识物，将虚拟信息与现实场景信息进行对位匹配，即虚拟物体的位置、大小、运动路径等与现实环境必须完美匹配，达到虚实相生的地步[7]。这种虚实相生的技术使文化遗产“活”了起来。

4. 结语

本文着重介绍了增强现实技术在古迹复原、数字化文化遗产保护中的应用技术和应用实例，通过实例的剖析解释了AR技术数字化处理内容（如数字动画、数字影像、声音、文本等）的原理和应用前景。虽然当下的研究技术还有许多壁垒存在，存在普及率低、价格高昂、使用体验感有缺陷等问题，但是以其强大的技术优势支撑和新兴学科的进步，我相信，AR技术将会逐渐地应用到更多的领域，拥有更广阔、更光明的发展前景！

参考文献

[1]. 张云彦.数字化技术在殷墟文化遗产保护与开发中的应用研究[J]. 美与时代(城市版), 2021, 4 (05): 116-119.

[2]. 韩洁.浅谈数字化交互技术在文化遗产保护中的应用[J].科技风, 2020, 4 (09): 25.

[3]. 吴骞华. 增强现实(AR)技术应用与发展趋势[J]. 通讯世界, 2019, 26 (1): 289-290.

[4]. 李京燕. AR增强现实技术的原理及现实应用[J]. 艺术科技, 2018, 31(5): 92.

[5]. 王嘉璐.增强现实技术在文化遗产数字化保护中的应用——评《文化遗产数字化保护技术及应用》[J].染整技术,2018, 40 (11): 97.

[6]. 王刚,李浩,雷鑫,程诗宇.以增强现实技术为代表的数字化技术在文化遗产保护中的应用研究[J]. 湖北美术学院学报,2018, 4 (02):89-91.

[7]. 陈琪露,刘欣欣,方意,陈珏.AR技术在非物质文化遗产数字化保护中的应用初探[J]. 才智, 2017, 4 (32):231.