基于增强现实的永乐宫《朝元图》壁画交互展示策略研究
赵亮亮 李剑
摘要：针对永乐宫《朝元图》壁画的交互展示设计方法上进行策略研究。通过以永乐宫《朝元图》壁画的历史地位及保护现状为背景，结合近年来文化遗址展示的相关案例，探究了增强现实技术与永乐宫<朝元图》壁画结合的可行性分析和价值所在：并以增强现实技术的三维配准、虚实结合、实时互动的特点为主要切入点。提出重塑场景、互动性叙事、情感同构三个方面的设计策略。该策略能够使用户通过沉浸式的交互体验与文化遗址的内涵产生情感仿真，从而为文化遗址的保护和开发提供新的思路。
关键词：永乐宫壁画 增强现实 交互设计 展示设计 朝元图
中图分类号：TB47
文献标识码：A
文章编号：1003-0069（ 2021） 03-0146-03
引言
山西永乐宫《朝元图》壁画是我国道教壁画的经典代表之作，具有悠久的历史和非常高的艺术审美价值。现阶段随着计算机和数字媒体交互技术的不断发展，增强现实技术与文化遗址相结合使目前文化遗产数字化重要的保护手段，它通过将文化遗址进行数字化重构、仿真，以虚拟化的形式再现于荧幕中。另一方面，当下的观众已不再满足传统文物摆放在博物馆的展示形式，增强现实技术作为一种新颖的传播媒介，对于展现永乐宫优秀传统壁画文化的精髓显得尤为重要。
一、永乐宫《朝元图》壁画的历史地位及保护现状
山西永乐宫壁画不仅是中国绘画史上的瑰宝，也是世界艺术宝库中璀璨的明珠。永乐宫又名为“大纯阳万寿宫”，位于山西省芮城县，它是中国迄今为止现存最大的元代寺观壁画遗迹。受当时统治阶级的影响，它的整体建筑、雕塑和绘画风格都凸显着道教文化的思想和境界，同时也是中国道教三大祖庭之一。永乐宫以南北朝向分为龙虎殿，纯阳殿，三清殿，重阳殿四座宫殿，其中最为著名的是三清殿（又名无极殿）的《朝元图》壁画，描绘了道教各级神邸的朝会之景，该壁画中神仙人物多达300余位，画面以8尊主像为中心，前后各路道府诸神、侍女随从、宝盘熏炉环列四周，上下排列多达五层，形神皆备、千姿百态、无一重复。整幅画面布局壮阔，构图丰满严谨，颜色笔法浑然一体，画面协调绚丽富于浓厚的民族装饰趣味。永乐宫壁画为我们研究宋元社会史和美术史，以及道家哲学思想的发展演变提供了弥足珍贵的的资料。
一方面，尽管国务院于1952年便将永乐宫列入了第一批全国重点保护单位，但由于山西旅游资源开发仍不充分，永乐宫壁画的展示方式比较单一，观众很难通过枯燥的壁画展示及深奥晦涩的讲解获得良好的参观体验等，这就使得永乐宫壁画艺术与大众生活造成了隔阂而鲜为人知。另一方面，永乐宫壁画经历了七百多年的岁月，中间60年代由于三峡水利工程永乐宫进行了整体搬迁，所以建筑和壁画不可避免地发生了损坏。壁画的修复工作存在着两大难题，一是其本身的局限性，任何形式的修缮都会不可避免地会使壁画的历史价值受到破坏，二是人工修复的不可逆性，当壁画修复中出现的失误，原作是不可还原的，壁画的艺术价值难免造成了较大破坏，所以结合数字性的展示及修复是非常有必要的。
二、增強现实技术在永乐宫《朝元图》壁画中的应用可行性分析及意义
增强现实（Augmented Reality，简称AR）是虚拟现实（VirtuaI Reality）技术的一个分支，最早诞生于1968年，是指通过计算机实时生成虚拟信息，并通过计算摄影机的位置及角度使虚拟与现实实时叠加成为一个整体，通过这样的方式可以增强用户对现实世界的感知和理解。目前增强现实主要有俩种技术途径，一类是魔镜技术，是通过头戴眼镜、手持或固定的屏幕生成虚拟图像;另一类是空间增强技术，是基于3D投影技术将虚拟影像叠加在真实物体的表面实现。从2016年的VR/AR元年以来，我国AR行业近年以来发展突飞猛进，大量运用于教育，娱乐，军事，航天等方面，相对于文物保护方向而言，增强现实技术在文物保护方面也衍生了形式多样的AR应用。魔镜技术目前被广泛运用于智能手机和平板电脑等移动端设备，这种方式在交互性上更具优势，用户跟随系统的引导可以使其学习成本和认知负担更小。借助增强现实技术，文化遗址可以更好实现异地展示，缓解当地的参观压力。以今年4月华为AR地图联合敦煌研究院发布的莫高窟AR游览导视设计为例，用户通过华为AR地图的引导展示，可以在手机屏幕中沉浸式的感受到敦煌莫高窟沉淀千年的佛教文化，尤其是在扫描景点特定位置时，人们耳熟能详的“飞天”、“九色鹿”、“祥云”等虚拟元素便可以通过AR技术出现在眼前，用户彷佛真的穿越了千年的历史，置身于美轮美奂的传奇故事之中;除此之外在，用户还可以在AR地图中虚拟的实景导航信息及悬浮着引导前进的花瓣等元素中趣味性的体验，到整个莫高窟虚实融合的旅程。空间增强技术更多运用于博物馆展览表演中，用户可以裸眼体察到展览的全貌，但在实时交互中容易相互干扰。以2018年的《清明上河图》巨幅互动长卷展览为例，它集成增强现实、8K超高清数字互动技术、数字音响等技术，实现了艺术与科技的完美组合，营造了独特的沉浸感体验。整个屏幕近1600平方米，画卷彷佛都在缓缓地移动，观众可以在各个章节中以第一人称视角体验北宋都城汴京的社会生活，成为长卷中的人物，甚至可以研究舟船楼宇的精妙结构，看清每位宋代先辈的细微表情。当观众穿过虹桥，球幕的影片将会转为夜景“雨巷”采用LED互动地屏，地面上浮现片片涟漪也因可以与观众互动而变得更加鲜活起来。因此随着数字媒体技术的日益更新迭代，文化遗产数字化保护逐步成为文化遗产保护及开发的必然趋势。而基于AR技术的文化遗产保护和展示，将更好地表现出其背后的文化内涵和艺术魅力，为我们提供全新的感官体验和认知深度。
习近平总书记明确提出“要系统梳理传统文化资源，让收藏在禁宫里的文物、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字都活起来。就永乐宫本身而言，增强现实技术的媒介形态扩大了永乐宫壁画文化内涵数字化传播的影响范围。永乐宫壁画其艺术性堪比敦煌石窟壁画，我们借助AR技术和计算机技术生成的数字图像、音视频、数字模型等可以对壁画艺术生动地还原呈现，为观众提供了全方位、多层次的参观体验，增强了观众对永乐宫壁画的认同感和感受度;在当今传统的单一游览方式已经显然不能最大限度地满足永乐宫壁画艺术的传播与推广，通过增强现实技术是提升宣传力度和反映永乐宫壁画艺术形象的一个全新重要窗口，有效地拓宽了永乐宫壁画艺术价值和历史价值的传播渠道。
此外，这样的展示形式有助于后期的文物修复工作，同时避免了在展览中壁画的脆弱性，空间限制，陈列成本高等缺点。永乐宫壁画由于年代久远的原因极其脆弱，其保存条件要求很高，使得这样类型的展品不易进行全国范围的巡展，因此构建AR技术下的永乐宫壁画展示系统应运而生，通过数字化形式采集永乐宫壁画的高清照片为未来提供了文物修复的参考方向，将最大化地体现出文化遗产保护中的“原真性”原则，使其自身的“信息遗产”真实地、完整地传承下去。
三、永乐宫《朝元图》壁画的增强现实交互展示设计特点
目前的文化遗址保护大多是通过数字技术将图像、影片、声音、文本等媒介形态进行有机组合，通过增强互动性来提升文化遗址沉浸参与感。增强显示技术作为最新的沉浸式体验技术，为拉近壁画在展馆中与观众最后的距离提供了有效的途径。在1997年北卡罗莱大学的罗纳德·阿祖玛（Ronald Azuma）提出将AR技术最为显著的三大特点：第一、虚实结合;第二、实时互动;第三、三维配准（又称注册、匹配或对准）。
（一）虚实结合（lntegration of deficiency and reality）
虚实结合是增强现实技术的本质特点，它将真实世界与计算机虚拟生成的信息“无缝”结合起来，把原本在现实世界的一定空间范围内很难体验到的信息呈现在屏幕上。通过计算机模拟仿真将虚拟的信息应用在真实世界，突破了传统壁画艺术与观众的界限，拓宽了用户的体验感和认知感。
（二）实时互动（Real time interaction）
实时互动是增强现实技术重要的表现形式，交互的引入出现了观众从被动接受至主动参与，甚至是共同创造的身份演变，“手势、语音、按钮”等交互方式是当前主要交互形式。交互方式的一致性和简洁高效性是AR交互展示系统的基本原则。
（三）三维配准（3D registration）
三维配准是增强现实系统研究中另一个重要方面，目前常规的增项现实技术还是平面标志物作为定位基准，系统构造复杂，图形计算信息量大，因此容错率相对低。另一种基于立体标志物的定位的三维配准方式，系统根绝真实场景中的目标位置变化实时获取传感器位置，并按照用户的视点重构三维空间坐标系，将虚拟场景投射到真实场景中。该技术特点具有较好的实时性和准确性，适合应用在大多的智能移动终端。比如：火遍全球的Pokemon GO的AR游戏是基于平面标志的增强现实技术实现，通过图像采集将客观现实投影到摄像机的2D平面上，在移动端设备计算相对坐标之后，可爱的皮卡丘就会萌态十足地出现在手机屏幕中。
四、永乐宫《朝元图》壁画的增强现实交互展示设计策略
增强现实技术的为文物展示提供了更为多元、精准和艺术的表现及信息传达方式，展示出其背景故事中更深层次的内涵，极大地拉近了文物与观众间的距离感和亲和度。因此，文章根据增强现实技术三大特点结合永乐宫《朝元图》壁画的文化内涵做出分析，通过重望场景、互动性叙事、情感同构的设计方式带给观众沉浸化的户体验。
（一）重塑虚实结合的沉浸式场景
通过增强现实技术创造出的三维信息空间，可以根据永乐宫遗址的历史信息重构出当年殿内祭祀的场景，而这些虚拟场景则通过摄像头等设备实时定位、跟踪、注册用户的现实位置，并通过屏幕“准确”地叠加在真实场景中。在增强现实系统中，真实场景与虚拟物体可以在同一视域空间中自然的展示和交互，AR技术重现了当时的历史场景活动，建立起了跨越时空的交互行为，丰富了人们对于文化遗址的想象，使用户可以更为真实地感受、体验历史。同时，增强现实技术在文化遗产的空间保护上具有明显的优势，可以更加完整地表现出文化遗产的空间形态，能够为后续研究者保护和开发遗产提供了新的思维和方法。在构建增强现实交互系统时，一方面要注意永乐宫壁画与周围空间环境虚实融合的真实性，即确保计算机对周围场景的实时精准分析，包括物理空间中的光照、材质、几何形状、相对坐标、角度等一系列复杂因素;其次并对在交互过程中虚实物体间的遮挡关系进行正确匹配，以此来保证用户对虚拟物体感知的真实性和自然性。另一方面，应注意AR系统空间内对于用户的行为引导和视觉引导，即不仅要构建符合用户的人机交互功能模块，同时也要增加适度的视觉引导元素，如：设计虚拟人物对用户进行即时的引导反馈、指示性的光标箭头进行位置引导、场景切换时光与色彩的引导;另外，多层次的空间音效可以增强用户的沉浸体验感，有效地对用户在系统空间中进行行为引导，提升用户的交互体验和展示信息的传达效率。
（二）情景化的互动叙事空间
叙事的本质就是在讲述一件事情的来龙去脉，也是解读和重构人文世界的一种有效途径。叙事的发展与媒介是密不可分的，它在经过了漫长的口头叙事、文本叙事、影视叙事等发展进步后，衍生出如今的数字媒体互动性叙事。它打破了传统被动的叙事方法，用户、创作者和叙事内容之间可以不断地进行循环式动态交互，而叙事内容的单向传播也成为了双向交流，加深了用户与创作者、叙事内容间的理解和感情，增强了角色代入感。而AR技术本身同样具有实时互动、构想性等特点，因此基于增强现实技术展开的AR互动性叙事极大提高了用户在参观展览中的沉浸感。一方面AR技术的交互特性实现了观众在展览中的非线性叙事体验，观众在参与中拥有了自主选择权;而另一方面观众的身份也从被动接受到主动选择至共同创造进行转变。永樂宫历史悠久，拥有丰富而珍贵的历史遗产，我们运用数字化的方式，动态化记录和展示其历史时间线上的流变，集约化的展示其从元、明、清等各个历史时期壁画艺术的特点。另外，可以通过挖掘与永乐宫壁画的历史人物怪志，如王重阳、吕洞宾等名人故事。然后通过增强现实场景融合的声音叙事、动画视频叙事、文本叙事等叙事媒介对这些内容进行多线索、多剧情的编排，让观众可以在不同的时代选择进入交互，自主的探索不同的线索从而形成多结局、多视点沉浸体验感。在2016年NSW美术馆的《纯净之地：敦煌莫高窟》展览中，由于岁月的流逝使得珍贵的壁画和雕塑都及其脆弱，厚重的保护玻璃壳限制了观众参观展品时的体验，而通过AR技术观众可以无限近距离地接近洞窟中的瑰宝，其清晰度和真实感都是无与伦比。并且将观众置身于一个接近原本洞穴大小的重建场景中，通过自由的选择虚拟石窟壁画进行叙事交互，可以感受到在战乱频仍的魏晋南北朝时期，处于河西走廊西端的敦煌是如何成为了东西方文化交融的缩影。
（三）多感官形态的情感同构
与传统的展示模式不同，基于增强现实技术的展示模式摆脱了单一的视觉模式，取而代之的是多感官的融入，包括视觉、听觉、触觉甚至是嗅觉等。通过对参观者不同感官的刺激，使展品的存在感和趣味性大大提升，从而更加有效地引导参观者了解展品的内容。多感官体验要求我们在设计中要从用户的本能层、行为层、反思层三个维度进行情感化设计。在本能层，我们要关注设计的第一印象，比如在基于增强现实的永乐宫壁画作品中，我们要注重产品整体统一性，包括：摄像机识别壁画后出现的动画角色、场景、界面UI、声音等元素要遵循壁画其历史文化背景的原真性，满足观众最基本的视听体验;同时应当将虚拟物体与现實空间进行合理的安排，提升用户在可视空间范围内的视觉层面体验的丰富度。在行为层中、我们更关注产品的交互体验感，包括：功能性、易用性、易理解性、感受，所以要保证用户在体验永乐宫相关APP时的识别反馈流畅、界面操作易用等原则;其次应该不断优化系统的用户需求分析和功能需求分析，通过将参观数据的定性分析和定量分析对展示系统的可用性进行评估，并收集相应的用户问卷和可用性问题反馈。在反思层上，要在设计战略上去思考产品，达到当用户结束体验时，不仅对永乐宫壁画的历史背景和艺术价值有一定的了解学习外，依然能对永乐宫千年来的历史文化积淀产生一定共鸣，引发人们对于道教文化的认同感以及博大精深的中华文化的好奇心。目前许多成功的商业展览正是通过分析相应的需求为参观者选择不同的感知方式，吸引了人们众多的眼球。
结语
现如今增强现实技术的发展丰富了文化遗迹的展示形式，其凭借虚实结合、实时交互，多感官体验等特点提升了用户在参观文化遗址时的沉浸体验，促进了传统文化的传承、转化和创新。通过基于增强现实技术对山西永乐宫壁画的模拟复原，一方面，不仅为壁画后期的修缮保护工作提供了数字化参考，同时运用独特的视角为观众提供了更多的新鲜体验，打破了传统文化与观众间的藩篱;另一方面，国内增强现实技术仍处于起步阶段，我们要认识到其自身的一些局限性，例如在信息识别反馈性、信息交互设计等层面上还需要进一步探索研究并加以改进。在未来随着技术的更新迭代和展示设计系统的完善，增强现实技术会不断普及到人们的生活中去，而观众对文化遗址体验会更真实、更互动、更沉浸。
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