耀州窑瓷器

第35卷第140期

2020年12月

陶瓷研究

CeramicStudies

Vol.35No.

140

December.2020

基于增强现实的耀州瓷器展示设计

任<,邱林宁，

杨文杰

(北京印刷学院，北京，102600)

摘要：耀州瓷是中国北方青瓷的代表，具有很高的历史文化和艺术研究价值'目前耀州瓷器的展示方式以线下实物

展示和在线图文展示为主，展示方式过于传统单一，很难满足数字时代互联网用户对耀州瓷文物和文化内涵深入了

解的现实需求。结合增强现实技术开发移动产品

，可以丰富耀州瓷器的展示方式，大大提高展示的趣味性和传播度，

达到让文物"活起来”

的传播效果。

关键词：耀州瓷；增强现实；

移动产品

中图分类号：J527文献标识码：A文章编号：1000—9892(2020)42—

065

—(03)

AugmentedRealitybadDisplaydesignofYaozhouporcelain

RenPu,

QiuLinning,YangWeryie

(Beijing

Instituteof

GraphicCommunication,Beijing,

102600)

Abstract：Yaozhouporcelain

is

the

reprentativeofceladon

innorthernChina,whichownsahighrearchvaluein

ent,thedisplay

methodsof

Yaozhouporcelainaremainlydependingonofflinephysicaldisplay

isplaymodesaretootraditional

andboring,anditis

difficultforInterneturstohavea

deep

understingmobileapplicationsand

theaugmentedrealitytechnologycanenrichthe

display

reatly

improvetheinterestand

communicationoftheexhibition,andachievethecommunicationeffectof

"living"culturalrelics.

Keywords:Yaozhouporcelain;Augmented

Reality;Mobileapplication

J弓|言

在“钧、汝、官、哥、定”五座历史名窑之外，

耀州窑在我国陶瓷发展史上同样具有不可替代的闪耀

价值。

诞生于陕西铜川，鼎盛于北宋年间的耀州瓷器，

在我国北方窑场中堪称最具盛名的存在叫最经典的

耀州瓷以青瓷为主，釉色青绿泛黄，润如古玉，有“巧

如范金，精比琢玉”之称。器物造型多样，多仿金银

器。除供宫廷御用的龙凤纹样之外，常见于耀州瓷器

的纹饰图案以花、鸟等寓意吉祥的纹饰为主

，体现了

古代民间百姓向往美好生活的民俗精神，是研究民间

纹饰艺术的文化宝库P1o此外.耀州瓷的刻花工艺精湛,

瓷器纹饰层次清晰.具有类浮雕效果的立体感,素有“宋

代刻花青瓷之冠”的美誉。

目前，耀州窑博物馆是全面展示耀州瓷文物和烧

造工艺的主要单位，同时也是我国规模最大的古陶瓷

遗址专题博物馆⑶。然而受地理位置所限.线下实体

展示不足以满足耀州瓷文化全球范围传播宣传的需求。

随着VR+互联网技术的发展，博物馆的在线化、数字

化、智能化展出已经是大势所趋叫现有关于耀州瓷

的在线展示还是以传统的图文介绍为主，

主要提供文

物基本信息的查询功能.很难达到对耀州瓷文化的深

收稿EJ期：

作者信息：

基金项目：

2020-11-24.修订EI期：2020-11-26.

任钱(1989年06月)；女；汉族；山西临汾人；北京印刷学院讲师；专业：艺术与科技

北京印刷学院博士启动基金：27170120003/024

入展示和宣传效果冋。

因此本文拟从提高趣味性和传

播度两个维度出发，利用增强现实技术实现耀州瓷文

物交互展示的移动产品设计。

2产品设计

所谓增强现实(AugmentedReality,AR),是指用户

利用手机等移动便携式终端自带的摄像头正常拍摄，

屏幕在显示真实世界场景的同时叠加显示某些虚拟场

景，形成虚实融合的成像效果。在这个过程中，移动

终端承担着类似电脑CPU的所有运算任务，至少需要

解决三个主要问题。其一是对摄像头捕捉到的现实场

景进行分析，找到其中触发虚拟场景的图像信号。其

二是对虚拟场景进行渲染，这种虚拟场景既可以是二

维文字、图像、或动画视频，也可以是三维模型或动画。

其三是计算虚拟场景在屏幕上的渲染位置，实现真实

场景的“增强”显示。其中.对摄像头拍摄的真实视

频图像的分析理解工作需要依靠计算机视觉算法进行

求解，开发过程中调用算法的应用程序接口即可冋。

因此，真实的AR移动应用产品设计包括两方面的内

容，一是虚拟场景的展示内容，

二是应用程序的交互

界面。针对耀州瓷的展示产品设计提出三项原则

：

2.1真实的文物展示

065

设计与品牌/

Designand

Brands

图1图形用户界面设计

图4刻花耀州瓷盘照片与3D模型渲染效果对比

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#图2多通道贴图渲染

◎C

图3耀州瓷标记物设计

图5AR展示系统开发界面

图6AR展示和交互效果

耀州瓷器以文物为主.尤其是青瓷器皿，胎质纤

薄.釉色光亮。对文物展示最重要的原则就是体现文

物的真实特性，尽可能还原其器型、纹饰和质地光泽。

采用三维扫描技术可以采集精准的文物表面数据，但

是为了适应移动端实时渲染，通常需要对文物进行3D

建模.利用纹理贴图对文物细节进行还原。

2.2丰富的展品内涵

在展示耀州瓷器精美外形之余，更重要的是传播

耀州瓷器的文化内涵。合理的图形交互界面设计可以

有效提升移动产品的用户体验和信息含量多种形式的

媒体素材,通过界面引导在移动屏幕端对传统的图片、

文字、语音和视频等多媒体形式进行融合展示，在展

示耀州瓷文物的同时传播其文化背景

，纹饰蕴藏的寓

意内涵，以及独特的陶瓷烧造技艺

。

2.3生动的交互体验

得益于智能电子产品的多点触控技术和传感器的

植入，移动产品可以提供多种交互操作。当不同的操

控方式牵引出多种多样动态效果时，用户在体验上会

感受到更多乐趣.将原本在某一时刻只能单一呈现的

观感体验扩大到视觉、听觉、交互这三个维度。在耀

州瓷器展示的产品设计中，

利用交互对瓷器文物进行

多维度展示，甚至提供小游戏引导用户了解文物的多

面属性，从而实现更为身临其境的带入感:

3技术实现

基于以上产品设计，实现耀州瓷器文物的AR展

示原型系统。

线下部分利用手绘风格描述耀州瓷文物

故事，串联由文物纹饰抽象设计的标记物图案。线上

部分开发应用程序，在交互界面中引导开启摄像头.

实现耀州瓷文物交互展示。

3.1界面设计

在界面设计中融入耀州瓷纹饰元素，采用耀州瓷

特殊的青釉色为底色，白描绘制三件典型耀州瓷文物

纹饰，采用三角构图绘制图形用户界面(GraphicalUr

Interface,GUI)O第一件是钱纹小壶，是金代耀州窑的

精品代表作之一，是为数不多的釉色偏酱油釉的小壶，

内饰钱纹，象征富庶。第二件是青釉刻花牡丹瓶，是

耀州窑北宋时期的代表作,其牡丹纹被称为缠枝莲纹.

寓意花开富贵，生活平安。第三件是婴戏纹莲花式碗，

纹饰结合婴儿和莲花造型，极富生活气息。

按键标识设计源于中国传统纹样中的如意祥云纹，

古人追求事事如意.祥云纹饰和如意纹饰大多会出

现在衣物设计中。界面背景叠加粗布质感.配合明黄

色的祥云纹饰可以提升整体格调，图1为原型系统的

GUI界面设计。

3.23D建模

利用三维扫描设备采集的耀州瓷三维模型真实度

066

设计与品牌/Designand

Brands

高，具有与文物表面一致的凹凸质感和采集光照下的

纹理颜色，可作为真实文物测绘数据进行存档。但是

在移动端显示中，

扫描模型由于具有过高的三维网格

面片数，很难进行实时渲染。因此需要在三维建模软

件中依据真实扫描数据重新建模，解决几何造型、纹

理贴图和光线渲染等技术问题

。

几何造型方面

，标准的碗状、盘状文物器型可利

用中心旋转造型曲线快速实现。复杂文物，尤其是厚

度不一、表面非光滑平坦的器物造型需要借助几何雕

塑软件(如Zhrush)进行雕刻，尽可能保持造型细节

与真实文物一致。

对三维文物模型材质的处理是文物数字化保护研

究中的难点问题。以耀州瓷为例，

由于瓷器表面反光，

釉色质地透明.在扫描过程中很容易出现孔洞，造成

数据缺失。

利用多种贴图叠加渲染的方法可以对耀州

瓷的真实材质进行模拟。图2展示了刻花纹耀州瓷盘

的多通道贴图渲染效果

。单一的颜色贴图(color_map)

可以表现刻花纹理.在三维环境光下显得非常生硬。

叠加置换贴图(disp_map)和法线贴图(normal_map)后，

可以在不增加几何网格的前提下增加模型表面质感，

体现凹凸细节。此外，在设置好光照的三维场景中渲

染高光(spec_map)和环境光遮蔽(occ_map)贴图，通过

灰度值体现模型表面某一点处的高光效果和模型之间

互相影响的光照效果，能够让模型在交互过程中具有

更高的真实感。

3.3标记物设计

标记物是AR系统中，关联真实世界场景与虚拟

场景的重要媒介。标记物本质是便于算法识别的灰度

图像。早期AR算法仅支持规则黑白二值图形识别，

需要将标记物设计为类似二维码的抽象形状。目前识

别算法性能提高，使得用户可以自定义具有语义信息

的标志图形，关联对应三维模型实现融合显示。在耀

州瓷展示系统中.标记物设计恰好是体现极具耀州瓷

器型

、纹饰形状特色的最佳载体，

标记物设计采用手绘耀州瓷文物的形式实现。手

绘形状具有唯一性，相比规则形状具有更高辨识度

，

有助于算法从图案中寻找特征点。颜色上采用青绿背

景搭配纯白色线条，利用阴影等细节效果提高颜色对

比度。形状上需要避免出现轴对称纹理，影响算法识

别效果。最重要的是标记物本身即为瓷器形状的抽象

展示，利于用户对文物产生直观印象。将设计好的标

记图案上传AR开发包的数据库中进行注册，关联相

应三维模型即可实现混合展示。图3是根据耀州瓷文

物设计的标记图案，每个图案只能与一件瓷器文物模

型进行关联。

3.4系统实现

基于Unity3D引擎实现耀州瓷VR展示原型系统

开发。Unity3D可提供跨平台的项目迁移，因此一次开

发应用程序可同时发布于桌面应用，以及安卓、ios不

同移动终端系统。在Unity3D中需要对三维模型的渲

染效果进行处理，其次是开发图形用户界面和背后的

交互功能。图4对比了刻花耀州瓷盘图片內和处理材

质后虚拟环境下的展示效果，左一为文物图片，

可以

看到二维图片展示效果非常平面；而右面经过多通道

贴图融合的三维模型，既能够更好的表现耀州瓷器的

釉色和刻花纹理，还可以支持交互浏览，

全方位多角

度观察文物细节，具有更强的真实感。

AR展示效果利用高通公司的VuforiaSDK进行开

发。

首先将注册好的标记图像和处理好材质的三维模

型导入Unity3D,在场景中调整模型和标记的相对位置。

调用SDK中的ARcamera替换默认相机，该相机集成

Tar算法，对摄像头采集到的视频帧进行分析处理

，

识别标记物位置，同时对三维模型进行渲染。图5为

Unity3D引擎中AR展示系统的开发界面，

需要利用密

钥激活AR套件的算法功能。

作为游戏开发引擎，Unity3D提供物理属性模拟的

基本功能。因此虚拟环境中的耀州瓷模型不仅是可以

旋转移动观察的三维物体.同时还可以模拟真实世界

的其他属性和行为。比如碰撞、破碎、几何形变。为

增强交互趣味性，在原型系统中开发了重力感应小游

戏，在AR展示界面，通过虚实结合的方式控制耀州

瓷文物空间移动.承接屏幕上落下的虚拟水果，引导

用户对文物进行360。旋转观察。在后续研究中，考

虑进一步模拟几何模型的真实物理属性，开发更多交

互功能，如虚拟耀州瓷破碎与修复，模拟刻花工艺等，

进一步提高AR展示的交互性和真实感

。

4小结

作为一座历史名窑，耀州窑经过长期实践，

探索

出独特的烧造工艺，形成了耀州瓷独特的纹饰和器物

造型风格，具有极高的历史文化研究价值。本文提出

一种基于增强现实技术的耀州瓷展示设计方法，并实

现了原型系统。利用移动应用支持的增强现实显示技

术，不仅能够提升耀州瓷器的展示效果，还能有效促

进耀州瓷文化宣传传播.提高展示交互趣味性，

为耀

州瓷器展示传播提出新的思考和可行路线。

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[7]百度百科[EB/OL]/item/北

宋耀州窑刻花盘

067