可视化是指网络技术和虚拟现实的结合。通过高分辨率数字图像采集、图像处理、智能拼接、定位与测量、三维建模等一系列科技手段,赋予信息“故事情节”,把信息以更生动的形式和可互动的方式表现出来,让数据“活起来”。
“计算机之父” 冯·诺依曼
1946年,由冯? 诺依曼等科学家组成的科研小组成功研制出了人类历史上第一台通用电子计算机——“ENIAC”。ENIAC 体积庞大,耗电惊人,研发的最初目的只是为解决庞杂的大型数据计算,从而满足战争发展的需要。但在接下来的半个多世纪,迅猛发展的计算机技术领导了“第三次科技革命”。21 世纪,在计算机、互联网走进千家万户的同时,人们不再满足于单一的信息传送,而是在满足信息需求的基础上,最大限度地追求信息的可读性与可视性。清晰明了的视觉感受对于过滤庞杂信息有着事半功倍的效果,信息可视化技术为高效查找信息、分析信息以及理解信息提供了一种新途径。
第一台通用电子计算机 ENIAC
信息可视化的产生与发展
1989年, 帕罗奥多研究中心(PARC,Palo Alto Research CenterIncorporated) 的信息可视化专家Roberston、Card 和Mackinlay 发表的《用于交互性用户界面的认知协处理器》一文中第一次出现“信息可视化”这一概念,并将其定义为:“计算机支撑的、面向抽象数据的、具有交互性的可视化表示法,用以增强人们对抽象信息的认知。简单来说,信息可视化就是依靠数字化技术将抽象的、复杂的数据赋以直观的视觉表达形式,从而增强读者对信息本质的认识。信息可视化是一个多学科交叉领域,它涉及计算机图形学、图像处理技术、传感技术、显示技术、人工智能等多个学科领域。
我国的信息可视化技术研究始于20世纪90年代,初期发展相对较缓慢。近来,随着计算机硬件设备的持续升级和各种可视化软件的不断研发更新,极大地推动了我国信息可视化技术的发展与创新。1992年,浙江大学计算机辅助设计与图形学(CADamp;CG)国家重点实验室建成,重点研究虚拟环境的高效构建和呈现、自然人机交互技术、增强现实技术以及虚拟现实应用技术。2008年,北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室建成,实验室主要研究虚拟现实中的建模理论与方法、增强现实与人机交互机制、分布式虚拟现实方法与技术、虚拟现实的平台工具与系统;开发了一批应用系统,如北京奥运会开幕式演示环境、多种虚拟飞机座舱系统、数字博物馆等。目前,信息可视化技术的应用已扩展到科研、军工、医学、经济、民生等各个领域。
故宫端门数字馆
在考古学中的应用——诠释数据立体美
新时代的考古学不再局限在学术“象牙塔”中,而是主动走向公众,与人们切实的社会生活接轨。正是这种融入社会大众的需求,要求考古学必须紧跟科技的步伐。考古学与信息可视化技术相结合,简洁明朗地解释考古学中晦涩难懂的专业术语,增强了考古信息的可读性,为大众理解考古信息提供了重要支持。通过信息可视化技术逼真还原不可再生的遗迹遗物,把丰富的文明遗迹和深远的文化积淀再现于虚拟世界中,让文化遗产近在眼前,同时实现了实物遗存最强化的保护和最优化的展示。
基于信息可视化技术的文化遗产展示
如今,一地一处馆藏品的被动观赏模式已无法满足博物馆观众的需求,人们对全球文化遗产的传承、科普教育以及研讨交流等方面都提出了新的要求。在这种形势下,信息可视化技术与传统文化遗产展示与保护相结合,真正实现了沉浸式博物馆构想。2015年12月22日,故宫博物院端门数字馆终于揭开了神秘面纱,首度亮相。
2012年,浙江大学文化遗产研究院和宁夏文物考古研究所联合对固原须弥山石窟进行田野调查。圆光寺区45、46号窟所在的须弥山东南麓主要由红色砂岩构成,石质疏松,常年的风力和雨水侵蚀,令石窟极易风化剥落。因此,浙江大学文化遗产研究院副教授刁常宇领衔开发了一套计算机软件,这套软件可以利用多角度的照片提取石窟的“特征点”,进而生成逼真的三维模型,这就是“基于多图像的三维重构系统”。工作流程是首先进行数据采集,在适当的光线条件下,使用数码照相机多角度拍摄照片完成数据采集工作;接下来使用软件对采集到的信息进行分析和重建。这样做,不触碰石窟,就能得到更准确的数据。信息可视化技术成功改变了遗迹退化的不可逆转性,所谓精确的记录就是对遗迹最好的保存。
复原的“须弥山石窟”
信息可视化技术的问题与前景
利用视觉表征手段阐述自然演变和人类社会变迁已成大趋势。通过信息可视化技术突破时空限制,将现代人引入浩如烟海的历史长河中,实现时空转换。这种沉浸式的体验方式必将更有效地传播中华文明,更有力地加强大众的文化遗产保护意识,更全面地提高人民历史文化素养。
但信息可视化技术在考古学的应用中也存在一些问题。首先,传统的考古团队缺少相关的技术知识和技术培训,在考古发掘中可能会破坏掉一些原始数据,造成后期信息数据收集困难。其次,信息可视化技术人员也同样缺少相关的考古学知识,这使得复原的遗物遗迹不能完全体现其背后隐藏的考古学意义。再次,我国的信息可视化进程起步较晚,在考古学中的应用更是处于前期探索阶段,材料数据库不全,对前期发掘的遗迹遗物数字化造成困难。最后,以可视化文化遗产为导向的多学科协同合作缺乏系统的操作模式和操作原则。可视化
文化遗产作为一个新兴的文化领域,其中各个子域(包括计算机技术领域、信息设计领域、文博领域)策划缺乏整体性。文化遗产的可视化保护,不仅关系到国家经济的发展,更关系到中华文明的传承和社会稳定。