摘要：现利用VR技术对甘肃历史文化遗存进行复原和展示，重建虚拟文物和虚拟场景，让人们得以看到已经损坏或丢失的文物。通过客户终端为游客提供展品浏览体验，搭建集视觉、听觉、触觉于一体的虚拟现实VR体验系统，实现三维虚拟仿真技术、虚拟漫游技术与碰撞检测。VR技术可针对甘肃省十大生态产业发展，实现对历史文化资源的科学存储，用于甘肃历史文化遗存的修复，为未来甘肃文化的国际交流做好文物信息共享的前期工作，形成对甘肃历史文化遗存的长久保护，更好地展现甘肃历史文化的变迁与演变，对甘肃经济社会及十大生态产业发展具有重要作用。
因历史地理因素，甘肃省的历史文化遗迹保护起步较晚，且保护水平较低，表现为保护形式单一、缺乏自主性和参与性。如何体现甘肃历史文化遗迹的辉煌，打造甘肃文化品牌，成为亟待解决的问题。成熟的VR技术能有效展示和复原甘肃的历史文化遗迹，提升其吸引力和号召力，让游客在沉浸式体验中感受红色精神和革命精神的洗礼，树立正确历史观和价值观。此外，VR技术的应用不仅有助于文化遗迹的保护与展示，还能促进甘肃旅游业发展，带动经济增长，推动甘肃经济社会的多元化发展，实现经济发展与社会和谐的双重目标。
甘肃省历史文化遗迹现状
随着经济的发展及社会的革新，甘肃省历史文化遗迹正受到不同程度的破坏，有的甚至濒临消亡，如何合理、有效地保护和传承这些宝贵的文化遗产，成为甘肃省文化保护部门面临的首要挑战。本文通过分析VR技术在遗迹复原与展示方面的应用，从技术层面上为甘肃传统历史文化遗迹的挖掘、保护、传承和利用提供支持，目的是更好地传承与弘扬甘肃历史文化，促进甘肃历史文化的全球化进程。本文深入分析VR技术与历史文化遗迹融合的现状及问题，并提出甘肃省历史文物数字化发展的路径和对策，以期为甘肃省文物保护事业的发展提供理论参考，推动数字文化保护产业的理论创新；同时，为政府和文旅管理部门提供理论依据，推动治理能力和治理体系现代化。
历史文化遗址数字化技术分析
本文将合理分析甘肃历史文化遗迹数字化发展的现状，并提出有效策略。通过VR技术全面复原历史文化遗迹，实现保护的目的，进而吸引游客，提升甘肃知名度，提高社会经济效益，推动历史文化遗迹数字化保护的深度发展。其应用价值主要体现在为甘肃历史文化遗迹的数字化发展明确目标，规划具体实施路径。这不仅能为遗迹保护发展战略的制定提供参考，还符合“加强文化遗产保护传承 弘扬中华优秀传统文化”的方针政策，是新时代甘肃历史文化遗迹保护的重要发展战略，与我国文化自信建设的目标高度契合。
VR技术对甘肃历史文化遗迹的再现复原，可以促进甘肃人与自然、文化、社会的融合，提升甘肃知名度，吸引游客，解决部分就业问题，带动经济发展，提高社会经济效益。同时，通过VR平台传播甘肃优秀传统文化，可以增进人们对甘肃的了解，提升其软实力。
VR技术应用于甘肃历史文化遗迹挖掘与开发，既是对资源开发的创新，也能促进甘肃民族文化的传承。这不仅可为政府及相关部门提供参考，为文化遗产规划建设提供理论支撑，还能通过数字化保护措施创造就业机会，为周边居民带来经济收益和社会效益，造福甘肃地区及全社会。
本文立足新时代背景，深入剖析甘肃历史文化遗迹的复原与再现现状，提出甘肃省历史文物数字化发展的路径及对策，旨在为甘肃文物保护行业提供理论指导，推动理论革新，进而促进VR技术在历史遗迹保护中的应用与现代化发展。
VR国内外现状和趋势
随着社会的进步，VR技术风靡全球，催生了以虚拟展馆形式复原与展示历史文化遗迹的建设实践。国内外虚拟历史文化遗存展馆的建设与发展取得了重大进展，学术界也逐步展开对虚拟展馆的研究[1]。虚拟历史文化遗产馆丰富并扩展了实体博物馆的功能，让更多网络用户随时随地参观历史文化遗产博物馆。
国外状况研究
1990年左右，虚拟展馆开始出现。各国都非常重视虚拟展馆的建设，特别是技术较为发达的国家。近年来，美国启动虚拟图书馆计划，欧洲各国也开始实施类似项目，并为一些展厅提供展览管理和基于网络神经的环境特征支持。这些项目帮助各国建立虚拟展馆，实现了资源的虚拟共享。“全球虚拟展馆计划”由日本的一胡萝卜倡议，通过互联网实现信息资源共享和交互式网页浏览[2]。该计划展示了丰富的展品资源，还通过人机交互界面嵌入影像、文字、视频、语音及动画，促进了各学科的融合和企业的创新。
随着虚拟现实技术（VR）的不断成熟，3D呈现成为博物馆展览的有效途径，各种技术创新促进了虚拟博物馆的研究。
WalczakK提出了构建虚拟展馆的方式，该方式结合VR和AR技术，为多种类型的展馆提供先进的互动展示手段[3]，进而使虚拟现实与增强现实的融合更真实、更具沉浸感，还允许在线游客参观世界各地的虚拟展馆。虚拟博物馆在欧洲已全面开放，集成了视频、书籍及文化作品，这不仅促进了国内外文化交流，还增进了全球人民的情感沟通。
在虚拟场景渲染方面，法国将虚拟现实与图像渲染技术相结合，创建了更逼真、快速的解决方案。基于这一创新方式，虚拟卢浮宫博物馆运用该技术吸引了众多粉丝，游客能够通过自定义区域选择，沉浸式体验虚拟博物馆的展览。此外，弗特斯提出的三维网络平台显示方法，通过使用Flex VR构建3D对象模型，扩展了3D展品的互动展示形式，支持不同平台展示3D内容。
Google推出的Vermeil虚拟展厅，通过将超高分辨率图像与VR、AR技术相结合，提升了展品的展示体验[4]。该平台使游客能够通过虚拟展厅精细观看展品，获得亲临博物馆的沉浸式体验。该技术能够加载大量高分辨率图像，提供丰富的在线观览服务，推动了全球艺术博物馆网站的虚拟现实技术整合。
国外的美术馆、博物馆等已经开始应用虚拟现实技术，利用互联网传播技术为每位参观者带来沉浸式体验。目前，国外在线展厅的虚拟技术已经达到一定高度，尤其在人机交互和运动捕捉等技术上已遇到瓶颈。因此，加强基础研究、突破技术瓶颈是未来的关键任务[5]。
中国的研究状况
与国外相比，我国在此领域起步较晚，但得益于互联网及信息技术的迅速发展，许多技术取得了飞速进展，在一些方面甚至超越了国外部分展厅的技术水平[6]。例如，北京故宫博物院、中国地质博物馆等都运用了最新的互联网技术，结合多细节层次技术（LOD）、虚拟现实技术（VR），通过场景的营造，最大限度增强展览的沉浸感和观众的参与度，进而提高展览的互动性和吸引力。
我国虚拟展馆及数字技术还在不断发展和完善，许多公司已经能够研发包括虚拟展厅系统、后台支持、虚拟参观和人机交互等在内的完整的虚拟展馆系统，这使得参观者能够真正实现在展厅和互联网平台无障碍欣赏展品。
20世纪80年代末，中国的虚拟博物馆开始探索相关技术。上海博物馆和南京博物院开发了虚拟博物馆藏品系统，采用FoxBASE+数据库系统，配合大数据影像文件，但因缺乏虚拟现实技术专家，工作最终停滞。20世纪90年代末，虚拟博物馆建设迅速发展，许多虚拟展厅都采用计算机网络技术与通用管理信息服务（CMIS）相结合的方式。最早的虚拟展厅通过虚拟网站形式实现，因受数据资源、网络传输和拓扑的限制，体验效果不佳[7]。
在上海世博会之后，中国将Web3D技术带入虚拟展厅，使其成为新的技术元素。世博会的虚拟展览形式，让群众可以在线参观，推动了这一技术在我国的广泛应用。随后，胡进等研究了虚拟博物馆的相关技术理论，提出了720°无盲点全景参观模式，并成功构建了全场景博物馆系统[8]。
除上述虚拟博物馆外，南京博物院也结合互联网技术、多媒体技术和虚拟现实技术，将展厅虚拟化和空间化，拉近了展厅与游客之间的距离，展览内容更加丰富[9]。
建立甘肃历史文化遗存的VR复原展示系统
目前，利用VR技术复原与展示甘肃历史文化遗迹研究已具备一定的理论和技术基础，这些基础为VR技术在甘肃文化遗迹修复、再现等环节提供了指导。国内外相关研究成果也为甘肃历史文化遗迹数字化系统的建设提供了范本，有助于推动研究进一步深入。
本文围绕虚拟现实技术修复甘肃历史文化遗产展览展开研究，主要聚焦于虚拟在线展厅的建设、实现方法与技术，重点研究人机交互、展厅漫游和碰撞检测算法。此外，人机交互领域还涉及多视图展厅导航和背景数据管理等内容。
全方位展馆浏览
本文探讨了如何在甘肃建立一个完整的三维历史遗迹博物馆，以便游客在虚拟空间实现全方位的自由浏览。凭借720°全景观览模式，游客可以从不同角度观察博物馆中的展品，无论是远观还是近看，都能获得高质量的视觉体验。该系统不仅支持虚拟博物馆和展厅的自由漫游，还能精准再现历史遗迹的原始原貌，让游客仿佛置身于历史现场。
实现漫游展馆方式
为实现用户在展厅内自由移动，依据参观者特点配置特定设备，并根据参观者类型设计不同的展厅漫游方式。针对不熟悉技术设备的人群，设备配备自动漫游语言翻译功能，让他们能够在不被干扰的情况下参观博物馆。至于具有一定操作能力的年轻人，设备则可配合他们的操作模式。在此基础上，游客可以通过触摸鼠标和键盘的操作，在任意方向自由移动。此外，针对需要在不同区域快速漫游的参观者，研发了选择性漫游模型，游客可以根据边界或地点选择想要参观的区域，并直接跳转到指定区域参观游览。
人机交互体验
本文考察了参观者在体验甘肃历史文化遗迹展馆时需要经历的一连串互动操作。例如，如果参观者想要更详尽地了解文物，可通过点击对应模块进行互动体验，如放大、缩小和旋转所选图像，或点击更多详情并加载展厅中的小场景。
碰撞检测
依照甘肃省文物博物馆展品的特点和用户体验方式，分析虚拟环境下碰撞检测的必要性及碰撞检测的类型与原理。结合虚拟博物馆的触觉，选择更适合虚拟博物馆物体碰撞的检测方法。
数据管理
为了满足游客的体验需求，甘肃历史文化遗迹虚拟博物馆在后台管理及数据交换的过程中研究了两种管理形式。一是在VR版本中以虚拟展厅本地路径局域形式替换数据；二是访问者可以根据需要选择交换服务器数据。
建设古遗迹数字化重建VR体验系统
体验系统平台
通过详尽查阅相关文献发现，仅有的几篇关于利用VR技术开发历史文化遗迹的研究成果，都聚焦于VR技术和历史文化遗迹的融合方式。就本文而言，如何借助VR技术深度挖掘甘肃历史文化遗迹的文化内涵，找到适合甘肃特色的历史文化遗迹数字化再现路径，是实现甘肃历史文化遗迹保护与发展创新的途径。因此，本文以甘肃历史文化遗迹的数字化开发为主线，将VR技术与甘肃历史文化遗迹的数字化复原和展示深度融合，构建成熟的操作模式，并将理论成果应用于实践环节，如图1所示。
实施系统框架
构建一个集视觉、听觉、触觉于一体的虚拟现实VR体验系统，系统的关键技术主要包含三维虚拟仿真技术、虚拟漫游技术与碰撞检测，如图2所示。
利用VR技术复原与展示甘肃历史文化遗迹，构建虚拟文物和虚拟场景，使人们得以目睹已经被破坏和消失的文物，通过客户终端为游客带来沉浸式的浏览体验。这不仅能满足甘肃经济社会发展的需求，还对十大生态产业的发展产生重要影响。
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