庞贝古城千年废墟复活：VR模型与眼动追踪复现被火山灰掩埋的建筑

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  新智元报道  

编辑：袁榭 拉燕

【新智元导读】VR技术现在已经进展到，即使古迹被火山灰埋了两千年，也可以复现出当年的原貌，还能为游客定制观景体验啦。

最近，考古学家用虚拟现实技术（VR）完成了前所未有的创举。

他们用VR再现了庞贝古城的一栋别墅。完美复刻了被公元79年维苏威火山喷发毁掉前的古城别墅景象。这可以让现代人更直观地了解当时的人们在家里的生活图景。

用VR和眼动追踪，为当代人打造游览古代实境的完美体验

自有考古学以来，学人们一直对视觉复现自己的发掘对象兴趣浓厚。

 

在技术工具还比较老旧的过去，视觉复现考古最初分为定量流派和经验流派两种。

 

不过在过去的15年中，技术工具日新月异，学者们开始结合不同的技术，如「位置信息系统」（GIS）、3D建模和VR（虚拟现实）等技术来复现各种过去无法完整呈现的古迹。

 

2022年，来自瑞士隆德大学考古和古代史系的学者Danilo M.Campanaro和Giacomo Landeschi教授合写了一篇相关论文，他们通过上述技术，创建了一个可以让用户步行穿过的庞贝古城部分建筑的VR模型版本。

 

 

研究人员应用眼部跟踪，追踪志愿者的眼球，从而确定哪些装饰品能不自觉地吸引前来拜访的人群。

 

「位置信息系统」（GIS）、3D建模和VR（虚拟现实）等技术，配合眼动测量技术，可以评估庞贝城古迹的完整虚拟模型里，哪些部分能获得了在虚拟空间中移动的用户的注意。

 

基于虚拟现实的眼动追踪是一项新兴技术。之前还没有公开的类似研究论文，探讨将嵌入虚拟现实头套中的眼动追踪仪生成的数据、集成到GIS环境中，从而协助考古视觉复现的可能性。此研究开业界之先河。

 

用Unity引擎给物体VR建模

研究人员小心地构建了「希腊警句之屋」（House of the Epigrams）的数字模型。1870年，这栋别墅被考古发掘出来。之所以叫做「警句之屋」，是因为在别墅里发现了一些内容是古希腊警句格言的不同涂鸦。

 

虽说这座别墅的真正主人我们不得而知，但是研究人员认为，这座别墅可能属于Lucius Valerius Flaccus，因为在别墅里发现了刻有他名字的戒指。

 

不管怎么说，家庭里奢华的布置，和数不清的格调极高的壁画，无不暗示着这座古宅属于在当时一个地位极高的贵族家庭。

 

研究者通过集成不同的产品来开发工作流程：首先在虚拟现实环境中测量用户的视觉注意力；然后生成数据输出以导出到第三方软件；最后将处理过的数据导入3D与「位置信息系统」的环境中。

 

试验中参与者使用的设备是带有集成眼动追踪仪的Vive Pro Eye头套。

 

研究人员使用3D建模软件《3D Studio Max》、《Campanaro Reference Campanaro2021》对庞贝城的「希腊警句之屋」进行 3D 重建，并导入 Unity引擎。作为可用于虚拟现实体验的跨平台游戏引擎，Unity引擎的物理实境复现、光线模拟等功能是业界第一流的。

 

 

用VR眼动追踪构造用户个人的观看体验

为了本研究的特定要求，研究者选择了两种截然不同的光照情景：冬至的黎明和夏至的中午。

 

该系统记录了试验参与者（五名年龄不同的白人女性）走过虚拟的3D房屋的视觉体验。使用Cognitive3D软件获得输出数据、视觉分析和测量结果。

 

 

在这项试验中，用户在虚拟环境里重建的庞贝房屋内的视觉体验（凝视、注视和移动）会被收集并导入到 GIS 环境中。

 

来自Cognitive3D软件的处理后数据以JSON文件导入ArcGIS Pro软件的「位置信息系统」环境中，其中包括三个数据集：

凝视：用户头部的具体位置数据；

注视：用户的眼部运动趋于稳定时，她们在看向哪里的位置数据；

事件：是用户看了某个地方多久的时长数据。

 

 

有了这三类数据，研究人员就可以构建出这座别墅的视觉印象地图。他们用小红点标出眼部短暂看过的地方，用大红点标出眼部长时间停留的地方。

 

根据Unity引擎的坐标系，数据集中的每个点都由表示（x, y, z）值的三元轴组标识。由于Unity和ArcGIS坐标系的差异，需要将Unity引擎坐标转换为ArcGIS软件的坐标。

 

创建后，将数据集以及用于在Unity3D中进行模拟的3D模型作为ASCII文件导入ArcGIS Pro软件。如此，能让眼动仪测量点的相对位置与用户佩戴VR头显时虚拟移动的空间完美匹配。

研究收获

通过将收集的3D数据集成到GIS环境中，来对用户的视觉行为进行位置定位至关重要。

 

具体来说，这个过程可以让研究者利用软件流程提供的分析能力（如统计分析、3D密度图、视线自动生成、物体分布图自动生成、多层分析等），审视性地从试验参与者的视角，来研究音频特征、虚拟涂鸦、虚拟家具、用照明模拟工具计算的光照度等数据信息。

 

 

在GIS空间中处理源自虚拟现实眼动仪的数据，可能会为研究和分析人与VR交互提供有趣的新场景（例如，发现光线照明如何影响涂鸦和壁画等元素的观看体验）。

 

此次实验中的VR系统套装，可以通过了解用户看到虚拟对象的顺序、虚拟对象在空间中的位置，来自动查询虚拟环境中的物体位置数据库、并选择具有更高视觉吸引力的区域。

 

此次实验中的VR系统套装，还可以集成多个用户的同时使用，并且可以管理大量数据，以检测用户动作可能与VR空间的特定特征相关的模式。

 

此外，通过在3D环境中管理这些数据，单个用户的体验可以与描述性的属性记录表相关联，并链接到特定的视觉关注点。从而更容易将视觉体验的定量评估与例如用户年龄、光照条件特定因素相结合。

 

研究人员表示，这些数据有助于揭示普通人、居民和识货的观众在看这座别墅和里面富丽堂皇的内饰时不同的欣赏方式。

 

本研究探讨了将与人类视觉注意力相关的3D数据和GIS数据集成到一起、重新建模的可能性。如此一来，日后的用户在改变视角等认知角度时，也能从视觉场景中获取相关信息。

参考资料：

https://www.artnews.com/art-news/news/archaelogists-created-a-vr-rendering-of-an-ancient-pompeian-home-1234622833/
https://www.cambridge.org/core/journals/antiquity/article/reviewing-pompeian-domestic-space-through-combined-virtual-realitybased-eye-tracking-and-3d-gis/E82035C72C580D9602CCF00D625BC65D