刘清堂，雷诗捷，章光琼，黄景修，张 星

(1.华中师范大学 教育信息技术学院，湖北 武汉 430079；2.华中师范大学出版社，湖北 武汉 430079)

基于虚拟博物馆的土家器乐文化数字化保护与传承

刘清堂1，雷诗捷1，章光琼2，黄景修1，张 星1

(1.华中师范大学 教育信息技术学院，湖北 武汉 430079；2.华中师范大学出版社，湖北 武汉 430079)

土家器乐文化是我国珍贵的非物质文化遗产，近年来由于地理环境与社会发展等影响而逐渐边缘化，对土家器乐文化的保护迫在眉睫。针对土家器乐文化的保护与传承困难，将3D MAX建模技术与三维全景技术相结合，以土家民俗为主线，设计实现土家器乐虚拟博物馆，呈现典型的土家乐器、器乐及其文化内涵。该博物馆集成多种媒体形式，打破了时间与空间的阻碍，可应用于土家族非物质文化遗产网站，与实体博物馆相结合，或作为土家器乐进课堂的辅助学习工具等，以促进土家器乐文化的保护与传承，是对民族器乐数字化保护与传承模式的新探索。

土家器乐文化；虚拟博物馆；非物质文化遗产；数字化保护与传承

土家族人民在长期的生活实践中，创造了灿烂辉煌的土家族民间音乐文化，从多个角度生动地反映了土家族人民的生活、情感、信仰与精神，是我国民族音乐文化中的瑰宝。土家音乐文化主要包括土家族的歌曲、器乐、舞蹈及相关的民间音乐文化。其中，土家族民间乐器及器乐是土家民族音乐的重要组成部分，独具民族特色和魅力，有着渊远的历史和丰厚的文化内涵。土家族自行创造的乐器像咚咚喹、绷绷妥、恩施扬琴等深受人们喜爱。此外，历代乐器演奏艺人，以其精湛的技艺与音乐表现力，使用锣、钹、鼓、唢呐等进行合奏，创造了丰富多彩的民间器乐曲，在土家族人们的生产生活中也扮演着极其重要的角色。[1]

土家族民族乐器、器乐经过几百年的不断探索、实践，无论是在演奏技巧、表现形式上，都给后人留下了一份份丰硕的遗产。而现今由于聚居点分散的地理环境、现代化进程加快冲击传统器乐的演奏等原因，导致土家族民族乐器与器乐逐渐萎缩边缘化。[2]保护与传承土家器乐文化，对于继承传播中华民族优秀文化，弘扬培育民族精神，达成民族认同，发展文化产业等都有重要的意义。目前，我国对于土家器乐文化的保护主要通过文字、录音、采访、摄像、乐器收藏等方式收集相关资料，通过档案局文化局等进行保存，部分发布于网络上以及在实体博物馆进行展览。然而，单一的数字化存储使得各种资料比较分散，相互之间未能形成联系，忽视了器乐文化赖以生存的时间、空间、和地域特色与特性，难以将其作为一个完整的整体进行保存，因此，不能使用户对土家器乐及其文化内涵进行系统完善地了解，不利于很好地传承与保护。此外，通过实体博物馆展览进行的保护与传承存在一定的局限性：一是展览具有固定的场所，观众必须亲自到场参观，这样客观上减少了受众群体，缩小了传承范围；二是部分博物馆展览受时间制约，观众不能自由选择参观时间；三是对于乐器及器乐的展览而言，在观赏、了解乐器及器乐的同时能欣赏到器乐的演奏才能使用户有更好的沉浸感，而实体店博物馆由于各种约束条件只能使用户欣赏几个典型的演奏，而很难使用户能对每一种展示乐器或器乐进行欣赏。

针对土家音乐文化中的器乐文化保护与传承困难，设计土家器乐虚拟博物馆，首先要对土家器乐博物馆的展示模式和方法进行创意设计；其次使用3D MAX建模虚拟博物馆模型，并通过球形摄像机渲染出三维全景图，再使用Krpano引擎实现具有一定交互功能和沉浸体验的土家器乐虚拟博物馆漫游系统；最后，在该系统中以土家民俗为主线，集成土家器乐文化的相关图文声像等资料，呈现典型的土家乐器、器乐及其蕴含的文化要素。该方式提供了全新的器乐文化数字化展现形式，用户可以通过网络访问，拓展了受众范围，有利于土家器乐文化的保护与传承。

一、器乐文化博物馆研究现状

(一)实体博物馆建设现状

实体博物馆的展陈方式很大程度上取决于展览品的自身特点。乐器的灵魂在于声音，因其这一特点，乐器博物馆除了对乐器进行实物展示以外，还需将乐器与音乐音响相结合，以充分展现乐器的特性。目前将乐器与音响结合的常用方式是利用相关音乐播放设备播放视音频媒体，例如国内的上海东方乐器博物馆建有独立的多媒体展厅播放视音频，但是此种方式不能给予用户即时的体验。美国乐器博物馆采用先进的设施，提升用户的体验感，为每位参观者分配无线收音耳机，参观者走到某个展台前，展台中重点乐器的声音就会自动播放，以此来为用户提供即时的体验，再配合高分辨率视频系统播放视频资源，使用户可以从多方面全方位了解该乐器。[3]而这无疑也需要大量的资金投入。

(二)虚拟博物馆开发现状

1.网站式博物馆

网站式博物馆即将图片、文字、视音频等资料集成到网站上，以网页形式供用户浏览观赏。这种方式制作简单，成本较低，并且访问速度快，成为许多博物馆网上展陈的首选。[4]例如“欧洲展探索乐器”这一网站以网页的形式，使用音频与图片来呈现“乐器设计”“乐器与生物”“乐器与制作者”“实验乐器”“仪式与文化”“庆典乐器”等六个部分的内容[3]。这类网站式博物馆主要作用是供参观者了解博物馆信息与主要展藏资料等，不能替代真实的展馆，且用户体验感较差。[4]

2.实地拍摄博物馆

目前国内外也有不少博物馆在已经建好的实体博物馆内进行360度全景拍摄，然后将照片拼接生成球状的球体展馆，发布在网上，使用户可以通过网络点击参观，仿佛去到该真实的博物馆一般，用户体验感较好。[5]例如，安徽省博物馆利用360度全景技术建设了虚拟博物馆。[6]但目前尚未建成专门的土家乐器博物馆，因此无法进行实地全景拍摄。

3.WEB 3D虚拟博物馆

使用Unity3D，Cult3D，Virtools，Turntool等一类引擎下的Web3D技术，与3D Max等三维建模软件相结合，即可实现虚拟漫游和三维仿真，用户可以通过控制键盘上的方向键在虚拟场景内自由穿行。WEB 3D还具有一定交互功能，可在虚拟场景中定义热点与链接，使用户点击后观看一定的内容。[5]例如，王磊采用了VRML、CULT3D、VIEWPOINT三种WEB 3D技术，并用ASP和Flash开发了聊天室[7]；费晓辉设计莽人3D虚拟博物馆，让参观者使用鼠标键盘进行自由的游览，并与场景中的物体及对象进行交互，仿佛身临原始森林中。[8]

4.虚拟现实仿真漫游

虚拟现实仿真漫游能给予用户超强的“沉浸感”，用户佩戴数据头盔、数据三维眼镜等虚拟现实设备后就仿佛置身于真实的场景当中，带上数据手套还能触摸博物馆中的展品。[5]但目前虚拟现实技术尚未完全成熟[9]，同时此类方式造价较高，目前的带宽亦不能满足实现实时效果的大数据量的要求[5]。而且虚拟现实设备尚未普及，若要求用户使用虚拟现实设备进行仿真漫游则必然大大缩小受众范围，不符合器乐文化传承的初衷。

综合以上对实体博物馆以及虚拟博物馆的分析，考虑到需要尽可能地扩大受众，使更多用户方便参观浏览，同时增加用户沉浸感，故构建土家器乐虚拟博物馆，用户可以用鼠标控制场景的旋转与切换，在其中进行漫游，并可点击视音频按钮对每一种乐器或器乐进行欣赏。该土家器乐虚拟博物馆具有以下四个优势：(1)世界各地的用户都可以通过网络进行访问参观，不用千里迢迢实地参观，打破了空间局限性；(2)用户可以自由选择参观的时间，并可以进行重复参观，打破了时间局限性；(3)通过良好的设计将土家乐器、器乐知识等串联起来，可使用户系统了解各个乐器与器乐、与土家文化之间的联系；(4)增加更多交互，相比实体博物馆，可更方便地为每一种乐器及器乐都提供多个视音频供用户欣赏，增强体验感；(5)该虚拟博物馆无须花费大量资金建造，投资少，同时用户用电脑或手机即可进行访问，使用简单。

二、土家器乐虚拟博物馆的创意设计

土家族民族乐器、器乐千百年来伴随着土家人民的劳动和生活，是土家族人民的生活状态、民风民俗、信仰精神等的生动体现。乐器和器乐在不断的艺术实践中，不但促进了土家乐器及器乐这一音乐形式的发展，也形成了源远流长丰富多彩的器乐文化，向人们传达土家族积淀深厚的发展历史与色彩斑斓的民俗文化。该虚拟博物馆摆脱单一的数字化资源集成与单调的实体博物馆展呈方式，围绕土家族的特色乐器与器乐，以民俗文化为主线，提炼土家器乐文化及其民俗特征知识，使用户能将乐器、器乐与民风民俗、文化等相联系，并集成多媒体资源实现实时交互，向人们呈现土家族独具魅力的器乐文化。如表1所示是土家器乐虚拟博物馆设计理念及框架。

表1 土家器乐虚拟博物馆设计框架

(一)展馆设计——形成乐器、器乐之间的紧密联系

土家族乐器主要分为打击乐器、吹奏乐器和弦乐器，打击乐器包含大锣、小锣、头钹、二钹、鼓、錞于；吹奏乐器包含唢呐、绷绷妥、木叶、咚咚喹；弦乐器有恩施扬琴。打击乐器通常不能单独成曲，需由多种乐器合奏形成别致的曲牌，而吹奏乐器及弦乐器也是土家器乐中常见的伴奏乐器。可以说，器乐是多种乐器演奏的升华。

土家器乐虚拟博物馆以乐理为分类依据，设计打击乐器馆、吹奏弦乐馆、综合器乐馆三个分展馆。在打击乐馆和吹奏弦乐馆先行单独介绍乐器的基本知识，包含形制、音色、模型、演奏技巧、历史渊源以及相关民俗。在此基础上，建立综合器乐馆，介绍多种乐器合奏的器乐，使其与土家族民俗之间形成紧密的联系。从而使三个展馆之间形成由浅入深、从下至上、密不可分的层级关系，使用户能系统完善地了解土家各乐器及器乐之间的联系。

(二)主线设计——将乐器、器乐与文化相融合

土家族乐器及器乐与土家族的生产生活息息相关，婚嫁等红喜事或节庆日，土家人们要使用器乐助兴，烘托气氛；丧葬白喜事，土家人们要使用器乐伴奏，打鼓跳丧，寄托对已逝之人的哀思，也表达对祖先的热爱之情；田间劳作，土家人们要使用器乐指挥生产，激励鼓气，增加劳动的效率。除此之外，器乐也融入土家族人们的生活娱乐，带来欢声笑语。

依据其文化内涵及主要社会功能，可将乐器及器乐分为四个类型：婚嫁、丧葬、劳动、娱乐。其中，锣、钹、鼓、唢呐作为常见的伴奏乐器，不论是在婚丧还是劳动生活场合，都占据着不可替代的地位。除此之外，婚嫁类型的乐器还包含咚咚喹、木叶，器乐包括打溜子和吹打乐。咚咚喹传说是古代土家女子呼唤丈夫“咚咚”归来，表达对丈夫的思念之情；木叶则是土家青年男女吹奏表达爱意的爱情媒介。打溜子和吹打乐在红白喜事场合及日常生活都发挥着重要作用，但主要用于婚嫁节庆以演奏助兴，因此划分为婚嫁器乐。丧葬类型的器乐包括“打丧鼓”。土家族在丧葬时敲锣打鼓，踩着鼓点载歌载舞，营造激昂、热烈的氛围，借以驱祸散忧，慰藉死者，体现了人们豁达乐观的生死观。劳动类型的典型器乐是薅草锣鼓，是人们集体劳动时使用锣鼓伴奏以指挥生产、鼓舞干劲的器乐形式。娱乐类型的乐器包含绷绷妥、恩施扬琴，器乐包含三棒鼓、丝弦锣鼓。“绷绷妥”是土家女子于家中扯绷绷妥以打发时光，恩施扬琴的演唱不化妆不搭台，演员多于夜深人静在古宅中演唱。三棒鼓是一种曲艺走唱形式，丝弦锣鼓是土家族人们以“乐”会友的方式，他们常演奏这两种器乐以取乐消愁。

在对分展馆乐器与器乐的基本乐理、演唱形式等进行介绍的基础上，再以土家民俗为主线，将乐器和器乐串联起来，呈现典型的土家乐器、器乐文化及其相关的民俗文化知识。由此，既将展馆中的所有乐器及器乐紧密地联系起来，又使用户可以深入了解乐器及器乐与土家民俗文化之间的关系。

(三)可视化展示设计——增强沉浸感

该虚拟博物馆使用3D MAX建造具有土家特色的虚拟博物馆场景，再使用Krpano引擎实现对虚拟博物馆的360度全景展示，使用户仿佛置身于一个真实的土家器乐博物馆当中，身临其境般地进行游览。此外，该虚拟博物馆为每个乐器或器乐提供图文热点以介绍乐理、形制、演唱形式与文化内涵；提供模型热点使用户可以360度旋转乐器模型，对乐器进行细致的观赏；提供视音频热点以使用户可以即时聆听乐器的独特音质，欣赏器乐的魅力表演。

三、土家器乐虚拟博物馆的系统实现

(一)土家器乐虚拟博物馆系统架构

土家器乐虚拟博物馆包括三大功能模块：音乐知识导航、地图导航和展馆漫游，系统架构如图1所示。

图1 土家器乐虚拟博物馆系统架构

音乐知识导航包括对土家器乐民俗知识的介绍与土家器乐民俗分类导航，以实现对系统中所包含的婚嫁、丧葬、劳动、娱乐四类乐器、器乐的快速导航，通过导航工具可方便快捷地跳转到对应场景中的相应音乐资源进行浏览欣赏。地图导航以地图导览的方式使用户能俯瞰整个博物馆的空间分布，并为用户提供实时的定位，用户可以通过地图导航快速便捷地跳到相应的乐器展览处。系统共包含3个展馆，每个展馆为用户提供全景漫游与展馆简介，使用户了解该馆与土家族民俗的相关知识，并可通过图文热点、模型热点、视音频热点等使用户深入了解乐器及器乐基本知识、相关民俗文化知识。

(二)虚拟博物馆创建

1.场馆建模。系统使用3D MAX制作具有土家特色的虚拟器乐博物馆，首先使用样条线绘制出场馆的墙体，再进行挤出以生成墙体。对于场馆内的一些民族风元素，例如雕花等亦采用相同的制作方法。

2.灯光布局。灯光对于场景的层次感和真实感起着重要的作用。在该博物馆中，只有室内场景，因此采用泛光灯、目标点光源来模拟室内灯光环境。在每一展厅天花板上分布有四盏吊灯，每一吊灯有四个小灯泡，将泛光灯置于吊灯内，作为主光源。目标点光源则模拟射灯，添加光域网，使灯光呈现三维形式的光源亮度分布。

3.渲染生成全景图。虚拟器乐博物馆构建完成后，需进行渲染以生成全景图。为生成高清全景图，系统采用VARY渲染器，选择球形摄像机以拍摄360度全部视野。整个博物馆共有10个展区，在每个展区都需架设摄像机渲染全景图。场景的渲染质量影响仿真效果，需不断调整灯光及渲染尺寸等相关参数，直至生成满意的渲染效果。

(三)系统展示功能实现

1.基于Krpano引擎的全景漫游实现

采用Krpano将3D Max中生成的全景图导入，即形成漫游系统，使用户仿佛置身于一个真实的展馆中，身临其境地进行游览。Krpano采用xml数据结构和基于flash的三维全景显示技术，是一个功能强大的三维全景显示引擎，具有体积小巧、灵活、高性能、跨平台等特点。[10]土家器乐虚拟博物馆的界面如图2所示。

2.导航浏览

(1)地图导航

该虚拟博物馆共包含有10个展区，通过地图导航，用户可以俯瞰整个博物馆的空间布局，有助于用户迅速地进入角色，同时帮助用户梳理所有器乐、乐器之间的区别与联系。通过点击地图上的热点区域可以跳转到相应的展区。

(2)音乐导航

乐器与器乐是该博物馆的灵魂，通过音乐导航将所有乐器、器乐串联起来，有助于用户对器乐文化进行系统完善的梳理。用户点击乐器或器乐名称即可迅速跳转到相应的展区进行深入了解，如图2所示。

图2 音乐导航

3.乐器虚拟展示

展馆中乐器与婚嫁、丧葬、劳动、娱乐都息息相关，例如锣、鼓、唢呐、咚咚喹等。以鼓为例，系统首先通过图文热点介绍鼓的基本形制、演奏技巧等；用户可以点击音乐按钮聆听该乐器的音质；通过模型热点，可对其3D模型进行360度旋转，以对乐器进行细致的查看。随后介绍鼓与土家丧葬、生产劳动的关系：鼓在土家族劳动的器乐薅草锣鼓、土家摆手舞、土家打丧鼓中都起着重要作用，用户可点击视音频热点欣赏乐器演奏。

4.婚嫁类器乐虚拟展示

展馆中的土家族婚嫁相关乐器包括唢呐、咚咚喹、土笛、木叶，以及合奏打溜子婚嫁曲的锣鼓钹唢呐。其中，锣、鼓、钹是婚嫁喜事时所演奏器乐常见的合奏乐器，土笛、唢呐也通常用于伴奏，咚咚喹、木叶都是土家青年男女之间表达爱意的媒介乐器，打溜子与吹打乐是婚嫁时经常演奏的合奏器乐，用以助兴，营造喜庆欢乐的氛围。以木叶为例，系统通过图文热点首先介绍对木叶的基本形制、演奏技巧等乐理知识；随后介绍木叶的文化内涵；最后介绍木叶吹奏的文化传承现状，并通过视音频热点使用户能够感受木叶与土家人爱情的紧密联系，欣赏传承人吹奏的独特技艺。

5.丧葬类器乐的虚拟展示

锣鼓是丧葬时不可缺少的乐器，钹和唢呐有时也会用于伴奏。打丧鼓是土家丧葬的传统，又称“撒叶儿嗬”，体现了土家人们豁达乐观的生死观。丧葬器乐资源的设计与实现以“打丧鼓”为例，系统通过图文热点介绍其传说、由来、曲牌、在丧葬时的演奏形式等，并可通过视音频热点让用户欣赏这种独特的丧葬形式。打丧鼓是一种器乐，其主要乐器有锣和鼓，系统设置器、乐关联按钮，用户可点击跳转到其组成乐器进行单独了解，将器乐与乐器联系起来，帮助用户更系统更全面地了解它们之间的联系，有助于器乐文化的保护与传承。

6.劳动类器乐的虚拟展示

薅草锣鼓是土家族在劳动时指挥生产、鼓舞干劲的器乐形式，体现了土家人的精神与信仰，以鼓为主要乐器，锣、钹伴奏。系统通过图文热点介绍薅草锣鼓的传说、由来、曲牌、演奏形式，然后可点击视音频热点欣赏这一独特的田间劳作演奏形式，使用户能够欣赏土家人辛勤劳作的民族精神，了解该器乐的文化内涵，并可通过乐器关联跳转到其组成乐器对单独乐器进行了解。

7.娱乐类器乐的虚拟展示

土家族在日常生活中也创造不少乐器、器乐自娱自乐，如绷绷妥、丝弦锣鼓等。以往在正月期间，女子不可以像男子一样出门，因此长辈们制作绷绷妥给她们，以排忧解闷，抒发心情。丝弦锣鼓是土家人们喜爱的器乐，在日常生活中，人们围桌而坐，以“乐”会友，在乐器的演奏中交流感情。

四、应用与总结

该土家器乐虚拟博物馆采用数字化方式，将3D建模与全景漫游技术相结合，集成丰富的多媒体音乐资源与文化资源，集中展示了土家族源远流长的乐器、器乐及其文化，为土家族器乐文化的传承与发展提供崭新的平台。该系统可应用于土家非物质文化遗产网站，与实体博物馆相结合，或作为土家器乐进课堂的辅助学习工具等，以促进土家器乐文化的保护与传承

1.该虚拟博物馆通过网络即可访问，可集成于土家非物质文化遗产宣传网站，用户无须进行实地参观，这在很大程度上拓展了受众范围。同时，用户不再需要去网络上搜索以获得零碎的乐器知识，通过该虚拟博物馆即可系统地了解较为完整的土家器乐知识，有利于土家器乐文化的传承与发展。

2.可与实体博物馆相结合予以体验。目前暂未有专门的土家器乐实体博物馆，乐器与器乐通常作为一个部分在土家实体博物馆中进行展览。由于技术与资金限制，当前的土家族实体博物馆仅限于图片与文字的展示，不能对视音频等多媒体加以展示。因此，该虚拟博物馆可与实体博物馆相结合，给予参观者实时的交互体验。

3.可作为土家器乐进课堂的辅助教学工具。目前，为更好地保护与传承土家族文化，民间艺人将土家乐器与乐器带进课堂。该虚拟博物馆因其较强的交互性可吸引学生预先进行参观浏览，了解乐器与器乐的基本知识，了解其背后的器乐文化，以更好地引起学生学习的兴趣。

民族器乐文化是一个国家宝贵的非物质文化遗产。打破传统保护与传承方式的局限，利用信息数字化技术进行器乐文化的保护与传承已成为一种不可阻挡的发展趋势。文章将3D Max与三维全景漫游技术相结合，实现了集虚拟现实、图文声像等多媒体表现手段于一体的土家器乐虚拟博物馆，呈现典型的土家器乐文化，给用户提供一种直观、全方位、多视角的欣赏模式；同时，也探索了以虚拟博物馆为依托的土家族民族乐器与器乐保护与传承模式，以期对我国其他民族器乐文化的保护与传承提供借鉴，促进我国非物质文化遗产的传承与保护。

[1] 陈洪.亦吹亦打巴人风——土家族乐器一览[J]. 民族大家庭,1994(Z1).

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[3] 蔡紫瑄.当代互联网上数字音乐博物馆的现状观察[J].音乐传播,2015(1).

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[8] 费晓辉,张叔娘.Web 3D虚拟博物馆在人口较少民族文化抢修保护中的应用研究——以云南省金平县布朗族支系莽人Web 3D虚拟博物馆项目为例[J].科技情报开发与经济, 2013(16).

[9] 王建一,郝冰,欧剑.基于虚拟现实技术的虚拟博物馆设计[J].新闻界,2007(6).

[10] 王延朝.基于Krpano的三维全景系统的开发和应用[D]. 华东师范大学,2012.

责任编辑：陈沛照

2017-05-15

国家科技支撑计划项目“土家音乐文化数字化保护与展示关键技术研究及示范”(项目编号：2015BAK03B03)。

刘清堂(1968-)，男，湖北仙桃人，教授，博士生导师，主要研究方向为数字化学习、学习分析、知识服务。

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