基于Hypercosm的江南園林數字化虛擬旅游設計與實現

林新雨　張偉明

摘 要：物質生活得到滿足之后，人們開始尋求精神世界的富足，而虛擬旅游因其自身特點，已逐漸進入人們的視野。江南園林是眾多國人的旅游目的地，同時也是中華藝術的瑰寶。本文通過理論研究法、對比分析法和跨學科分析等方法，利用Sketchup和Hypercosm進行江南園林三維模型的實現和虛擬現實的交互。利用虛擬現實的特征以及在線可交互模型的跨平臺性和可兼容性，使用戶在園林虛擬旅游中擁有更加良好的用戶體驗。

關鍵詞：江南園林；虛擬旅游；數字化實現；虛擬現實；Hypercosm

在中國經濟迅猛發展的今天，人們的物質生活有了顯著的提高，有越來越多的人們有閑暇關注并進行度假，旅游便是近年來民眾所選擇的一個重要休閑度假方式。但是在現實生活中，旅游往往會受到各種條件的限制，由此“虛擬旅游”逐漸步入人們的視野?！疤摂M旅游”就是將三維模型和虛擬現實等技術相結合，形成以現實場景為模型的一個虛擬景區，讓人們能夠在家中便可以體驗到全國各地乃至世界各地的名勝古跡。

本文數字化的旅游對象是江南四大園林之一的寄暢園，將通過虛擬現實、網絡可視化和三維技術等來實現江南園林的場景，亦擁有支持人們在遠地瀏覽等優點，同時對江南園林文化的傳播具有一定的支持作用。虛擬現實技術在園林場景體驗上為用戶提供視覺上的感受，讓用戶對客觀實際的建筑具有感性認識，使得用戶在視覺上和感官上具有更加良好的用戶體驗。

1虛擬旅游與場景數字化的意義及價值

虛擬旅游與場景數字化克服了現實世界中的旅游的部分缺點，從而使得其更有發展的價值。

第一，虛擬旅游與數字化場景能夠為用戶提供一個較為逼真的場景，進而用戶可以在虛擬場景中進行現實情況的模擬，可以更加周全地考慮出自己所需要的東西，所感興趣的場景，告別了傳統意義上的單調的平面圖片和文字介紹。

第二，數字化技術可以為風景區和旅游區的前期規劃做出較為科學和有吸引力的規劃設計。在設計的過程中，設計人員可以及時把設計出來的模型發布到網絡上，這樣游客可以迅速而形象看到旅游區的未來規劃，進一步提出自己的意見和建議。

第三，虛擬場景的數字化是保護世界遺產的有效措施。很多的旅游資源往往都是國家重點保護的對象，如北京的故宮等，隨著時間變遷，文物總會收到損傷，但是如果能夠完全實現數字化，那么只需要進行數據上的備份，就能夠精準地進行場景的復制和再現，使我們省去了文物損傷的擔憂。

第四，虛擬旅游是進行科普教育的良好途徑。場景的數字化虛擬化為一些弱勢群體提供了較大的便利，例如一些不適合出門的或者出門不方面的老人、殘疾人等，同時也可以為一些經濟上有壓力的群眾提供游覽場景的機會，提供給所有人更多的選擇。

2數字化技術為虛擬旅游與場景數字化提供了技術手段

目前，利用虛擬現實技術實現對人文歷史和自然地理遺產的瀏覽漫游的虛擬遺產理念，因其在研究、保護、介紹人文歷史和自然地理方面都能起到非常重要的作用，已經在國際上得到了廣泛的認同。采用虛擬現實技術對各個古建筑和古園林進行虛擬化和數字化的再現，形成可以在線瀏覽和交互的三維模型，為寄暢園的虛擬場景旅游和展覽提供了完全的可能性。

“虛擬交互系統”是一種高級的、較理想的虛擬現實系統，它提供一個完全沉浸的體驗，使用戶有一種仿佛置身于真實世界之中的感覺?！币话銇碚f，它采用的是具有交互功能的設備，即通過數據的傳輸，把一些用戶行為產生的信息傳送到主機中，通過計算機的計算以后返回到顯示屏幕中。這樣的方式可以把用戶的視覺、聽覺等感覺封閉在一個相對密閉的空間里，并提供一個虛擬的新空間，用戶可以利用空間位置跟蹤器、數據手套、三維鼠標等輸入設備和視覺、聽覺等設備，使用戶能完全地沉浸在這個虛擬的空間中，以便產生一種身臨其境的感覺。

本文中所實現的交互設備主要是通過鼠標，通過鼠標的中鍵和左右鍵來控制視圖環繞和三維場景中的相機焦距，在安裝完成Hypercosm telepotor和Hypercosm player之后，可以在谷歌瀏覽器中打開已經生成的模型，并且通過屏幕下方的幾個按鈕以及他們的子菜單按鈕，可以控制這個三維視圖中的顯示方式、顯示顏色、鼠標的交互方式（單鍵交互或者是雙鍵交互），還可以通過rending顯示不同的樣式和不同的燈光，而這一切交互的行為都依賴于用戶本身的行為。

3江南園林虛擬旅游系統的設計

3.1平臺以及軟件介紹

本文最后所形成的成果是一個在線的三維可交互模型，設計過程中主要使用的軟件有AutoCAD，Sketchup和Hypercosm平臺軟件。

3.1.1 AutoCAD

AutoCAD是指美國Autodesk公司研發的通用計算機輔助設計與繪圖軟件包，具有強大的功能且使用非常方便，在設計類領域得到了廣泛的應用。

3.1.2 Sketchup

SketchUp是一個三維建筑設計方案創作中非常優秀的三維設計工具，直接面向設計過程的特點使其成為了實現快速簡易精準建模和使用方便的新型建模軟件。

3.1.3 Hypercosm

Hypercosm是一個傳輸和處理3D內容的集成軟件產品系統。是一個功能強大的，基于網絡媒介的交互的，與消費者、客戶、合作者等進行在線交流的三維視覺信息系統。Hypercosm平臺下主要使用的是Hypercosm telepotor， Hypercosm player 和Hypercosm studio，Hypercosm系列軟件也是該模型中最為重要的軟件。

3.2設計過程

3.2.1 AutoCAD圖紙構建

在Sketchup建模之前，需要收集有關于寄暢園以及附近地區的有關的一些平面圖地形圖等有關資料（例如google earth中的地形資料），并且用AutoCAD對平面的布局進行整體的規劃設計，本文的模型原型是江南名園寄暢園，所以會以寄暢園的建筑和場地為參考進行建模。

3.2.2 基于Sketchup的建模

收集的園林照片參考圖需要處理一下，以便于后續導入Sketchup中進行建模。圖像處理完畢后，導入進行適當的角度旋轉，從頂視圖開始建模。對于一些比較規則的建筑部分可以嘗試用Sketchup中的三維匹配建模，如圖1所示，其中的紅綠線分別代表了XY兩個軸向，Sketchup會自動形成與匹配照片中相同的透視關系。

在整體建模過程中，可以借助Sketchup插件的幫助，如快速生成窗口等，另外，還有一些復雜的植物模型，可以導入一些三維模型進行調整二次使用。在這個過程中建模是工作量最大的部分，在每一個模型完成后，都要立即賦予材質，材質需要慢慢調整。

3.2.3基于Sketchup和Hypercosm的交互系統

在上一步驟中完成的三維模型，需要進行轉格式導出，在此之前，需要給Google Sketchup 8安裝Hypercosm的telepotor插件，然后再在瀏覽器中安裝Hypercosm player插件，以便于用戶可以進行瀏覽和交互。在SU中建模完成后，應該對其進行細節的處理和細化，在處理完畢后，Hypercosm平臺下還有studio的編輯軟件，可以對SU中導出的文件進行代碼的改寫和編輯，主要文件位于到處文件夾下的script文件夾中，同樣的我們可以通過在這里改變建模物體的顏色，改變RGB值等等。在studio中對導出文件進行修正完畢后，就可以在瀏覽器中打開試驗交互的效果。在瀏覽器的交互界面中，一般情況下，瀏覽器會自動攔截Hypercosm player的運行，需要點擊運行插件，顯示界面后，可以看到如圖2所示的六個按鈕。

第一個按鈕是關于介紹Hpercosm平臺的鏈接；第二個按鈕是為了隱藏按鈕，實現頁面交互內容最大化，從而使得用戶體驗得到提升；第三個按鈕觀察相機的焦點和透視；第四個按鈕可以改變人機交互方式，鼠標的單雙鍵的切換，開啟自動旋轉等；第五個按鈕進入后，可以改變物體的顯示方式和渲染方式，可以改變成純白膜模式或者X光模式（半透明）等，白膜模式下，模型會停止加載文件夾下的貼圖文件，使得實時渲染更加流暢一些，X光模式下，游客可以通過正面直接觀察到背面的內容和風景。

4系統的特點

傳統的平面和照片的傳統方式沒有給我們更多的選擇和想象空間，此時，江南園林場景在線可交互模型的優點就表現出來了。

4.1交互性和沉浸性

虛擬現實技術正如其名，用技術手段，通過虛擬的場景來模擬現實的場景，這也就是虛擬現實最基本的定義，也是所有虛擬現實技術手段最終的目標，以假亂真。交互性，更多體現在與傳統平面媒介相對比之時，主要是和人們的心理狀況和不同心理狀態下的主觀感受不同。然后還有更加深層次的構想性，在沉浸性和交互性的基礎上，構想性使得虛擬現實獲得更好地想過，使人們不斷調用大腦的思維方式和圖像，進行融合和啟發。

4.2表現的完整性

虛擬場景下的園林模型，具有一個傳統方式完全沒有的優點，那就是虛擬技術手段使得計算機等終端可以完整的表現整個三維空間，進行全方位的展示，任何角度。這一點相對傳統的平面信息的傳統方式給與人們更多地的信息，在相同情況下，通過平面的方式想要表達和三維模型同樣的信息量，基本上是不可能的，因為尤其是江南園林場景這種規模較大，模型量也比較大的空間模型，每個時刻和每個角度都是不同的，而平面和照片方式是無法給與我們足夠多的信息的，即時我們能夠通過多個角度的照片來觀賞園林，由于其空間的復雜性，會對我們的欣賞造成非常大阻礙。

4.3平臺的兼容性

生成在線可交互模型的最終格式是HTML，這也意味著每一臺電腦只要在電腦的瀏覽器中安裝瀏覽的插件，那么無論在何時何地，只要有網絡訪問模型所在的服務器，就可以在電腦中觀察到這個三維模型。相比之下，以往許多的虛擬現實技術都需要通過大量的數據計算和一些較為昂貴的機器，比如說數據手套和數據頭盔，以及XBOX360等，這對于一個普通的用戶根本是不可能擁有的東西，所以，該三維模型無論是從經濟上，還是從可行性上，都比以往的虛擬現實技術手段來更加友好和現實。

4.4使用的簡易性

Hypercosm軟件環境并不像3DMAX那樣需要一個專業的軟件操作空間，還有專業的軟件操作知識，用戶所需要做的僅僅是通過點擊按鈕來改變場景的現實方式、場景鏡頭的焦距、場景的RGB顯色和場景亮度等等，通過鼠標的左右鍵和中鍵就可以旋轉和瀏覽整個三維場景。

5結語

本文以江南園林為模型，進行三維數字建模，進而討論虛擬數字技術在江南園林虛擬旅游行業的前景和應用，同時簡要介紹了虛擬數字化技術，以及與其他虛擬現實技術的比較。

在技術實現方面，介紹了整個園林場景數字化所用到的技術手段和流程，主要是在Sketchup和Hypercosm下的制作流程。同時，通過多方面論述了本設計所實現的三維在線可交互模型的優越性與特殊性，包括交互性和沉浸性、表現的完整性、平臺兼容性等，說明了在新時代的虛擬現實技術快速發展的背景下，具有創新性的數字化實現手段相比較于傳統手段所具有的特點。

綜上，虛擬現實技術在我國得到快速的發展和多方面的應用，然而三維虛擬現實的相關理論和有關的技術發展仍然不夠完善，毫無疑問，在將來以虛擬現實技術為基礎的相關產業，如本文所討論的虛擬旅游等將會大有作為，這也將鼓勵更多優秀的人才繼續對其進行研究。

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