基于文化遺產(chǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

王凱 張搴

摘 要：本文從滎陽故城遺址的現(xiàn)狀入手，追溯滎陽故城豐富的歷史文化背景，通過虛擬現(xiàn)實(shí)展示滎陽故城遺址，并對(duì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)、繼承和傳播尋找新方案。在新的時(shí)代背景下，通過虛擬現(xiàn)實(shí)展現(xiàn)滎陽故城遺址的漢代文化遺產(chǎn)，增強(qiáng)民族文化自信和文化自豪。

關(guān)鍵詞：文化遺產(chǎn);虛擬現(xiàn)實(shí);滎陽故城遺址

1 滎陽故城遺址的介紹

滎陽故城遺址位于河南省鄭州市北部惠濟(jì)區(qū)古滎鎮(zhèn)，從春秋開始就是中原地區(qū)重要的政治經(jīng)濟(jì)文化活動(dòng)中心。滎陽故城遺址西臨世界文化遺產(chǎn)絲綢之路起點(diǎn)洛陽，南臨世界文化遺產(chǎn)中國大運(yùn)河通濟(jì)渠鄭州段，北臨黃河，東臨黃河濕地，中國大運(yùn)河與黃河交匯于此。滎陽故城遺址從公元前六七世紀(jì)開始就是鄭國當(dāng)時(shí)的政治經(jīng)濟(jì)文化中心，漢代是滎陽故城遺址發(fā)展的黃金時(shí)期，形成了漢代官辦冶鐵中心。

2 滎陽故城遺址的現(xiàn)狀

滎陽故城遺址，現(xiàn)存城墻、漢代冶鐵遺址、漢代城池、漢代居民、漢代運(yùn)河遺址。通過虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互展現(xiàn)考古發(fā)掘的漢代碎片化遺址，在還原現(xiàn)存的漢代殘?jiān)珨啾诘耐瑫r(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)可以對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行交融性的整合并清晰展現(xiàn)出來。

3 還原滎陽故城遺址的難度和意義

滎陽故城遺址位于黃河和大運(yùn)河的交匯處，大運(yùn)河的前身是滎陽故城遺跡西的鴻溝。大運(yùn)河和黃河帶來便捷交通往來的同時(shí)，也讓位于交通樞紐的滎陽故城遺址成為兵家必爭(zhēng)之地和洪水泛濫之地。戰(zhàn)亂和洪水使得滎陽故城現(xiàn)今保存的多為明清建筑。滎陽故城漢代冶鐵遺址是漢代中原地區(qū)最大的官辦冶鐵機(jī)構(gòu)，它也是推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要保障。

4 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)保護(hù)的意義

在虛擬現(xiàn)實(shí)廣泛應(yīng)用的今天，虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)有了更多的展現(xiàn)可能。交互藝術(shù)是藝術(shù)家與工程師通過一個(gè)技術(shù)平臺(tái)，為觀眾創(chuàng)造一個(gè)虛擬的互動(dòng)體驗(yàn)空間。交互活動(dòng)在不同的領(lǐng)域中進(jìn)行，指引訪問者通過不同的方式進(jìn)行自我創(chuàng)造。[1]滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)通過虛擬現(xiàn)實(shí)營(yíng)造出真實(shí)的自然環(huán)境和歷史場(chǎng)景，再通過人機(jī)交互技術(shù)創(chuàng)新和交互方式設(shè)計(jì)創(chuàng)新讓用戶獲得全新的體驗(yàn)。

4.1 滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史沉浸感

沉浸是使用戶感覺完全置身于虛擬世界中，被虛擬世界所包圍，沉浸感來自真實(shí)的歷史還原，并在現(xiàn)代審美的基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)造，滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)于圖像的制作，渲染以及藝術(shù)再創(chuàng)造上力圖還原歷史，營(yíng)造漢代古城自然逼真的畫面，讓體驗(yàn)者感受到漢代生活的立體場(chǎng)景畫面。

4.2 滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)的自然交互感

滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)采用多通道的語音指令、手勢(shì)操作和動(dòng)作捕捉的自然人機(jī)交互設(shè)計(jì)，讓體驗(yàn)者獲得自然交互感的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)未知世界的探索和對(duì)漢代歷史文化的了解。多模態(tài)自然交互讓用戶在虛擬環(huán)境可即時(shí)交互并產(chǎn)生與真實(shí)世界一樣的感覺。

4.3 滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)的藝術(shù)想象感

滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景根據(jù)考古發(fā)掘的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字信息，結(jié)合漢代文物的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)的收集和分析把漢代滎陽故城遺址描繪得更形象生動(dòng)。教授兼作家Donald Norman說：“當(dāng)技術(shù)滿足了基本需求，用戶體驗(yàn)便開始主宰一切。”[2]在學(xué)習(xí)和體驗(yàn)的過程中虛擬現(xiàn)實(shí)不僅滿足人們對(duì)于虛擬世界的好奇，在游走于漢代滎陽故城的虛擬世界的同時(shí)滿足人們對(duì)未知的好奇，對(duì)文化遺產(chǎn)的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)人們對(duì)文化遺產(chǎn)的認(rèn)識(shí)。

5 滎陽故城遺址虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)的方法

5.1 滎陽故城遺址資料搜集，建立滎陽故城漢代建筑模型

從滎陽故城遺址的實(shí)地考察與測(cè)繪入手。從分析現(xiàn)有考古現(xiàn)場(chǎng)，聯(lián)系考古發(fā)掘的幾處遺址之間的關(guān)系，重建考古遺址的單個(gè)外部格局，內(nèi)部形式，從建筑材料和建筑裝飾技法進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并以中原地區(qū)其他漢代考古發(fā)掘作為參考，為滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)重建打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5.2 滎陽故城模型制作，建立模型貼圖數(shù)據(jù)庫

利用相關(guān)軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，創(chuàng)建滎陽故城城墻、漢代冶鐵、運(yùn)河、漢代民居的場(chǎng)景，還原漢代滎陽故城，復(fù)原漢代的歷史場(chǎng)景畫面，搭建滎陽故城城門、西城門內(nèi)外的生活場(chǎng)景和自然景觀。將單體建筑模型導(dǎo)入相對(duì)應(yīng)的空間位置，營(yíng)造出完整的滎陽故城生態(tài)畫面。

5.3 場(chǎng)景渲染，創(chuàng)建漢代滎陽故城的自然歷史場(chǎng)景

通過地理數(shù)據(jù)收集，漢代古城的自然選址分析，在尊重歷史真實(shí)的背景下，創(chuàng)建古城的自然背景，在模型制作后需要提前利用烘焙技術(shù)對(duì)貼圖進(jìn)行優(yōu)化處理再渲染。借助虛幻4強(qiáng)大的實(shí)時(shí)渲染功能，不同于其他三維軟件的單一視角渲染模式，虛幻4可以在編輯器中提供所見即所得的模型實(shí)時(shí)渲染效果。[3]

滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)加入音效來增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)感。真實(shí)環(huán)境中音效至關(guān)重要，由于聲音的傳播有助于人們獲得較強(qiáng)的空間感，在虛擬場(chǎng)景中加入鳥聲、叫賣聲等自然聲音，可以增強(qiáng)場(chǎng)景的立體空間感，強(qiáng)化體驗(yàn)的真實(shí)感。

5.4 滎陽故城虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)制作

虛擬現(xiàn)實(shí)目前主流的設(shè)備是依靠手勢(shì)識(shí)別、語音交互、動(dòng)態(tài)捕捉，通過最新的多模態(tài)人機(jī)交互方式，實(shí)現(xiàn)漢代滎陽故城場(chǎng)景的真實(shí)還原，讓人們獲得更多的體驗(yàn)感和沉浸感。

6 結(jié)語

滎陽故城遺址虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)，通過滎陽故城遺址的復(fù)原和藝術(shù)再創(chuàng)造，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)的想象性，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)的自然交互方式讓體驗(yàn)者獲得真實(shí)的沉浸體驗(yàn)，滎陽故城遺址的虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)向人們展示了神秘的漢代古城，還原這座漢代絲綢之路，運(yùn)河上的漢代政治經(jīng)濟(jì)文化古城，展現(xiàn)中華文化魅力，增強(qiáng)民族文化自信，向世界傳播中華民族優(yōu)秀的文化遺產(chǎn)的魅力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李涵.信息時(shí)代的蛻變——新媒體藝術(shù)的交互性及其市場(chǎng)發(fā)展[J].美與時(shí)代，2013.

[2] Stephen P.Anderson .怦然心動(dòng)——情感化交互設(shè)計(jì)指南[M].侯景艷，譯.北京：人民郵電出版社，2015.

[3] 趙康.基于GIS的虛擬景觀平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪科學(xué)，2017.

作者簡(jiǎn)介：王凱（1985—），河南鄭州人，2016級(jí)研究生，研究方向：數(shù)字媒體與動(dòng)畫。

指導(dǎo)老師：張搴