虛擬環境下長城文化景觀的綜合展示設計

李一葦，趙紅蕊

(1. 北京海淀外國語實驗學校，北京 100195； 2. 清華大學3S研究中心， 北京 100084)

長城是中華民族的藝術瑰寶，是中國文化的厚重載體，是中華民族凝聚力和創造力的重要資源[1]。長城作為我國的名片，更是享譽全球，在1987年12月被列入《世界遺產名錄》，成為世界遺產，也引起了全球關注和保護。

長城分布于北京、天津、河北、山西、內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、山東、河南、陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆15個省(市、自治區)的403個區縣[2]，根據文物和測繪地理信息部門的全國性長城資源調查結果，明長城總長度為8 851.8 km，秦漢及早期長城超過1萬km，總長超過2.1萬km[3]。長城是典型的線狀文化遺產，文化遺產類型多樣、要素豐富，也是世界上延續時間最長、分布范圍最廣、軍防體系最復雜、規模最龐大和影響最深遠的文化遺產類型[4]。

互聯網成為今天世界認識長城的重要途徑。為此，有必要研究虛擬環境下長城可展示內容、展示方式及其技術實現。設計建立長城綜合展示系統平臺，全方位、多角度展示大范圍、多類型的長城文化和信息資源，將長城物質遺產及其文化意義完美融合并呈現給公眾，真正喚醒公眾意識，吸引公眾參與，引發公眾強烈的精神共鳴[5]，提高公眾認知和理解，促進探索挖掘長城歷史價值、文化內涵和作用[6]，更好地為經濟社會發展服務。

本文在對長城文化深入分析的基礎上，研究長城可展示內容，并結合互聯網、地理信息、多媒體、虛擬場景等科技手段，提出相應的虛擬環境下長城文化綜合展示設計方案：以航天航空衛星影像、實地360°動態和靜態影像為載體，植入長城文化信息、典籍信息和旅游信息等，全面記錄與展現長城文化景觀信息和特征，多維度、多時空、多視角的文化景觀信息以圖片、文字、音頻、視頻等多媒體綜合呈現，并輔以時間概念和空間感受，通過互聯網向社會各界提供沉浸式體驗，推進長城文化宣傳和展示，為長城資源旅游推介、價值探索、保護利用提供新的模式。

1 長城文化展示內容

長城的修建始于春秋戰國時期，終于明朝末期，其間歷經春秋、戰國、秦、漢、隋、唐、遼、金及明等10余個朝代，距今已有兩千多年[7]，悠久的歷史賦予了長城豐富的文化內涵。在當前新時代的發展需求下，長城更是作為主體連接了沿線區域的文化、生態和資源等，形成了以長城沿線所在區域為主，以周圍自然環境、鄉村聚落、區域經濟基礎、社會形態合理分工等為補充的有序組織的綜合體[8]。創新性地展示長城文化，包括長城遺產、歷史遺跡遺存、環境景觀(自然、生態、資源等)和文化價值，進而促進構建整體、互相尊重、合理利用和持續發展的文化生態環境，推動長城所在區域實現全面、協調、可持續發展，以全新的視野探索長城保護和發展的路徑[9]。

1.1 長城遺產

長城遺產要素類型多、數量大、分布廣，它并不只是一道單獨的城墻，主要是由長城本體(即長城墻體及敵臺、馬面等)和附屬設施(包括關堡、烽火臺、壕溝、擋馬墻等)組成的規模龐大的軍事防御工程體系，這一防御工程體系由各級軍事指揮系統層層指揮、節節控制[10]。主要要素包括長城墻體、壕塹/界壕、單體建筑、關堡、相關設施等。在國家文物局組織開展的明長城資源調查中，有現存敵臺7062座，馬面3357座，烽火臺5723座，關堡1176座，相關遺存1026處；共測得明長城總坡面長度為8 851.8 km，包括人工墻體6 259.6 km，天然段2 232.5 km，壕塹359.7 km。其中，人工墻體又可進一步分為石墻1 828.8 km、土墻3 411.3 km、磚墻249.6 km、山險墻197.5 km及其他572.4 km。就保存狀況而言，明長城人工墻體保存較好的僅為513.56 km，保存一般的為1 104.4 km，保存較差和差的分別為1 494.7和1 185.4 km，消失的則達1 961.6 km[11]。

(1) 長城墻體：分為土墻、石墻、磚墻、木障墻、山險墻、山險、河險、其他墻體8種類型，是長城的主要建筑工程。

(2) 壕塹/界壕：多指在不易筑墻的地方，挖有深廣各若干丈的深溝，并將所挖取之土堆于溝的一側，其防御作用同修筑墻體是一致的。

(3) 單體建筑：分為敵臺、馬面、水關(門)、鋪房、烽火臺5種類型。其中，敵臺為高出城墻的高臺，可駐兵和儲存武器彈藥；馬面是凸出城墻外側的臺子，可對登城敵人進行側面攻擊；水關為墻體上開設的排水設施；鋪房是供士兵休息的建筑物；烽火臺又稱烽燧，古時用于點燃煙火傳遞重要消息的高臺，系古代重要軍事防御設施，是為防止敵人入侵而建的，遇有敵情發生，則白天施煙，夜間點火，臺臺相連，傳遞消息。

(4) 關堡：“關”是指筑有城、圍的屯兵地，一般依托于墻體；“堡”是指筑有城、圍的屯兵、居住地，與墻體不發生直接關聯。

(5) 其他相關設施：包括擋馬墻、品字窖、壕溝等。

長城遺產是長城文化的價值載體，承載著長城的歷史變遷和文化內涵，也作為中心連接著長城沿線的歷史遺跡遺存和環境景觀，帶動了經濟、社會和文化的傳承與發展，是長城文化展示的主體。圖1為幾種典型的長城遺產。

圖1 長城遺產示例

1.2 歷史遺跡遺存

長城周邊歷史遺跡遺存資源主要指的是不可移動文物，是在歷史發展過程中遺留下來的具體遺產或遺址，涵蓋了從政治到軍事，從生產到生活，從社會到教育等多方面內容，以實物的形式彌補了歷史文字記載的不足之處，更體現了長城及其周邊地區在歷史長河中慢慢形成的豐富內容，或多或少與長城存在某些聯系并受其影響而形成，是長城文化展示的重要內容之一。

歷史遺跡遺存有古文化遺址、古墓葬、古建筑、石窟石刻等，圖2為古文化遺址和古建筑示例。

圖2 與長城有關的其他遺跡

1.3 環境景觀

環境景觀是與長城遺產在空間上或功能上相互連通的自然生態景觀、道路、城鎮等。它們雖然不是長城遺產的價值載體，但卻在功能、位置、景觀等方面與長城具有密切聯系，從而以多種方式影響著長城遺產的保存和延續。

以北京長城沿線的自然生態景觀為例，依據《北京市綠地系統規劃》和有關部門網站查閱，北京長城所在的北部六區內分布有大量的自然生態景觀資源，這些同時也是北京地區重要的綠色生態保障，共有17處省級以上風景名勝區、19處縣市級以上自然保護區、18處省級以上森林公園，以及多條水系及其形成的濕地和水庫[12]。

以北京地區市郊鐵路網為例，綜合交錯，與長城文化旅游密切相關。圖3為2020年北京市鐵路網規劃方案。

圖3 北京市地區市郊鐵路線網規劃方案(2020年)

1.4 文化價值

(1) 地域民俗文化。地域民俗文化是指地區內民間文化和民俗生活積累形成的各種物質上、精神上和制度上的傳統習俗。民俗文化的形成與發展深受長城周邊民族文化交流的影響，先民們在日常生活和文化交流中逐漸學習、發展進而創造而來，后人在此基礎上繼承了這些優秀的傳統文化并發揚光大，這些都體現了長城周邊地區人們的生產生活方式與長城文化有著密切聯系。

民俗文化有非物質文化遺產、傳統古村落、民俗旅游村和其他特色民俗文化等。圖4為北京北部六區市級非物質文化遺產及市級民俗旅游村分布。

圖4 北京北部六區市級非遺及市級民俗旅游村分布示意圖

(2) 典籍信息。長城歷史演變、發展過程中的各類文獻，包括古書、圖冊(集)和傳記等，記載了長城的發展變遷、作者的所思所感。

(3)旅游信息。旅游信息包括開放的景區介紹、景區特色、導覽信息、交通餐飲、路線規劃、展示活動等，為游客提供全面的旅游參考信息。

1.5 法律法規

國家歷來高度重視長城保護，逐步建立“國家級—重點區域級—地市級”三位一體長城區域協調發展機制[1]，同時建立了多項法律法規，包括《中華人民共和國文物保護法》《長城保護條例》《長城執法巡查辦法》《長城保護員管理辦法》《長城“四有”工作指導意見》，以督促落實長城保護地方政府責任，完善長城保護基礎工作，建立長城監管與執法常態化機制，切實提升長城保護管理水平。

2 長城文化展示方案

2.1 文化價值

綜合采用互聯網、地理信息、多媒體、虛擬場景等科技手段，設計虛擬環境下的長城文化綜合展示方案，對長城文化進行全方位、多視角地展示。其中，長城展示以航天航空衛星影像、實地360°動態和靜態影像為載體，以展示長城全貌、環境景觀和歷史遺跡遺存等；同時植入長城文化信息、典籍信息和旅游信息等，全面記錄與展現長城文化景觀信息和特征，將長城文化景觀信息以圖片、文字、音頻、視頻等多媒體綜合呈現，并輔以時間概念和空間感受，通過互聯網向社會各界提供沉浸式體驗，人們可以通過手機或計算機對長城進行深度游覽和文化探索。圖5為長城文化展示方案總體設計。

圖5 長城文化景觀展示方案總體設計

2.2 技術流程

(1) 收集整理長城沿線拍攝時間最近、質量最好、最清晰的衛星或航拍圖片，并在圖片上疊加長城遺產要素(包括墻體、關堡、敵臺等)，使長城景觀和長城遺產在同一套空間基準上，便于觀眾從宏觀上理解長城分布和空間結構。

以北京八達嶺長城和天津黃崖關為例(如圖6和圖7所示)，在衛星影像上能夠清晰地理解長城及其周圍環境空間格局。

圖6 北京八達嶺長城

圖7 天津黃崖關

(2) 通過360°全景攝影技術，獲取涵蓋長城文化事項或文化信息較多、有代表性的場景或關注熱點進行數據采集。選擇晴朗的天氣，利用全景相機，在每一個拍攝點獲取東、西、南、北4個方向的影像，并對影像數據進行拼接、勻色和校正處理，形成每一個場景的360°的三維全景影像數據，同時采集人文信息，實地錄取音頻、視頻等，得到與旅游文化相關的多媒體信息。

同時，在360°全景影像上設置景觀熱點，熱點處鏈接文字介紹、圖片、聲音、視頻等多種展示內容，實現長城景觀時空形態和文化概念的融合，使觀眾從視覺、聽覺多方位感受長城文化景觀，增強感官性體驗。360°全景影像及熱點示例如圖8所示。

圖8 長城360°全景影像

(3) 基于互聯網、移動APP技術，將長城景觀全貌影像、局部區域360°全景影像和圖片、視頻、聲音、文字等多維度、多角度的內容集成融合，以PC端(如圖9、圖10所示)和移動APP端(如圖11、圖12 所示)形式綜合展示長城文化景觀，包括基本情況、長城導覽、咨詢要聞、組織結構、長城文化、巡檢巡查、旅游信息、活動展覽等信息，將以上信息呈現給社會各界，實現在異地空間區域感受長城文化景觀的沉浸式體驗。

圖9 PC端長城文化景觀展示設計

圖10 PC端長城文化旅游信息展示設計

3 結 語

本文設計了基于時空一致性的異地文化旅游長城綜合展示平臺，為“實體空間文化景觀沉浸式體驗”提供了應用示范，給公眾帶來了異地文化旅游虛擬體驗。通過對基于地理信息的文化信息的處理和制作，利用互聯網、全景攝影、多媒體和虛擬場景等多種技術，實現長城沿線十多個省份、不同朝代、不同材質類型的長城和周邊文化景觀跨時空的綜合展示，可為弘揚我國長城的歷史文化提供了展示平臺，也為長城的深度旅游和文化體驗提供了新的模式。

圖11 移動APP端長城文化景觀展示設計

圖12 移動APP端重點長城文化景觀講解設計