淄博花燈會虛擬化呈現研究

張天予　陳瑞曇　張桂霞

摘 要：淄博花燈會作為中國國家級非物質文化遺產代表性項目，在信息化時代中需要得到更好的傳承。通過虛擬現實技術可以創新其傳承方式，進一步拓展花燈會文化的傳播空間和載體，弘揚了中華傳統文化。

淄博花燈藝術是漢族傳統手工藝術之一，淄博市也是中國傳統花燈的故鄉之一，其出產花燈漢民族風格濃郁，地域特色鮮明。為傳承發揚淄博花燈會這一國家非物質文化遺產，可利用虛擬現實技術將其場景進行虛擬呈現，便于網絡傳播。

一、虛擬現實技術的概況

虛擬現實技術經過數年的發展，現在已經開始逐步商業化，民用化，普通民眾都可以在輔助設備的幫助下進行虛擬體驗。虛擬現實系統中擁有集成的用戶控制系統，如人體運動監測設備、鍵鼠、操縱桿等用于人機交互，處理聽覺、視覺等生理感覺有關的各式仿真處理和反饋系統，用戶進行對虛擬現實系統進行感受的信息顯示系統，包括顯示器、音響設備、或者更進一步拓展，可輔助頭盔設備營造更真實氛圍的座椅等。其中，頭盔式顯示器是用戶使用的主要和基礎產品形式。

二、淄博花燈會虛擬現實化呈現的原理

淄博花燈會虛擬現實場景的實現，通過運用計算機軟件技術，在計算機中構造出虛構的花燈會場景。不同與現實環境，虛擬現實系統所構造的虛擬空間環境中，空間中的每一個點都擁有X，Y，Z的三個用于定位的坐標數值，三個數值中的坐標、色彩、法線、以及不同動作關系和模擬的物理關系等數據信息。與現實世界相比，虛擬現實中的空間屬性是絕對的，而現實中的空間是相對的。基于這些訊息數據，計算機中的虛擬現實系統通過軟件通過外部設備將所需的用戶在現實世界運動產生的相對數據在虛擬環境中使用者的位置，最后經過軟件的合成實現在虛擬環境中模擬現實世界的使用者的位置和動作，從而實現虛擬現實環境的人機交互。

三、淄博花燈會三維虛擬呈現前期準備

設計人員首先需對淄博花燈會進行實景調研，并查閱相關資料以確保未來制作出效果的正確性。除必要的資料搜集，需要同時查閱相關藝術類資料，力圖設計出符合中國風格的藝術化界面形象。

1.實地考察資料

（1）對花燈會功能分區進行分類

淄博花燈飲譽古今，有著兩千多年歷史。當今的花燈會引入現代光影技術，建設了光影小品、裸眼3D、動能球等現代光影展示區。根據花燈會現場展示內容，將淄博花燈會劃分為下面幾個部分：花燈戲展示、花燈展覽園區，猜燈謎和DIY花燈。

（2）實地拍攝圖像資料

在花燈會現場，通過航拍獲取準確的花燈會全景圖。在整體布局資料搜集完成后，首先采集多數著名花燈的照片，為后續建模采集素材。

（3）調研和查閱相關圖文資料

經過調研，花燈園區中的部分花燈景觀擁有深厚寓意，或借助河湖等地形塑造獨特氛圍。因此設計時向有關人員了解部分大型主題花燈的設計理念并前往博物館查閱相關資料，從而存儲關于淄博花燈會的軟硬資料。

（4）錄制音頻素材

除了視覺素材，設計者同時需要使用專業錄音設備對花燈會中的各種聲音，如現代機械的聲響、鳥鳴或人聲等進行了錄制，以確保后期音效素材的充足。

2.淄博花燈會虛擬場景的設計

在完成前期資料后，應確定了制作淄博花燈會虛擬現實場景的基本要點，并進行細化設計。

通過整理前期準備的圖片和文字資料，將園區的整體設計圖進行規劃，確立了虛擬現實花燈會場景的幾個分區。中央區域花燈戲展示分區、猜燈謎長廊分區，大型主題花燈展覽園區和虛擬火車快速游覽分區。分工任務并細化每個園區的內容設計，并借助實地走訪時的照片繪制出藝術概念設計圖。

四、淄博花燈會虛擬呈現實現過程

1.通過三維建模技術構筑花燈會實體場景

MAYA建模軟件是一款功能強大的3D建模軟件。它可以制作各種三維的靜物，也可以制作三維的各類動畫。

制作淄博花燈會場景時，主要有以下幾個步驟：建模、附加材質和貼圖，設置燈光。由于制作虛擬現實系統是將三維模型在設計引擎中進行燈光設置和渲染，因而專用于虛擬現實環境的三維場景模型不需要在三維建模軟件中調整和設置燈光。

（1）三維建模人員需要分工進行場景建模和道具建模，三維模型的構造是虛擬現實系統的主要部分之一。在構筑淄博花燈會虛擬現實場景時，首先應當對現實世界中花燈會場景進行采集和整理，通過采集的數據在三維建模軟件上復制出真實場景的三維模型，依照現實景物制作貼圖和材質，并根據實際需要創造三維懸浮式導航。設計人員只需要根據設計圖紙進行建模，即可以完成與實際場景大致相同的三維實體。設計人員首先分工制作了各個分區的三維場景，最終合并三維場景完成體積建模。

（2）在一個完成體積建模的三維場景中，材質的附加和三維貼圖使三維模型獲得真實的圖案顯示。將前期走訪拍攝的圖片資料進行細致修改，將其轉化為適合三維模型的材質或貼圖。在PS軟件中設計完成模型貼圖后，在MAYA軟件中通過分配新材質（assign new material）設置中進行材質和貼圖設置，進入在常規材質屬性（common material attribute）中進行材質或貼圖的附加。

2.通過虛幻四（unrealengine4）引擎創建虛擬現實交互

虛幻引擎和Unity引擎是當今常見可用于制作虛擬現實場景的三維引擎，在軟件中導入三維模型后，經過簡單操作即生成虛擬現實場景。

（1）創建虛擬現實環境工程文件

創建虛擬現實交互時，首先在三維建模軟件中制作好淄博花燈會三維模型且準備好聲音效果，進入虛幻引擎中，新建一個工程文件，打開文件并在初始設置中選擇虛擬現實選項。初步設置完成后，在將提前在外部制作的三維場景模型、三維角色模型以及音視頻資源等文件放入統一的工程文件夾中。通過搜索，從網絡上尋找符合中國風格，并且舒緩平穩的背景音樂（如果有充足的時間，可以自制音樂）植入場景工程文件。這些背景音樂能令觀眾在游覽過程中更加心曠神怡。將上述文件導入工程文件后，可以開始進行藍圖設置。

（2）創建藍圖并利用藍圖可視化系統實現交互內容

虛幻引擎中的藍圖可視化系統是一個是使用基于節點的界面從虛幻編輯器中創建游戲可玩性元素的完整的游戲腳本系統。通過使用藍圖，設計人員幾乎可以創作任何包括虛擬現實在內的任何游戲元素的原型，以及實現或修改這些元素。

通過藍圖的編輯，設計人員對視覺，聽覺，交互等效果進行詳細設置，并設置虛擬現實系統與現實硬件設備的數據交流。

（3）虛擬立體聲及音效音樂設計

在三維場景建設完成，并初步建設出虛擬現實場景后，設計聲音效果以保證沉浸感。三維虛擬聲音系統即虛擬立體聲。虛擬立體聲，實質上是通過軟件模擬實現具有立體感的聲音效果。當用戶直接聽到這些虛擬環境中的聲音后，不僅可以聽到聲音的音色、音調與響度隨著用戶的交互進行變化外，也能感受到聲音的來源方向。

虛幻引擎（unrealengine）4通過引擎的優化從而簡化了創造和修改環境聲（Ambient Sound）Actor，從而實現了三維虛擬聲音技術的過程。環境聲擁有各種屬性，通過對音頻屬性的修改和調整，從而實現符合現實世界規律的環境聲：距離用戶位于虛擬現實系統的坐標越遠的聲音會越小。

在虛幻引擎的模式（Modes） 面板的 所有類（All Classes） 下選擇環境聲（Ambient Sound）Actor，并將其導入其構筑的虛擬現實環境創作界面中后，開始對各類屬性進行調節。通過對衰減（Attenuation）、調制（Modulation）和音頻體積（Audio Volume）三個屬性的設置。在通過以上三個方面，使用前期收集并導入工程內的音效資源，在設置面板中進行不同屬性的設置，虛擬現實系統可以實現三維虛擬聲音。

五、淄博花燈會虛擬現實系統的實現

虛擬現實的實質是將虛擬環境使用特殊形式向用戶提供交互式展示的過程。它將需要展示給使用者的效果根據場景內用戶虛擬位置確定的“攝影機”位置呈現在用戶的頭戴設備中，從而實現虛擬現實效果。

將虛擬現實環境中的“攝影機”進行設置和調整，經過一系列各種軟硬件之間的協調工作并整合數據。在最后，完成系統的預渲染和封裝，制作出最終的淄博花燈會虛擬現實展示系統。使用虛擬現實配套設備并打開此系統，即可進入淄博花燈會虛擬環境場景并進行虛擬漫游。以上是虛擬現實環境的呈現和淄博花燈會虛擬現實化過程。

參考文獻

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[2]安維華.虛擬現實技術及應用，2014（4）

[3]陳懷友 等.虛擬現實技術，清華大學出版社，2012（8）

[4]阿拉姆庫克森.Unreal Engine 4游戲開發入門經典，人民郵電出版社2019（8）

[5]范士喜.三維建模經典案例教程，清華大學出版社2016（9）

作者簡介：

張天予，男，2000年7月，山東濟南人，本科，山東協和學院數字媒體技術專業學生，主要研究方向為：數字媒體技術，藝術繪畫等。

陳瑞曇，2000年5月，女，漢，山東濟寧，學生，本科，數字媒體技術方向

張桂霞，1980年9月，女，漢，山東濟南，副教授，碩士，數字媒體技術方向，論文指導老師

基金：山東省大學生創新創業訓練計劃項目：基于VR技術的淄博花燈會體驗設計與實現（項目編號：s201913324001）