山西榆次老城街道虛擬交互漫游設(shè)計(jì)研究

劉竹青

摘 要：使用數(shù)字交互和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)榆次老城的漫游，對(duì)于榆次老城來說，是一種新的虛擬數(shù)字化方式。該系統(tǒng)具有跨媒介、跨時(shí)空的特性，作品最大的特點(diǎn)是參與性和交互體驗(yàn)性，這種獨(dú)特的沉浸感除了依靠技術(shù)手段以外，空間與時(shí)間上的交叉也是作品的獨(dú)特魅力。它打破了傳統(tǒng)介質(zhì)的局限，同時(shí)也使榆次老城以數(shù)字化的手段得以永久性的保存，并以此傳承晉商文化。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);交互體驗(yàn);數(shù)字化

虛擬交互設(shè)計(jì)藝術(shù)是技術(shù)性與藝術(shù)性的完美契合，是當(dāng)下風(fēng)靡的數(shù)字藝術(shù)形式。空間和時(shí)間上的“穿越”，是提升作品感染力的重要方式。它的交互體驗(yàn)感、沉浸感是虛擬交互作品獨(dú)一無二性的價(jià)值體現(xiàn)。

榆次老城虛擬漫游交互系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)自然條件下的時(shí)空界限和地方壟斷，它是一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界不同的“真實(shí)”古代傳統(tǒng)建筑。觀者可以在其中隨時(shí)隨地自由移動(dòng)，多方位了解晉商建筑遺產(chǎn)的藝術(shù)價(jià)值和文化底蘊(yùn)。該作品用動(dòng)態(tài)交互的方式讓觀者對(duì)榆次老城的歷史底蘊(yùn)和文化有一個(gè)身臨其境的全方位審視，它可以由玩家自己挑選觀看及游玩角度。這是傳統(tǒng)的紙質(zhì)效果圖和三維動(dòng)畫無法與其相比的。虛擬交互系統(tǒng)借助數(shù)字媒體藝術(shù)創(chuàng)作與技術(shù)手段，為傳統(tǒng)古建筑提供了新的數(shù)字化保護(hù)與傳承模式，它傳播的特殊手段可以提升國(guó)民對(duì)古建筑的理解度與熱衷度。虛擬交互系統(tǒng)將刻板的資料轉(zhuǎn)換為音視行同步的數(shù)據(jù)信息，為古建筑的傳承與保存提供了更多的可能性。

一、榆次老城虛擬漫游交互系統(tǒng)創(chuàng)作藝術(shù)性研究

（一）創(chuàng)作的基本思路

該系統(tǒng)對(duì)古代建筑文化和虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，完美地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)與歷史的有效重疊，現(xiàn)如今虛擬建筑技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，但三維建模和系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、施工技術(shù)，還有許多懸而未決的問題。本文著重于介紹如何保護(hù)和傳承榆次老城文化遺產(chǎn)，利用虛擬交互系統(tǒng)將數(shù)字媒體技術(shù)與古建筑文化有機(jī)地結(jié)合起來。虛擬交互技術(shù)可以讓觀者在古城現(xiàn)場(chǎng)直接使用計(jì)算機(jī)或手機(jī)來觀看，該技術(shù)在個(gè)人PC端和手機(jī)端復(fù)制老城的獨(dú)特景觀，能夠使觀眾提高對(duì)古城的認(rèn)識(shí)并參與到晉商建筑文化的保護(hù)中。

自由交互世界是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一直追求的完美形態(tài)，在自由交互世界中，玩家可以實(shí)時(shí)操縱游戲?qū)ο蟆Ｓ艽卫铣墙ㄖ羌S多藝術(shù)文化于一身的綜合體，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和榆次老城古建筑的結(jié)合能夠開辟一個(gè)新的領(lǐng)域。山西是中國(guó)古代建筑的寶庫(kù)，與耗資巨大的工程修復(fù)相比，我們可以節(jié)省大量的維修費(fèi)用再現(xiàn)榆次老城的風(fēng)采。通過不斷實(shí)踐測(cè)試，我們建立了交互式遠(yuǎn)程漫游系統(tǒng)，使用數(shù)字技術(shù)和藝術(shù)處理的方法來實(shí)現(xiàn)榆次老城古建筑形態(tài)的準(zhǔn)確性、材料的真實(shí)性和老城全局的藝術(shù)性。

（二）榆次老城的基本情況

榆次老城位于山西省晉中市榆次區(qū)，是隋開皇二年（公元582年）在漢城舊址上建成的，已有1400多年的歷史。它是根據(jù)傳統(tǒng)規(guī)劃思想和漢族的建筑風(fēng)格建造的城市，是漢族人民的聰明才智和毅力的結(jié)晶。榆次老城景區(qū)建筑宏偉，造型美觀，結(jié)構(gòu)豐富多彩，其獨(dú)特的地理位置是山西商旅旅游黃金之路的起點(diǎn)。它有多個(gè)景點(diǎn)，其中漢民俗和民間藝術(shù)的豐富多彩也賦予榆次老城靈氣和活力，在這里總共拍攝超過50部電影電視。與此同時(shí)，歷史的滄桑，民族的命運(yùn)，與自然、歷史、人文、晉中本土藝術(shù)巧妙地融為一體，讓它有一種時(shí)間交錯(cuò)的感覺。榆次老城宏偉的建筑群、完整的晉商文化和完整的城市功能在國(guó)內(nèi)是罕見的。

（三）榆次老城虛擬現(xiàn)實(shí)的價(jià)值所在

為了更好地繼承榆次老城區(qū)的悠久歷史，需要對(duì)舊城區(qū)的虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行數(shù)字化處理，特別是舊的拱門、牌樓、橋的修復(fù)。我們使用虛擬仿真技術(shù)模擬真正的榆次老城，并在榆次老城啟動(dòng)虛擬互動(dòng)漫游項(xiàng)目。該項(xiàng)目允許人們?cè)谌S虛擬環(huán)境中直觀地探索建筑物，并且身臨其境全方位沉浸于舊城區(qū)，還可以選擇和改變?nèi)魏谓嵌取⑷魏渭?xì)節(jié)，并在各種模式之間切換，例如步行、跑步、預(yù)覽等，玩家也可以選擇自己的路線。此外，在漫游過程中可以實(shí)現(xiàn)霧、雨、晴和多云等天氣的比較。這是傳統(tǒng)建筑效果圖和普通3D動(dòng)畫所無法比擬的。我們使用3D MAX軟件恢復(fù)舊城區(qū)的主要街道和舊建筑，并使用虛擬引擎U3D實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的交互。在交互過程中，街道的歷史背景、景點(diǎn)須知、周圍食宿行等多種旅游項(xiàng)目都會(huì)在個(gè)人PC端中顯示出來，它還會(huì)把一些晦澀難懂的歷史知識(shí)通過圖文影像的方式展現(xiàn)出來。虛擬現(xiàn)實(shí)漫游互動(dòng)老城項(xiàng)目模擬了山西商人文化的精髓和活力，為游客提供身臨其境的體驗(yàn)。

二、榆次老城虛擬漫游交互系統(tǒng)制作過程

首先開展初步工作，包括對(duì)老城內(nèi)容和應(yīng)用軟件的選擇、顯示平臺(tái)的甄選、自定義任務(wù)文化參數(shù)、時(shí)間軸規(guī)劃和其他相關(guān)內(nèi)容的參考。

中期階段主要是項(xiàng)目的實(shí)際創(chuàng)建過程。第一步是到榆次老城進(jìn)行實(shí)地考察并收集相關(guān)信息，包括對(duì)圖像信息的收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，還有一些手繪圖紙和與榆次老城相關(guān)的文字材料的收集與甄選。第二步是調(diào)查收集榆次老城區(qū)古建筑的信息，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和排序，便于以后實(shí)際使用過程中執(zhí)行并進(jìn)行系統(tǒng)分析。在此基礎(chǔ)上，再對(duì)模型進(jìn)行建模，為了保持榆次老城虛擬漫游系統(tǒng)的“真實(shí)性”，有必要加入復(fù)刻的古建筑模型，進(jìn)行照片和采集數(shù)據(jù)，并設(shè)置和渲染燈光。第三步，虛擬現(xiàn)實(shí)和交互漫游的綜合處理。3D MAX軟件主要用于建模過程和后期模型渲染，Photoshop主要用于古建筑紋理的復(fù)現(xiàn)和一些圖形的特殊處理，最后用于虛擬顯示和交互式合成的軟件是U3D。

后期階段主要是對(duì)榆次老城交互漫游系統(tǒng)進(jìn)行最后的測(cè)試，對(duì)漏洞進(jìn)行修改和發(fā)布作品。

三、榆次老城虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)交互展示的設(shè)計(jì)

（一）創(chuàng)建、映射和渲染數(shù)字3D模型

榆次老城街道虛擬交互漫游項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和制作過程中，結(jié)合模型不同的特征運(yùn)用不同的制作方法。

優(yōu)化模型，使用更多紋理來表示復(fù)雜細(xì)節(jié)，并減少空間補(bǔ)丁的數(shù)量，這樣做的意義是在模型復(fù)原不會(huì)丟失更多原建筑的信息，并以此來達(dá)到良好的復(fù)制效果。

由光影貼圖和紋理貼圖組成的混合材質(zhì)可以記錄大量復(fù)雜的光影效果，并確保材料的紋理不受影響。

在榆次老城的虛擬漫游系統(tǒng)環(huán)境中，色彩還原是否真實(shí)非常重要。要想讓體驗(yàn)者感受身臨其境，同時(shí)也讓古建筑的修復(fù)顏色真實(shí)，其中對(duì)古代建筑的繪畫就占據(jù)了非常重要的位置，但是由于常年風(fēng)化和太陽照射的影響，實(shí)地繪制的建筑顏色就會(huì)變得非常模糊。所以后期我們必須先在Photoshop中恢復(fù)繪制的圖案，再將其映射到原始的圖像材質(zhì)中去。

（二）通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件（U3D）進(jìn)行交互式漫游設(shè)計(jì)

完成了在3D MAX中創(chuàng)建模型的工作，接下來使用U3D編輯虛擬漫游場(chǎng)景。虛擬交互的機(jī)關(guān)觸發(fā)是U3D的核心內(nèi)容。U3D擁有嵌套多種開發(fā)語言的功能和特點(diǎn)，獲得了當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的獨(dú)一無二的地位。

最后是運(yùn)用U3D軟件進(jìn)行測(cè)試，主要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行交互式碰撞測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)有兩種主要方法，一是設(shè)計(jì)者的內(nèi)部測(cè)試方法，用于優(yōu)化整個(gè)項(xiàng)目文件的工作，其關(guān)鍵是代碼測(cè)試、性能測(cè)試和系統(tǒng)質(zhì)量測(cè)試。二是邀請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的用戶測(cè)試周圍環(huán)境，這種測(cè)試的主要目的是測(cè)試系統(tǒng)的流暢性和用戶體驗(yàn)的心理預(yù)期，其主要包括對(duì)系統(tǒng)的滿意度、可操作性和易學(xué)習(xí)性這三個(gè)內(nèi)容的測(cè)試。

四、虛擬交互漫游實(shí)現(xiàn)和測(cè)試發(fā)布

在這一階段，對(duì)榆次老城虛擬現(xiàn)實(shí)互動(dòng)漫游項(xiàng)目進(jìn)行整體協(xié)調(diào)和改進(jìn)。調(diào)整主要是為了測(cè)試系統(tǒng)交互的可操作性、卡頓情況能否如預(yù)期目標(biāo)等。最后，作品被釋放并顯示出來。

榆次老城交互式漫游系統(tǒng)通過非專業(yè)級(jí)的計(jì)算機(jī)設(shè)備、顯示設(shè)備，讓人們不必出家門也可以切實(shí)地感受到晉商文化。如今已經(jīng)由傳統(tǒng)化藝術(shù)時(shí)代已經(jīng)邁入數(shù)字化藝術(shù)時(shí)代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展使得藝術(shù)的表現(xiàn)形式以及藝術(shù)的界限產(chǎn)生了本質(zhì)的變化，充分利用虛擬交互藝術(shù)的技術(shù)性特點(diǎn)的同時(shí)，能夠?qū)⒂艽卫铣俏幕Y料轉(zhuǎn)化為音視形并茂的數(shù)據(jù)信息，為非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保存與呈現(xiàn)提供了更多的可能性，并將榆次老城以數(shù)字化的形式進(jìn)行永久性的保存，并以此來傳承晉商文化。

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作者單位：

晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院