基于非真實(shí)感模式的文化遺產(chǎn)交互設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 彪， 田星蕊， 顧邦軍， 徐云飛

（蘇州科技大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州215011）

我國(guó)有著幾千年的文明史，在歷史長(zhǎng)河中產(chǎn)生了豐富多彩的文化遺產(chǎn)，值得后人進(jìn)行保護(hù)和傳播。 我國(guó)于1985 年加入聯(lián)合國(guó)科教文組織制定的《保護(hù)世界文化與自然遺產(chǎn)公約》。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，截至2019 年7 月，中國(guó)世界遺產(chǎn)總數(shù)為55 處，其中世界文化遺產(chǎn)達(dá)37 處之多。 公約中對(duì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行了定義：“文化遺產(chǎn)指具有歷史學(xué)、美學(xué)、考古學(xué)、人類學(xué)、科學(xué)、民族學(xué)等‘突出的普遍價(jià)值’的文物、建筑群和遺址”。 文化遺產(chǎn)是人類文明的標(biāo)記，蘊(yùn)含著歷史與文化的印痕，有著無(wú)可替代的地位，具有不可復(fù)制性，值得我們認(rèn)真保護(hù)。

我國(guó)政府十分關(guān)注文化遺產(chǎn)的保護(hù)，在2005 年12 月國(guó)務(wù)院頒布了《關(guān)于加強(qiáng)文化遺產(chǎn)保護(hù)的通知》，在該通知中，將文化遺產(chǎn)分為物質(zhì)文化遺產(chǎn)和非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，其中物質(zhì)文化遺產(chǎn)也稱為“有形文化遺產(chǎn)”，是具有歷史、藝術(shù)和科學(xué)價(jià)值的文物。 實(shí)質(zhì)上，很多物質(zhì)文化遺產(chǎn)中又蘊(yùn)含著眾多非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，兩者都為中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的載體，蘊(yùn)含著豐富的傳統(tǒng)文化元素。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、三維立體顯示技術(shù)以及動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)等多種技術(shù)來(lái)創(chuàng)設(shè)虛擬體驗(yàn)場(chǎng)景[1]。 在場(chǎng)景中，用戶利用虛擬的身份相互交流，形成的關(guān)系也是虛擬的一種關(guān)系，能夠更好地進(jìn)行體驗(yàn)和交流。 尤其在歷史文化遺產(chǎn)中，可以通過(guò)遺產(chǎn)的虛擬復(fù)原、場(chǎng)景的虛擬漫游以及動(dòng)態(tài)展示，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感受，擴(kuò)大文化資源的受眾面，提升文化遺產(chǎn)的傳播速度，為文物保護(hù)及歷史資源合理應(yīng)用提供高科技的支撐[2－3]。

1 文化遺產(chǎn)游戲化虛擬交互設(shè)計(jì)總體架構(gòu)

1.1 游戲交互設(shè)計(jì)概述

所謂交互也就是相互之間進(jìn)行溝通，因此交互設(shè)計(jì)就是由交互設(shè)計(jì)師創(chuàng)建一系列不同對(duì)象之間的對(duì)話過(guò)程，從而達(dá)到對(duì)象之間順暢溝通的目的。 事實(shí)上，這種交互設(shè)計(jì)在日常生活中很常見(jiàn)，如電器的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)、門把手的設(shè)計(jì)等都屬于交互設(shè)計(jì)，只不過(guò)人們沒(méi)有想到將這種交互設(shè)計(jì)上升到理論而已，直到數(shù)字化產(chǎn)品蓬勃興起時(shí)才有所覺(jué)察，形成了一種人機(jī)交互的理論。 尤其出現(xiàn)了游戲產(chǎn)品之后，用戶和設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的產(chǎn)品需要進(jìn)行大量的互動(dòng)，而且通過(guò)這種交互可以讓人進(jìn)入某種情境體驗(yàn)。 通過(guò)合理的交互設(shè)計(jì)，用戶可以沉浸到虛擬場(chǎng)景交互的情境中去，產(chǎn)生意想不到的效果。應(yīng)該說(shuō)，場(chǎng)景交互是游戲交互設(shè)計(jì)之中非常有特色的地方，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)設(shè)定游戲內(nèi)部場(chǎng)景來(lái)確定整款游戲的基調(diào)[4－6]。

1.2 文化遺產(chǎn)游戲交互的優(yōu)勢(shì)

文化遺產(chǎn)游戲交互是用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等手段創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)文化遺產(chǎn)的虛擬情境，可以很好地對(duì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)和傳播。文化遺產(chǎn)內(nèi)涵非常豐富，通常是眾多學(xué)科知識(shí)與信息的載體。隨著世界各地大量的文化遺產(chǎn)被破壞或者毀壞，用數(shù)字化技術(shù)保護(hù)文化遺產(chǎn)成為許多國(guó)家的選擇，文化遺產(chǎn)游戲交互不同于攝影或錄像，它希望構(gòu)建一個(gè)在高度仿真的基礎(chǔ)之上有所創(chuàng)新，符合當(dāng)時(shí)背景的虛擬環(huán)境，要挖掘其背后深厚的歷史文化價(jià)值，并將其廣泛傳播。 忠于文化遺產(chǎn)的再創(chuàng)作，對(duì)傳統(tǒng)文化進(jìn)行重新解構(gòu)及視覺(jué)重構(gòu)，可以消除時(shí)空限制，用戶擁有高度自主權(quán)，可以更好地完成虛擬情境體驗(yàn)。 這不僅是傳承和保護(hù)文化遺產(chǎn)的一種方式，而且在科學(xué)研究、商業(yè)開(kāi)發(fā)等方面都具有較高的潛質(zhì)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 俄國(guó)思想家托爾斯泰說(shuō)過(guò)：“要用動(dòng)作、線條、色彩和聲音來(lái)傳達(dá)以及喚起心中的情感”[6]。 采用文化遺產(chǎn)游戲交互應(yīng)該是采用逼真的虛擬場(chǎng)景來(lái)喚起觀眾心中的情感，使文化遺產(chǎn)煥發(fā)新的生命力[7]。 同時(shí)，功能游戲這種新媒體數(shù)字藝術(shù)形式，比較符合青少年數(shù)字原住民的媒介使用及娛樂(lè)習(xí)慣，能夠使文化遺產(chǎn)在寓教于樂(lè)中得以有效傳播[8]。

1.3 系統(tǒng)需求分析

蘇州虎丘馳名中外，相傳春秋時(shí)吳王夫差將其父闔閭下葬于此，3 日后，有白虎踞于其上，故名虎丘。 虎丘上面有座斜塔稱之為虎丘塔，是10 世紀(jì)長(zhǎng)江流域磚塔的代表作，也是著名的物質(zhì)文化遺產(chǎn)。 案例希望通過(guò)“虎丘”這一著名地點(diǎn)作為背景，采用非真實(shí)感視覺(jué)重構(gòu)，游戲化交互的方式傳播該文化遺產(chǎn)，使觀眾能夠深入了解其中精彩的歷史傳說(shuō)及故事。

因此，系統(tǒng)需要滿足以下幾點(diǎn)需求：（1）具有帶有文化底蘊(yùn)的非真實(shí)感文化場(chǎng)景三維模型及環(huán)境。 （2）具有良好的學(xué)習(xí)功能，用戶可以對(duì)文化場(chǎng)景中一些感興趣的文化遺產(chǎn)深入了解，有利于文化遺產(chǎn)不自覺(jué)地傳播。 （3）具有良好的引導(dǎo)功能。 （4）最好能進(jìn)行多平臺(tái)發(fā)布，有利于吸引更多用戶。

1.4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)架構(gòu)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期，需要對(duì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，從整體上對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行受眾人群、文化遺產(chǎn)故事背景、世界觀、流程進(jìn)行書(shū)寫(xiě)并提出自己的見(jiàn)解。得到項(xiàng)目組認(rèn)同后需要在設(shè)定信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化，對(duì)整個(gè)流程、情節(jié)、劇情對(duì)話等方面進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)，并記錄撰寫(xiě)成完整的項(xiàng)目策劃書(shū)。 根據(jù)項(xiàng)目策劃書(shū)進(jìn)行情感體驗(yàn)設(shè)計(jì)、界面交互設(shè)計(jì)等，從而達(dá)到理想的效果。要對(duì)文化遺產(chǎn)游戲化交互系統(tǒng)的功能進(jìn)行細(xì)化。首先，在場(chǎng)景中完成任務(wù)模塊擬定，主要包含角色對(duì)話功能、收集功能、答題功能、游戲互動(dòng)功能及道具使用功能等。 其次，擬定UI 界面模塊。主要包含開(kāi)始界面、角色選擇界面、關(guān)卡界面、背包界面、地圖界面、功能欄界面等。 最后，擬定道具元素任務(wù)清單，如扁諸劍、魚(yú)腸劍、泉水等道具元素。 基本架構(gòu)如圖1 所示，系統(tǒng)流程如圖2 所示。

圖1 基本架構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 文化遺產(chǎn)場(chǎng)景的構(gòu)筑

場(chǎng)景的構(gòu)筑需要依據(jù)真實(shí)的文化遺產(chǎn)來(lái)進(jìn)行構(gòu)筑[9]。 首先需要對(duì)虎丘相關(guān)地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查和分析研究，虎丘內(nèi)最為著名的景點(diǎn)是虎丘塔和劍池，通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)資料記載，劍池的形狀是天然形成的，后人無(wú)不為自然的鬼斧神工而驚嘆，于是有人希望將這種精彩傳播出去，提高劍池的影響力。 虎丘中的另一個(gè)精彩就是虎丘塔，據(jù)資料記載，虎丘塔是一座八角形仿木結(jié)構(gòu)閣樓式磚身木檐塔，一共7 層，高48.2 m，塔身由外壁、退廊、塔心三部分組成，是江南仿木樓式多層磚石塔的代表。 在清咸豐十年，太平天國(guó)攻占蘇州，還縱火焚燒虎丘塔，對(duì)該塔破壞性最大。到1961 年，虎丘塔被列為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。正是有了這些文化遺產(chǎn)的故事和傳說(shuō)，激起筆者的想法，希望通過(guò)游戲交互的方式，使用戶在游戲娛樂(lè)的同時(shí)感受到這些文化背景，為傳播相關(guān)文化遺產(chǎn)的知識(shí)等方面帶來(lái)積極意義。

3DS Max 是Autodesk 公司發(fā)布的用于創(chuàng)建模型、制作動(dòng)畫(huà)并能為場(chǎng)景添加材質(zhì)燈光的產(chǎn)品。 案例中依據(jù)真實(shí)的虎丘場(chǎng)景為參考，應(yīng)用3DS Max 軟件，采用幾何建模的方式對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行構(gòu)建，通過(guò)法線文理貼圖的方式增加模型表面的凹凸感，為了減少模型的面數(shù)，還對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行了優(yōu)化，減少模型冗余的信息，避免資源浪費(fèi)。保證用戶在虛擬的三維空間體會(huì)游覽遺產(chǎn)圣地的樂(lè)趣[10]。設(shè)計(jì)構(gòu)建該文化遺產(chǎn)主要場(chǎng)景并導(dǎo)入到Unity3D 中，如圖3 所示。

圖3 場(chǎng)景構(gòu)建

2.2 角色的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文化遺產(chǎn)的角色設(shè)計(jì)也是重要的一個(gè)部分[11]。 在設(shè)計(jì)角色時(shí)，需要對(duì)角色的性別和故事背景進(jìn)行分析，提煉出適合角色性別和故事背景的關(guān)鍵詞，將這些關(guān)鍵詞組合成為該角色的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞設(shè)定的方法運(yùn)用在初步設(shè)計(jì)草圖的繪制中，有利于突出角色形象，使形象生動(dòng)活躍，有該角色獨(dú)有的特點(diǎn)。 對(duì)于繪制角色的步驟首先通過(guò)初步設(shè)計(jì)線稿，完成對(duì)角色的確認(rèn)，進(jìn)而在草圖基礎(chǔ)上進(jìn)行勾線、配色、明暗、細(xì)節(jié)刻畫(huà)等步驟，得到一張較為完整的設(shè)計(jì)圖，保證設(shè)計(jì)圖整體的風(fēng)格、色調(diào)調(diào)整統(tǒng)一后，設(shè)計(jì)完成。

角色設(shè)計(jì)好后，根據(jù)人物特點(diǎn)進(jìn)行人體結(jié)構(gòu)的調(diào)整。 根據(jù)不同的角色形態(tài)特點(diǎn)創(chuàng)建不同的角色模型，各角色制作方法相同。 在制作完成后加對(duì)稱修改器，保證人物銜接緊密，不會(huì)出現(xiàn)縫隙，達(dá)到無(wú)縫銜接的效果。模型如圖4、圖5 所示。

圖4 小女孩模型

圖5 小和尚模型

模型建好后，需要進(jìn)行Biped 綁定操作。由于衣服和模型是分開(kāi)創(chuàng)建的，可以在繪制完貼圖后，將模型的修改器列表中的所有操作都塌陷，變成可編輯多邊形，這樣在調(diào)整模型時(shí)貼圖不會(huì)變形。 綁定Biped 時(shí)需要將衣服附加到人物上，在附加時(shí)要選擇匹配材質(zhì)到材質(zhì)ID，保證貼圖不會(huì)改變。 調(diào)整時(shí)將Biped 中心與模型中間對(duì)齊，然后選中骨骼，根據(jù)模型體型進(jìn)行調(diào)整，選中要調(diào)整的骨骼可以進(jìn)行上下左右縮放調(diào)整。 調(diào)整完成后，在修改器面板添加Physique，選中附加到節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定。 綁定好后，選中Biped 骨骼，切換到運(yùn)動(dòng)面板，選中足跡模式進(jìn)行動(dòng)畫(huà)的制作。

2.3 場(chǎng)景交互功能的實(shí)現(xiàn)

交互系統(tǒng)最終基于Unity3D 引擎平臺(tái)搭建。 Unity3D 是丹麥Unity 科技公司推出的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，具有層級(jí)式的綜合開(kāi)發(fā)環(huán)境和較好的可視化編輯，采用NVIDIA 的PhysX 物理引擎，并擁有高度優(yōu)化的渲染通道和烘焙系統(tǒng)，可以制作出接近真實(shí)的物理效果和絢麗的3D 場(chǎng)景。 使用方便，深受開(kāi)發(fā)者喜愛(ài)[12]。

2.3.1 人物的移動(dòng)

先將人物放置到場(chǎng)景，并添加Rigidbody 和collider，然后為其制作控制移動(dòng)動(dòng)畫(huà)。 將前期所制作的人物動(dòng)作導(dǎo)入進(jìn)來(lái)，并根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。 創(chuàng)建Animator，進(jìn)行動(dòng)畫(huà)狀態(tài)機(jī)制作。 系統(tǒng)創(chuàng)建了6 個(gè)狀態(tài)，分別表示跑步狀態(tài)、暫停狀態(tài)、轉(zhuǎn)彎狀態(tài)等。 設(shè)置兩個(gè)float 屬性，并將選項(xiàng)修改，將其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)賦值到所創(chuàng)建Motion，編寫(xiě)代碼進(jìn)行狀態(tài)控制，將寫(xiě)好的代碼賦值到人物身上。

2.3.2 攝像機(jī)跟隨

人物移動(dòng)需要控制場(chǎng)景相機(jī)跟隨主角移動(dòng)，并且可以調(diào)整視野。跟隨主角，要有player 的引用，將引用的player 在start 里賦值，取得主角身上組件。 并將相機(jī)朝向?qū)χ鴓layer，制作相機(jī)跟隨，位置偏移等于相機(jī)位置減去主角位置。

為攝像機(jī)添加一個(gè)控制相機(jī)的腳本，部分代碼如下：

void Start （） {

// player = GameObject.FindGameObjectWithTag （Tags.player）.transform;

Transform.LookAt（player.position）;

offsetPosition=transform.position-player.position;

}

若通過(guò)攝像機(jī)需要實(shí)現(xiàn)拉近拉遠(yuǎn)效果，需要定義一個(gè)變量存儲(chǔ)相機(jī)與人物之間的距離，創(chuàng)建ScrollView方法，位置偏移的magnitude 值等于它的距離。 如果拉近視野，要讓距離加等于按鍵返回的值，再乘以定義的ScrollSpeed 作為視野拉近拉遠(yuǎn)的速度。 限制視野距離，最小8，最大26。 位置偏移方向不變，長(zhǎng)度變?yōu)閐istance。 部分代碼如下：

void ScrollView（）{

print（Input.GetAxis（“Mouse ScrollWheel”））;

distance=offsetPosition.magnitude;

distance+=Input.GetAxis（“Mouse ScrollWheel”）*scrollSpeed;

distance=Mathf.Clamp（distance，8，26）;

offsetPosition=offsetPosition.normalized*distance;

}

2.3.3 NPC 及對(duì)話任務(wù)制作

在場(chǎng)景中玩家需要尋找NPC 進(jìn)行交互并接受任務(wù)，所以設(shè)計(jì)者需要在場(chǎng)景中添加NPC 并進(jìn)行對(duì)話界面及任務(wù)界面的制作。 將NPC 拖入場(chǎng)景，再給其添加Box Collider，使其可以進(jìn)行碰撞。

對(duì)話界面制作與任務(wù)界面制作相似，不同的是要為其加入text 作為對(duì)話內(nèi)容，對(duì)話界面的按鍵也是由文字制作。 放置完成后給對(duì)話整體界面加動(dòng)畫(huà)效果，再為動(dòng)畫(huà)創(chuàng)建觸發(fā)點(diǎn)擊事件。 創(chuàng)建腳本拖拽到NPC 上，在腳本中控制對(duì)話和任務(wù)界面的出現(xiàn)。 界面顯示效果為：點(diǎn)擊任務(wù)出現(xiàn)對(duì)話，點(diǎn)擊繼續(xù)按鍵，進(jìn)入下一頁(yè)對(duì)話，在此頁(yè)對(duì)話中有接受和拒絕兩個(gè)按鍵。如果點(diǎn)擊接受，出現(xiàn)任務(wù)界面，如果點(diǎn)擊拒絕，對(duì)話界面隱藏。任務(wù)界面出現(xiàn)后有是否開(kāi)始游戲，如果開(kāi)始，進(jìn)入下一界面，如果點(diǎn)擊關(guān)閉則隱藏，開(kāi)始游戲后只有完成任務(wù)才會(huì)進(jìn)入下一界面，如果接受任務(wù)，在主界面左側(cè)的任務(wù)按鍵中也是接受任務(wù)的狀態(tài)。

界面效果如圖6 所示。

圖6 界面效果圖

2.3.4 場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換

隨著角色的移動(dòng)，切換場(chǎng)景是交互設(shè)計(jì)中需要經(jīng)常碰到的問(wèn)題。 將所有場(chǎng)景進(jìn)行Build Settings 完成后編寫(xiě)代碼。 先添加切換場(chǎng)景的頭文件UnityEngine.SceneManagement，然后設(shè)定按鍵值，再在里面設(shè)置點(diǎn)擊按鍵所要切換的場(chǎng)景。 將所寫(xiě)的編碼掛到主攝像機(jī)上，點(diǎn)擊方法選中設(shè)定的響應(yīng)事件，這樣在點(diǎn)擊按鍵時(shí)就可以進(jìn)行頁(yè)面的切換跳轉(zhuǎn)到設(shè)定的場(chǎng)景。

public void StartBtn{

SceneManager.LoadScene（“ngui_renwu1”）;

}

3 結(jié)語(yǔ)

文化遺產(chǎn)是我們祖先留下的寶貴財(cái)富，蘊(yùn)含著重要的歷史、藝術(shù)和科學(xué)價(jià)值，如何拉近文化遺產(chǎn)與百姓的距離是值得探索的一個(gè)方向[13－14]。 文章分析了非真實(shí)感文化遺產(chǎn)的游戲化交互，以物質(zhì)文化遺產(chǎn)蘇州虎丘的傳說(shuō)和故事作為案例，構(gòu)建了符合用戶體驗(yàn)需求的交互設(shè)計(jì)方法，將用戶置于角色—任務(wù)—環(huán)境構(gòu)成的互動(dòng)關(guān)系中，提升了用戶體驗(yàn)，并能有效地對(duì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行傳播。 目前，對(duì)于文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)和傳播尚未形成完整的理論體系，隨著計(jì)算機(jī)、通信、人工智能等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，有理由相信文化遺產(chǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更加廣泛。