基于Unity3D的二七紀念塔紅色文化AR虛擬旅游系統設計

摘要：近年來文化旅游成了旅游的一個新方向，旅游是文化的重要載體。隨著VR技術的逐漸成熟，在旅游方面應用也越來越多。本項目旨在通過AR/MR技術開發二七紀念塔的虛擬旅游，并通過AR技術修復損壞的文物，完善塔內AR導航技術，實現虛擬現實和真實空間“縫合”、疊加。再用MR制作游客與景區內部的互動功能，使游客身臨其境，可以通過操作讀取相關文物的介紹，或觀看珍貴的影像資料。同時添加趣味性互動，讓游客完成進入塔內尋找規定物品任務，完成通關后獲得相應的旅游紀念品獎勵，增加景區的吸引力。二七紀念塔地處鄭州繁華的中心，又是極具文化內涵、歷史淵源的鄭州市地標性建筑，對于二七紀念塔的虛擬旅游的開發不僅可以有效展示鄭州現代都市的新風貌，同時可以讓人們更多的了解鄭州深厚的文化底蘊。本項目開發成功后，可以投放網絡旅游平臺，讓更多的人認識鄭州，了解鄭州，成為鄭州的旅游名片之一。二七紀念塔旅游本身屬于紅色文化旅游的一種，可以通過二七紀念塔的虛擬旅游的推廣，尤其是在學校的推廣，讓更多的人了解這段歷史，銘記歷史，才能夠不忘初心，砥礪前行。這不僅是一個旅游項目，更是一種潛移默化的愛國式教育，是一種新的宣傳途徑，新的宣傳方式。

關鍵詞：Unity3D模型;二七紀念塔;虛擬場景建模;虛擬交互;紅色文化

0 引言

近年來文化旅游成了旅游的一個新方向，旅游是文化的重要載體。隨著VR技術的逐漸成熟，在旅游方面應用也越來越多。筆者旨在通過MR技術開發二七紀念塔的虛擬旅游，并通過建模技術修復損壞的文物，完善塔內虛擬現實的導航技術，實現虛擬現實和真實空間“縫合”、疊加。再用MR制作游客與景區內部的互動功能，使游客身臨其境，可以通過操作讀取相關文物的介紹，或觀看珍貴的影像資料。添加趣味性互動，增加景區的吸引力。二七紀念塔地處鄭州繁華的中心，又是極具文化內涵、歷史淵源的鄭州市地標性建筑，對于二七紀念塔的虛擬旅游的開發不僅可以有效展示鄭州現代都市的新風貌，同時可以讓人們更多的了解鄭州深厚的文化底蘊。本系統開發成功后，可以投放網絡旅游平臺，讓更多的人認識鄭州，了解鄭州，成為鄭州的旅游名片之一。筆者根據前人的研究，結合二七塔本身的結構特點，使用3Dmax和Unity等開發工具設計了二七塔的虛擬旅游系統設計，本研究分為二七塔虛擬場景建立和虛擬二七塔交互設計兩個部分，通過本研究為紅色文化旅游工作的虛擬設計提供參考和輔助。

1基于3DMax模型的創建及Unity3D旅游交互式系統設計的研究。

二七紀念塔旅游本身屬于紅色文化旅游的一種，可以通過二七紀念塔的虛擬旅游的推廣，尤其是在學校的推廣，讓更多的人了解這段歷史，銘記歷史，才能夠不忘初心，砥礪前行。本系統開發過程中主要使用3Dmax建模技術修復損壞的文物，和Unity3D的交互式設計完成塔內觀光的導航路徑設計，同時設計出游客與虛擬景點內部互動的趣味效果，實現虛擬現實和真實空間“縫合”、疊加。使用VR技術實現虛擬世界和現實世界互動，更能增加旅游的趣味性。用VR技術應用于能夠通過圖像重現的方式創建一個身臨其境的游覽環境，加強游客與景點之間的“互動”，增強游客的參與感和趣味性。技術的應用主要體現在準備階段、虛擬場景的建設，虛擬景區交互功能設計3個方面。

（一）準備階段

二七紀念塔虛擬游覽的準備階段主要是通過采集二七塔周邊以及內部的詳細數據，以真實還原二七塔景區內外的真實模型，筆者在這里全景和局部拍攝了二七塔照片共536張，收集到內外環境數據、布局結構、平面結構、材質紋理、整體攝影圖等必須要的建模數據同時了解了二七塔中重要展示文物的文化內涵，并上網收集了對應的數據資源。然后對以上數據資料進行融合預處理，為后面的建模和文化信息傳達提供理論數據。

（二）虛擬場景的建設，文物科技化復原再造

利用虛擬現實技術，結合網絡技術，運用虛擬建模技術建立三維文物模型，采用3DMax作為建模工具，是為了更高效的實現與后邊虛擬軟件的結合，達到能完成互相交流的目的。通過三維掃描建模技術結合AR技術將易損文物、文化遺址等景點通過三維模型的方式展示在游客的眼前，這樣既增加了交互性與游客的沉浸感，也保護了景區環境。關鍵技術包括如下：

1.動態環境建模技術，采集實景的三維數據，并按照要求建立模型。

2.實時空間圖片成形技術，主要是實現真實環境的虛擬化。

3.立體顯示和傳感器技術，用于實現人與機器之間互相溝通的能力。

4.擁系統開發工具，比如：VR開發平臺、多端口VR技術等。

5.系統集成技術，把大量的模型與感知信息完美融合在一起。

（三）虛擬景區交互功能設計

基于Unity平臺實現二七紀念塔漫游系統各項交互功能的開發。主要包括：基于包圍盒的碰撞檢測功能（Collider）、角色控制器的漫游功能（Character Controller）、地圖導航功能（NavMeshAgent）、信息存儲和查詢功能（UI實現場景信息介紹，選項菜單）、場景風格化功能、多媒體的添加功能、粒子特效功能（Particle System）、室內外場景切換功能（異步場景切換實現多場景加載）等，增加VR游樂設施，通過體感設備與VR顯示設備實現虛擬環境與現實體驗相結合，是沉浸式的游樂設施。通過虛擬現實技術的制作的虛擬場景與體感設備捕捉的游客的交互動，作為傳統的游樂設施創造了更豐富的沉浸式體驗。下面是部分功能代碼片段：

1.Game_1_UI腳本

public class Game 1 UI ： MonoBehaviour {

public Button backBtn;

void Start（） {

backBtn. onClick. AddListener （BackBtnEvent）;

//將場景中按鈕與腳本事件綁定

}

void Update （） {

}

//點擊按鈕蹺轉到第一個場貴

public void BackBtnEvent （） {

SceneManager.LoadScene （0）;

}

}

2.Video Play腳本

public class VideoPlay ： MonoBehaviour {I

//這個腳本用來播放視頻

public Mov1eTexture mt;

void Start （） {

mt. Play（）;

mt. loop= true;

}

void Update （） {

}

}

3.EventClick腳本

public class EventClick ： MonoBehaviour，IPointerClickHandler {

public Image img;

void Start（） {//開始名單隱藏

img.gameObject.SetActive （false）;

}

//點擊墻面出現烈士名單

int count = u;

public void OnPointerClick（PointerEventData eventData） {

count++;

if （count == 1） {

img.gameObject.SetActive （true）;

}

if （count == 2） {

img.gameObject.SetActive （false）; count = O;

}

}

}

2基于Unity3D的二七紀念塔紅色文化VR虛擬旅游系統的測試分析

對應以上所設計的基于Unity3D的二七紀念塔紅色文化VR虛擬旅游系統進行實際的測試分析，以檢測該系統的合理性和有效性。

2.1二七紀念塔虛擬建模測試

二七記住塔旅游文化的展示是用戶的體驗的核心部分，真實的呈現原場景的效果會讓用戶更具有沉浸感，增強身臨其境的感受。因此在建模過程中需要盡可能的還原真實場景。同時在后期處理時需要對場景模型優合處理。期中包括有優化模型的面數，減少數據量的產生，對于貼圖盡可能使用紋理和顏色，減少大規模貼圖的使用。這里完成了兩個有代表性展廳的設計，均是按照展廳實際情況還原建模。

2.2交互系統的測試

本系統為給用戶沉浸式的體驗，設計了多處人機交互，以增強與虛擬場景的互動效果，主要實現的功能有進入二七塔內容，用戶進入主界面后，首行看到的就是二七塔的全貌，就像是在現實中來到二七廣場一樣。接著用戶可以選擇上樓觀看，此時鏡頭會接近，進出用戶選擇的樓層內部。在室內場景中，用戶除了可以移動鼠標360度觀察場景效果外，同時還設計有室內文物信息的交互互動，如點擊墻上的顯示器模型，就可以播放一段二七塔的相關視頻;點擊二七大罷工照片，就可以在旁邊顯示參加過二七大罷工工人的名單以及他們的詳細信息，同時用戶還可以選擇切換不同樓層進行參觀等。由于本軟件目前是測試版，因此在交互系統上所采用的功能主要是通過鍵盤或鼠標交互，手機版是通過觸屏和攝像頭交互。后期若作為商業應用，將加入目前市場消費版的交互式硬件支持，如手柄和頭顯（VR頭盔）等，達到更加逼真的沉浸式場景效果。

3存在的問題

本系統的設計，除了場景的真實還原外，還需要提升全方位多層次的人機交互技術讓用戶擁有真實的體驗感，VR技術中自然界面和超自然界面對人機交互具有重要作用，代表了未來VR輸入發展的方向。但是這一領域依然存在一些有待解決的問題，具體分析如下：

1.虛擬現實交互功能還不完善

目前大多數的用戶仍然習慣與傳統交互界面，對于新的操作方式沉浸式虛擬現實雖然已經在國內外受到大力推廣，但是在設計上還需改進，既要保證直覺的自然性和舒適性又要符合用戶長久以來的操作習慣。

2.傳統的輸入設備和交互方法無法滿足沉浸式虛擬現實的需要

大部分人機交互系統的有效性都是系統開發者決定的，目前虛擬現實的發展要點之一就是增進交互的沉浸感，而現有的游戲控制器和鼠標鍵盤等輸入設備由于缺乏自然性，無法提供虛擬現實中的沉浸感，而沉浸式虛擬現實（IVR）的鮮明特性就是其可以提供自然直接的三維交互功能。HMD平臺下基于手勢的交互方法的研究較少頭戴顯示器因其對計算機圖形性能和運動跟蹤實時性的嚴苛要求，一直未有良好的消費級產品推向市場，目前基礎設備仍然比較貴，對于普通家庭來說普及性不大。同時各種交互方案爭相推出，但基于手勢的交互方法仍是研究的重點，而這方面的研究和應用還比較稀少。

參考文獻

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[4]李佳皓，路越.媒體融合環境下虛擬現實技術在交互式影像中的應用[J].科技創新與應用，2020，（第4期）.

作者簡介

王明瑞，（1982年10月-），女，河南鄭州，講師，主要從事虛擬現實，動漫建模

基金項目

河南省高等學校重點科研項目計劃（項目編號：20B413008）

河南省高等教育教學改革研究與實踐立項項目（立項編號：2019SJGL X810）