長城遺址虛擬漫游動畫的設計與實現

韓玉潔 黨倩倩 趙艷

摘要：傳統的長城遺跡文化宣傳大都通過文字、圖片、視頻的方式展示。但是文字表述不夠詳細，圖片缺乏立體感，視頻具有視覺限制，對于想要了解長城遺址的觀看者來說缺乏互動性，體驗感差。本項目將三維建模技術、虛擬漫游技術和三維動畫技術相結合，采用第一、三人稱鏡頭進行模擬，實現用戶在漫游動畫中自由游覽。對長城遺址各部分建筑進行交互式設計，產生觸發式文字介紹和交互體驗，為觀看者進行介紹和指導。同時加入天空盒調節的功能，實現長城遺址白天和夜晚的情景模擬。讓人們在計算機構建的虛擬世界中學習長城遺址文化，進行沉浸式視覺體驗，學習文明游覽知識，從而實現對長城遺址的保護和宣傳。

關鍵詞：長城遺址;漫游動畫

一、國、內外研究現狀和發展動態

目前虛擬漫游技術已經有了很大的發展，隨著數字化技術和三維建模技術的不斷完善，開始應用于游戲、建筑、旅游遺址、影視場景等方面。在國外也有很多典型案例，在西班牙利用三維數據庫建模和優化工具制作的圣地亞哥大教堂的虛擬場景，不僅使參觀者可以看到復原的教堂外部結構和內部復原效果，還能更好的了解遺址本身及其文化。在日本利用漫游交互軟件重現了日本犬山城，犬山城遺址是日本的國寶，能讓參觀者自由選擇觀看場景和想要了解的文化，不僅注重了建筑模型本身的重現，還注重了周圍環境的還原，體現嘗試數字化保護遺址和傳播遺址文化的一種方法。

在國內，許多地方已經開始數字化建設，比如故宮博物院的端門數字館，“數字導覽”模塊下以高精度的三維建模故宮為基礎進行互動演示，用高清屏幕將近百件故宮珍藏品，通過三維模型的方式進行展示，從而觀看細節和了解信息，進行親密的接觸，最大程度的還原了文物，構建的虛擬多寶閣，可以讓更多人學習和觀賞。公開的220號洞窯中借助數字化技術進行全景漫游，將墻壁中因自然原因變黑的佛像展示在眼前，并且可以隨意放大壁畫中任意部位，已有180多個洞窯實現數字化，將古老的敦煌跨越時空展示給全世界，實現文化遺址的數字化保護、傳承與交流。在2021年的春節聯歡晚會上，劉德華的節目首次采用了AI+VR裸眼3D演播室技術，共建立了4個虛擬建模場景。劉德華演唱的時候與經過處理的三維效果元素進行了有效的互動，讓觀眾感覺更加真實，從而體驗了一場身臨其境的視覺盛宴。

二、研究目的

通過三維場景漫游動畫確切的來說是一種表達展現的手段，以廣泛的、綜合性強的方式給人們展現場景，根據現代數字技術來對場景籌劃安排和表現的更生動、更立體的一種表達展現手段，制作客家文化風情漫游動畫可以讓人們從多個方位，多視角的觀看土樓村落的布局和細微之處，分解土樓村落的特色，并且土樓村落場景還可以模擬光線、天氣、聲音等，從而起到一種陶醉式的場景漫游感受，把虛擬現實技術與我國傳統客家土樓村落相結合起來。

為土樓村落今后的開拓和發展給予了更加合理和行之有用的方法，向人們展示立體的場景漫游效果，使人們可以體驗中國美麗的客家土樓村落風光，欣賞客家祖先們留下的精神文明遺產，感受土樓建筑的鬼斧神工，使身心得到放松，增加土樓曝光度，也起到了宣揚文化和體驗文化的作用。

三、研究內容

本項目從技術分析、需求分析、設計實現三個方面對長城遺址虛擬漫游動畫進行研究說明：首先從技術分析方面，進行詳細介紹長城遺址虛擬漫游動畫所需要的技術，并將所有的技術進行比較，選擇最適合本場景的技術進行說明;然后從需求分析方面，進行查閱相關資料，了解長城遺址的內容，結合網絡現場的報道，掌握基本地形地貌，對特殊的外形進行特殊研究，以保證準確性。最后從設計實現方面，根據需求分析設計對長城遺址進行功能、場景等設計，再進行三維建模、場景搭建和材質貼圖，最大程度的還原長城遺址場景，并進行漫游動畫的燈光環境設置、交互實現、音樂特效、鏡頭測試、運行測試、渲染測試等。

長城遺址虛擬漫游動畫詳細研究如下：

1.分析開發工具，研究三維建模技術、虛擬漫游技術、三維動畫技術的各自優勢，總結出使用的工具及關鍵技術。

2.根據查閱的相關資料和現場報道，進行相關分析，確定出設計地點及建筑尺寸、風格、環境。

3.根據分析結果進行三維幾何建模，進行材質貼圖，導出FBX模型。

4.豐富場景設計，編寫腳本代碼，利用第一、三人稱鏡頭模擬視角進行觀看，點擊場景出現文字說明和語音說明，實現相應交互設計，碰撞檢測是加上相應的碰撞體、剛體等，實現自然界中人不能穿越墻壁的效果，達到更為真實的漫游體驗。

5.為符合人的邏輯思維和動畫整體要求對漫游動畫鏡頭進行反復測試，并進行渲染測試，以保證漫游動畫的質量。

四、創新點與特色

1.沉浸式視覺震撼力：三維建模技術構建的長城遺址三維模型，極大程度的還原了長城遺址建筑，避免了常規拍攝無法實現的長城遺址建筑的所有細節問題。根據虛擬漫游技術搭建大型的場景，不僅吸引觀看者看到每處建筑的細節，還可以使觀看者具有沉浸式體驗，從而產生視覺震撼力。

2.有利于宣傳長城遺址和文明游覽：加入相關交互設計，擺脫枯燥乏味的文字介紹，在漫游動畫的交互中讓更多人了解長城，了解建立長城的偉人，學習他們勤奮、智慧、堅韌不拔的精神和意志，從而保護長城遺址和傳播遺址文化，還能學習的文明游覽的好品質，增加了一種保護遺址和傳播遺址文化的數字化方式。

3.有利于真實、動態的漫游體驗：在長城遺址漫游動畫中，通過3D環繞和第一、三人稱的鏡頭，可以使觀看者從多個角度、方位等自由觀看場景的每處細節，來看到“活”起來的長城遺址，獲得良好的旅游視覺體驗和真實環境體驗。

4.有利于資源共享：不僅使長城遺址脫離時間、條件、地域的限制，而且讓更多人有機會參與到學習和研究上，節省了人力、物力，成為保護遺址和傳播遺址文化強有力的手段。

參考文獻

[1]于兵科.基于虛擬現實的三維動畫立體空間設計[J].現代電子技術，2021，44（08）：49-52.

[2]李虹，陸培培.基于Unity3D的虛擬動畫系統設計[J].現代電子技術，2021，44（08）：164-168.

2021年度全國大學生創新創業訓練計劃項目“長城遺址虛擬漫游動畫的設計與實現”206號;

作者簡介：

黨倩倩200110 山東濟南 女 漢 山東協和學院研究方向 數字媒體技術 ?本科 學生

韓玉潔 200012 山東濟南 女 漢 山東協和學院研究方向 數字媒體技術 ?本科 學生

趙艷 198204山東費縣 女 漢 山東協和學院 研究方向 影視動畫技術、虛擬現實技術 碩士 副教授