黃河文化之黃帝故里三維數字化展示

鄭州科技學院 牛慶麗 于海燕 馬孟孟

深入挖掘黃河文化旅游帶，推進文旅融合，在融合中不斷通過科技手段的運用、時尚創意的融入，創新講述黃河故事，不斷拓展黃河文化傳承的弘揚方式具有重要意義。文章通過對黃河文化中的黃帝故里景區進行三維場景建模和數字化虛擬展示，使得后疫情時代的軒轅文化得以展示和傳播。

黃河文化蘊含的民族品格是中華民族的精神之根與力量之源，伴隨著網絡技術、虛擬現實技術、數字化展示技術與文化展示結合的越來越緊密，探索創新黃河文化的傳播模式越來越多。為此講好黃河故事，構建黃河文化資源數字化庫，打造國內國際黃河文化多媒體傳播和文化交流平臺、構建線上、線下黃河文化傳播的維度，推進黃河文化市場的現代化、國際化程度，提高黃河文化產業的集中度，豐富數字文旅供給，對黃河文化的傳播具有重要的意義[1]。

1 黃河文化數字化三維展示的意義

1.1 三維文化展示實際意義

近年來，國家在保護和挖掘黃河文化旅游帶中，實施了一系列的措施，讓黃河文化的時代價值、創造性轉化和發展價值等進行挖掘，讓人民大眾在體驗黃河文化的數字化產品中感知歷史、認同價值。河南作為黃河文化中下游，河南省文化廳在“十四五”期間的目標是做到“弘揚黃河文化，做大做強文旅文創產業”。為此，深入挖掘河南的黃河文化也是一件非常有意義的事情。黃帝故里景區位于河南省新鄭市軒轅路，每年的三月初三，黃帝故里景區會舉行拜祖大典儀式，全世界的華夏兒女都會關注這場儀式，許多海外僑胞等都會不遠萬里來到景區，參加拜祖大典，感受軒轅文化。新冠疫情開始后，國際國內交流通行有了一定的限制，很多人無法前往景區拜祖感受軒轅文化欣賞景區美景。為此，為了講好黃河故事傳播黃河文化，本文采用數字化三維技術實現黃帝故里景區的三維數字化虛擬展示，使得軒轅文化在后疫情時代得以展示和傳播。

1.2 三維文化展示的理論意義

面對新冠疫情對旅游業的沖擊和游客對旅游的訴求，數字文化展示帶給旅游業新的契機。利用計算機技術諸如：VR、AR、MR、XR等技術，將黃河文明、黃河文化進行數字化的三維立體展示帶來了新方式。“以文塑旅、以旅彰文”、產業融合發展的數字三維文化展示場景的出現，實現了黃河文化重要的展示。新時代“講好黃河故事、傳播好黃河文化”，三維數字展示技術無疑是常態疫情下的一個良好契機[2]。傳承黃河文明、講好黃河故事，傳播黃河文明，需改革傳統旅游模式，創新公共服務體系，充分利用VR技術、AR技術、AI和網絡技術等[3]，打造全新黃河旅游帶的景區、展館等數字化展示，讓游客利用網絡足不出戶通過手機端、Web端就能夠方便的欣賞到黃河文化的迤邐風景、感受到黃河文化的真實底蘊，讓黃河文化真正的“活起來”“火起來”。

2 黃河文化數字展示的主要技術

2.1 數字化虛擬場景建模技術

為了更好的展示黃河文化，講好黃河故事，本文采用三維虛擬場景建模技術，完成對黃帝故里景區的虛擬數字化制作，為用戶提供視覺逼真的三維虛擬環境。黃帝故里建筑物的建模技術通常由幾何建模技術完成，在制作時分為形狀建模與外觀建模兩種。形狀建模是根據黃帝故里的三維建筑物輪廓，在3Ds Max利用點線面來制作現實物體的外部輪廓的三維建模技術，在遇到諸如屋頂、漢闕等復雜建筑物時，運用了多邊形曲面建模技術對物體表面進行了曲面覆蓋。外觀建模是根據三維建筑的外觀通過紋理映射計算，在虛擬現實系統中繪制出逼真效果的建筑三維模型，通過這種技術可以增加三維物體的細節真實感，減少多面形的面數，提高系統速度的運行速度。為了保持場景模型的渲染流暢特性，在建模設計上在合理控制面片建模以減少系統運行負荷的同時，注重了保持建筑物的原有建筑輪廓，達到實現最佳的三維效果實現，最后通過光影制作、烘焙貼圖等對黃帝故里景區的三維建筑模型進行外觀的細節貼圖，已達到真實的場景效果。如圖1所示為黃帝故里的漢闕原型圖與3Ds Max模型制作的三維細節圖形如圖2所示。

圖1 漢闕遠景圖Fig.1 Perspective of Hanque

圖2 3Ds Max漢闕三維建模圖Fig.2 3D modeling diagram of 3Ds Max

由于黃帝故里景區較大，在制作過程中根據南邊走向的景點進行了模塊劃分：廣場區、故里祠區，拜祖區。區域劃分是按照景點分布進行的，有拜祖區模塊，故里祠區模塊，廣場區模塊和景區擺件模塊。拜祖區包括文化長廊、祈福樹、拜祖臺與軒轅黃帝紀念館的模型。故里祠區包括故里祠堂大門、正殿、東西配殿與祠堂擺件的模型。廣場區分為姓氏廣場和祠前廣場，前者包括中華姓氏墻和黃帝寶鼎壇區模型，后者包括漢闕、牌坊、軒轅橋、指南者與日晷的模型。景區擺件包括整個景區的樹、地磚、圍墻、花壇、垃圾桶、小房子、旗幟、桌椅、欄桿等模型。四個區域模塊涵蓋了黃帝故里景區的所有模型，如圖3所示。

圖3 景區主建筑分塊模型Fig.3 Block model of main building in scenic spot

寶鼎廣場的黃帝寶鼎壇區是景區的一大特色，壇區結構分為三層，每層的結構大致相似，有基臺、臺階和欄桿組成，基臺在3Ds Max中用正方體建模實現，欄桿通過間隔工具復制組成矩形，四邊中間留空處安放臺階。模型編組向上復制兩次，每層的欄桿數量不同，基臺大小不一樣，要進行細節改動，壇區結構就制作完成。壇區的第三層有九個大鼎，東南西北都有各兩個鼎，壇區中央放置黃帝寶鼎，鼎高7m，鼎口直徑2.35m，腹深2.8m，耳高1.5m，足高2.8m。通過這些參數對寶鼎進行制作，鼎足是站立姿態的熊，根據圖片細節，在3Ds Max中用多邊形來實現通過調整點線面，按照主體結構半膠囊體形狀，通過膠囊體模型擠出、倒角、塌陷、切角和平滑組等命令實現，鼎耳用樣條線制作圓角形狀通過添加輪廓，增加殼修改器完成寶鼎的制作，如圖4所示。

圖4 黃帝寶鼎壇區模型Fig.4 Huangdi baodingtan area model

2.2 數字化三維文化功能展示設計

在實現數字化黃河文化三維展示的過程中，利用計算機技術設計完成了對黃帝故里三維文化展示的基本功能，主要包括以下功能：

(1)場景切換功能：黃帝故里景區場景較大，需要進行區域劃分后整合模型，室內室外場景的整合和切換是需要系統完成的必須功能。

(2)音樂控制功能：在三維文化展示時，為了增加場景展示的多樣性，提高旅客對景區漫游體驗的樂趣和真實感，增加了背景音樂的實現，給游客帶來旅游的舒服體驗。

(3)語音講解功能：當游客靠近景點，欣賞景點的建筑文化特色時，會對景點的歷史產生好奇，通過對景點增加語音功能介紹，增加了用戶對景點的了解，使用戶更好的參與到和景區的互動中來。

(4)文字介紹功能需求：在三維數字化文化展示過程中，因黃帝故里有很多標志性景點，通過添加語音講解功能，加入文字介紹可以起到導航和提示作用，方便游客對景點進行了解，開拓用戶的眼界，增長文化知識。

(5)定點三維功能展示：景區在為游客提供服務的時候，需要一條最佳的旅游路線，這個路線能將景區特色景點歸納在路線中，方便游客游覽提供給游客最佳的旅游路線，讓游客感受景區的主要特色景點。

(6)自由三維功能展示：因黃帝故里景區場景較大，景點物體較多，游客若想進行近距離游覽，觀察景點的模型細節，就如同真實的旅游在景區中，在三維場景中設計了自由三維漫游展示。游客根據自己的需要可前往不同的景點，規劃專屬于自己的游覽路線，增加游覽的趣味性，加深游客與三維場景的交互。

2.3 數字化三維文化展示的主要技術

為了實現黃帝故里景區的數字化三維展示的真實性，綜合計算機技術和虛擬現實技術，例如：自由路徑三維展示、定點路徑三維展示技術，為了為游客在享受數字化景區展示中獲得更加豐富生動的效果，增加了天空盒子（SkyBox）技術、讓旅游感受晴天、陰天、雨天、雪天等景區的不同體驗感受，通過環境特效光照與氛圍，提高視覺效果為景區增添了生機，粒子系統特效使得數字化展示時變得生動有趣。三維展示主場景界面效果如圖5所示。

圖5 數字化三維展示主界面Fig.5 Main display interface of digital 3D display

自由漫游是指景區三維場景的切換跳轉，游客可以點擊任一景點按鈕就能直接到達該景點附近，實現場景自由瀏覽。在Unity3D的面板中為Button按鈕編寫場景切換的代碼，給面板中的各景點按鈕添加點擊事件，不同按鈕對應不同的景點，如圖6所示，這樣就實現了場景自由漫游功能。另外，在界面的左上角設計了小地圖方便游客知道自己的位置，以便更好的進行三維場景交互。

圖6 自由漫游面板Fig.6 Free roaming panel

主場景點擊界面的“百科”按鈕，會出現文字介紹面板，點擊面板中任一景點按鈕，會出現新面板介紹景點的歷史，如圖7所示。點擊右下角關閉該面板，再點擊右上角關閉則可以關閉整個面板。

圖7 百科面板Fig.7 Encyclopedia panel

在自由漫游場景中，測試點擊主界面的天氣按鈕，可切換天氣，如圖8所示。

圖8 景區天氣切換Fig.8 Scenic spot weather switching

通過以上幾種技術實現了黃帝故里景區的三維文化數字化展示，使得軒轅文化三維場景模型得到了真實再現，整個三維數字化場景展示功能齊全，跳轉方便，可視化的語音、文字、講解清晰易懂的實現了數字化景區的三維展示工作。在疫情防控期間，通過研究黃河文化中的黃帝故里景區三維虛擬展示，使得軒轅文化得到了宣傳與鑒賞，對后期黃河文化的沉淀和交流起到很好的宣傳和推廣作用。

3 結語

本文在圍繞黃河文化三維展示的過程中以黃帝故里景區為基礎，通過數字化三維場景建模的制作、三維場景技術的交互實現完成了軒轅文化三維建筑物文化內涵的展示，讓景區軒轅三維文化活起來，為旅游景點帶來宣傳推廣作用。在做好景區互聯網宣傳工作的同時，未來深挖黃河流域的重要風景區景點、博物館、圍繞人文始祖、姓氏宗親、博物館、遺址、古城區、河洛文化等主題，形成黃河文化遺產三維數字化展示帶，通過計算機技術驅動加快互聯網對黃河文化遺產的傳播，形成文旅融合的精品[4]。未來，加快數字化建設智慧景區、智慧酒店、網約導游等建設，以文旅融合的形式通過三維數字化展示讓黃河文化遺產真正“活起來”“火起來”。