基于虛擬嗅覺的古香制法數字化游戲設計研究

李欣蓮 黃晶石

摘要：如今古香的技法和配方大多來源于古文獻之中，但是由于現代生活節奏漸快，僅有少部分人愿意沉下心閱讀一篇古文，因此傳統古香技法逐漸失傳。同時，虛擬現實系統的原理是從觸、視、嗅、聽、味等五感出發，盡可能還原真實場景中的感覺來增強使用者的沉浸感和交互感。但由于多種原因，虛擬現實系統結合嗅覺的研究非常少。基于此，文章選取宋代名香——嬰香作為研究對象，通過梳理古文獻中的相關制法內容，并嘗試通過虛擬嗅覺，將游戲傳播形式與古香制法技藝（以嬰香為例）相結合，旨在為虛擬嗅覺交互以及民俗技法傳播和發展提供參考。

關鍵詞：虛擬現實技術；虛擬嗅覺；嬰香；古香制法；香文化；數字化游戲

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）15-00-03

0 引言

虛擬現實技術發展至今，已經與人們生活的方方面面相融合。虛擬現實技術利用其相關技術特性作用于人體的五感。但由于嗅覺的獨特性和個體差異性，因此此感官的交互作品十分匱乏，融合傳統文化的作品更是少之又少。心理學家赤瑞特拉的一項實驗發現，在人類獲取信息的來源中，83%的信息來自視覺，11%來自聽覺，3.5%來自嗅覺，1.5%來自觸覺，1%來自味覺，這說明嗅覺在獲取信息中的重要性是不言而喻的。因此本文將嗅覺交互與虛擬現實技術相結合，并提出設計一款嬰香制法游戲，論述該游戲的設計思想，展示開發框架以及相關游戲內容，最后提出該游戲的相關應用場景，為嗅覺交互以及民俗技法傳播和發展提供參考。

1 研究背景

1.1 嬰香起源與制法

中華民族有數千年的用香歷史，戰漢時期已有明確的文獻記載，到了宋代，焚香成為文人四般閑事之一。嬰香是宋代較為流行的一款官方和香配方，嬰香的名稱來源于道教，其香氣為形容天上神仙中玉女的氣息。如今廣為流傳的嬰香配方，其主香是沉香和丁香，輔香是甲香、龍腦香、麝香。嬰香在不同的古文獻中所記載的成分有所差別，宋代文人黃庭堅的《嬰香帖》中所記載的香方則少一味旃檀香，后來武岡公庫嬰香方中指出黃庭堅的香方少一味旃檀香，遂加上旃檀香，此法可以看出宋代人用香的靈活。傳統古香制法技藝的步驟主要是選材、凈料、粗碎、修制、焙料、醇料、精研、配伍、制香、秘干，最后進行窖藏。將成品香密封于紫砂香窖中醇化，使香氣更醇和，在干燥密閉的空間中儲存時間越久，其價值越高，這也是添加香精的大多數工業制香無法比擬的。

1.2 虛擬嗅覺的發展

虛擬嗅覺的研究始于20世紀60年代，當時“虛擬現實之父”莫頓開發了一款名為“sensorama（感官）”的氣味容器，這是虛擬嗅覺的雛形［1］。在接下來的幾十年里，虛擬嗅覺的研究一直停滯不前，直到21世紀，虛擬嗅覺的研究才開始活躍起來。2008年，一款帶有氣味反饋的烹飪游戲推出，將虛擬嗅覺的應用擴展到了更大的娛樂和教育領域［2］。2011年，宗介等人開發了一個三維虛擬水果采摘游戲，使用力反饋裝置模擬我們在采摘水果時通常感受到的力，并在相應的行動過程中使參與者聞到采摘的水果的氣味［3］，這開辟了虛擬嗅覺結合其他多感官的新紀元。在過去的幾年里，虛擬嗅覺也已經越來越多地應用于展覽和多感官互動中，以實現在虛擬環境中的高度沉浸。

1.3 游戲化設計

游戲化設計不需要痛點，良好的體驗即是目標。用戶一旦在玩游戲的過程中進入心流體驗，就會產生強烈的沉浸感，而進入心流需要符合以下條件：一是明確的目標，二是及時的反饋，三是不斷優化的障礙。早在1984年，查爾斯在他的the game of work（《工作游戲》）一書中就總結了游戲化設計使人沉迷的5個核心要素：一是明確的目標，二是完善的計分系統，三是及時的反饋，四是高度自由的個人發揮空間，五是（教練的）持續指導。由此可得，用戶在長期的游戲體驗中更容易進入心流狀態，即更快獲得沉浸感。因此，在本身就具有極大沉浸感的虛擬現實系統中加入游戲的玩法與設計，無異于強強聯合，能極大地增強用戶的沉浸感。

1.4 基于虛擬嗅覺的游戲發展

虛擬嗅覺游戲始于2008年，是高道等人研究的一個烹飪小游戲，它手動預先確定每個烹飪場景的氣味濃度分布，并將氣味存儲在閥控計算機中，當動畫計算機將場景編號發送到閥控計算機時，相應的氣味會被釋放出來，使用戶能在虛擬烹飪過程中實時聞到相應調味品的氣味。到了2011年后，相關研究人員開發了一款三維小游戲，該游戲模擬摘水果的動作，并通過力反饋裝置，模擬我們在正常情況下摘水果所感受到的力量，并在相應動作過程中聞到所摘水果的氣味。此前，育碧為配合虛擬現實游戲“南方公園：破碎完整”的發行，曾嘗試推出周邊虛擬現實鼻罩——Nosulus Rift（鼻裂）。該游戲使玩家跟著游戲情節扮演各種超級英雄，還擁有各種超能力——“超能屁”，虛擬鼻罩則負責釋放各種“屁味”。

2 基于虛擬嗅覺的古香制法游戲化設計可行性分析

2.1 氣味種類與互動空間的豐富性

嬰香原材料中的主香有沉香、丁香、甲香等。如古書《扶南土俗》謂：“諸薄之東有馬五洲，出雞舌香”。諸薄為今爪哇島，雞舌香即丁香，每種材料都有自己特定的味道，因此在整個嬰香制作過程中，無論是前期選材還是后期配伍，都具有豐富的氣味種類。

本游戲故事背景設定在宋代的香鋪中，用戶以第一人稱視角瀏覽該香鋪，并在瀏覽過程中完成相應的故事線——制作嬰香，以實現嬰香技藝的傳播。所以該游戲具有多種交互空間，這里是指用戶與氣味的互動。氣味的存在需要空間，有些空間是恒定存在的，有些是不存在的，有些需要用戶與場景交互。故事設定在宋代香鋪，因此可以將香鋪環境的特定味道設置為游戲開篇的特定嗅覺而存在。而后面用戶在復刻嬰香的過程中，所產生的氣味是需要用戶的特定行為才能觸發的味道，這些味道的體驗為嬰香游戲設計作品提供了豐富的互動空間。

2.2 互動裝置技術的可行性

2.2.1 場景技藝復刻

由于嬰香是宋代名香，因此該游戲設計將時間定位為香文化最為繁榮的宋代，高度還原宋代的制香場景，用戶在虛擬世界里會隨機領取到自己的虛擬身份，如大小姐、飯店小二等，盡可能符合宋代的人物身份，保證用戶在體驗游戲過程中的真實性。

該場景中所帶有的宋代元素特征將從古文獻以及《清明上河圖》等宋代寫實繪畫中提取有關朝代、環境的元素，并利用C4D/3DMAX等軟件還原場景建模，最后將搭建好的場景建模導入unity3D中，制作虛擬現實場景交互的設計。

2.2.2 虛擬嗅覺裝置

本游戲的虛擬嗅覺裝置來自杭州氣味王國科技有限公司，裝置利用“智能硬件+軟件”的方式，通過數字編碼和解碼的方式制造虛擬的氣味。

該裝置的原理是對生活中的各種味道進行解碼、編碼、傳輸、釋放。該虛擬嗅覺裝置解碼完成的成百上千種味道被裝在“氣味通道口”中，通過藍牙將氣味設備與unity3D相連，再通過unity3D對氣味通道口的編程控制不同通道口的氣味釋放。

3 基于虛擬現實技術的嬰香制法游戲化策略

本文將宋代嬰香制法與虛擬現實技術相結合，以一種具有教育意義的游戲化方式呈現。將香文化融合進虛擬現實游戲中，打破了傳統文化傳承方式的局限性，使傳承方式多樣化。最后在參考了大量的嗅覺游戲以及虛擬現實游戲技術的同時，結合嬰香技法自身的特點。整個設計流程可分為以下幾個步驟。

3.1 數字化技藝復刻

3.1.1 數據采集

數據采集主要分為場景數據、游戲內容數據、氣味特征歸納。

在場景數據方面，虛擬現實技術在文化遺產數字化領域的應用逐漸成熟的今天，古香文化數字化傳承已經是當務之急。如今古香的制作依據配方和技法，大多來源于古文獻之中，由于時間比較久遠，所以并無具體的影像資料可以作為背景研究。因此本次設計的場景、角色、道具資料主要從宋代《清明上河圖》中提取場景元素，作為游戲的場景角色設計依據。如典型的是《清明上河圖》中居于鬧市的“劉家上色沉檀揀香”鋪，作為鬧市區的一家香鋪，無論是香鋪外觀，還是地理位置，都與當時宋代興盛的香藝文化有關，也與后來伍佰藝沉香具有密切關聯。在場景元素提取過程中，將香藝文化繁榮的宋代高度還原，為用戶構建完整健全的游戲世界觀和統一的風格。

在游戲內容數據中，嬰香制法流程配方表主要是從《香乘》所記錄的嬰香配方表中提取，技法流程則根據《香學匯典》，結合《香乘》的古文記載，提取為選材、凈料、粗碎、修制、焙料、醇料、精研、配伍、制香、秘干，最后窖藏，并標注每個步驟的關鍵點，以便在游戲最后的關卡設置相應的闖關內容來釋放相應關卡的氣味。

氣味特征歸納主要從現在已編碼的基礎氣味中配制而成，由于目前氣味還不能像顏色一樣通過分析RGB將每一種顏色進行特定的編碼，因此只能通過大量的氣味研究，分析氣味物質，通過基礎氣味合成。

3.1.2 場景建模

在前者數據采集的基礎上，整理歸納了大量宋代特征元素，進行場景建模，主要分為2D素材制作、3D場景建模、場景交互制作。

在2D素材制作板塊中，主要將前期整理的元素特征進行二次創作還原，制作成3D場景建模中所需要的素材。

在三維場景建模中，主要利用C4D/3DMAX等建模軟件對元素進行三維恢復。這個過程特別注重最后一部分的材質和燈光，材質和燈光決定了整個場景的紋理，所以一些場景會直接被貼圖紋理化，達到逼真的視覺效果。

場景交互制作則是將已經建好的場景模型導入unity3D中制作游戲關卡，并通過相應的程序，將場景游戲與虛擬嗅覺裝置進行相應的交互編程。

3.2 虛擬嗅覺裝置

該設計的虛擬嗅覺裝置選用掛脖式的數字氣味發生器，該發生器一共有12個氣味通道口，因此可以儲存12種不同的氣味。需要提前將制香流程中的每種氣味通過壓縮放入不同的氣味通道，再通過電腦編程控制氣味通道觸發的機制，以便于在游戲過程中，參與者在完成嬰香制法流程的時候，每一個步驟都可以聞到該步驟釋放的氣味。

3.3 互動設計

將上述所有準備加以整合，整個游戲分為體感板塊和氣味板塊。

將在unity3D中提前做好的交互內容運行在外接的虛擬現實頭盔中，手柄作為游戲的體感板塊，從觸覺、視覺、聽覺方面增強交互沉浸感。

氣味板塊主要是嗅覺發生器通過藍牙設備與unity3D相連，再通過unity3D對氣味通道口的編程控制不同通道口的氣味釋放，使參與者從嗅覺方面增強對交互內容（嬰香制法）的體驗感。

4 嬰香制法游戲的應用策略

基于虛擬嗅覺的香文化游戲，不僅能實現虛擬嗅覺的自身價值，而且能多角度地傳承中華文化，最大限度地做到寓教于樂。因此，以本次設計為例，基于虛擬現實的古香制游戲可以用于以下場景。

4.1 氣味博物館展覽

在整個博物館瀏覽過程中，觀賞體驗感是非常重要的。傳統的文物博物館通常會保留特殊的陳列柜來保存文物，所以很難看到這件文物的全部細節以及它的真正用途，這在更抽象的氣味博物館更是難以展現。再加上傳統的輸出式介紹缺乏一定的趣味性，因此，香文化內容通過虛擬現實游戲的包裝加工成圖像、文字、音頻、動畫等來展示其屬性、來源、制作方法，并外接嗅覺裝備，可以使整個瀏覽體驗更豐富。

4.2 教育領域

隨著虛擬現實技術的發展，越來越多的學校配備了相應的設備讓學生體驗。例如，為了保證實驗的安全等，許多高校開始開展虛擬現實教學。不難想象，古香制法通過虛擬現實技術呈現，對香精香料學的學生來說必是一場生動的教學。不僅能使更多學生體會到中華民族的優秀傳統民俗文化，而且通過玩虛擬現實游戲，能在一定程度上起到學習和傳承文化的作用。

4.3 商業領域

隨著經濟全球化和世界經濟一體化的發展，世界旅游業進入快速發展的黃金時期。多數景點的經濟來源仍是以售賣紀念物為主。若將虛擬現實游戲放置在景點，不僅可以吸引游客，而且可以使游客在體驗后產生購買欲望，還能通過游戲了解古香制法，推動民俗特色文化資源的開發和利用。

5 結語

香文化貫穿整個中華文明的歷史進程。虛擬現實技術和古香技法的結合，一方面起著傳承和弘揚優秀傳統民俗文化的作用，另一方面，將香文化運用到虛擬現實游戲中，能使玩家在享受游戲帶來的愉悅的同時，體會到香文化所蘊含的深厚歷史淵源和文化底蘊，對傳統文化的傳承、轉型、發展具有重要的借鑒作用。

在虛擬現實系統中，虛擬嗅覺是重要且研究比較匱乏的領域，正處于需要不斷探索和研究的階段，筆者希望通過本次將虛擬嗅覺結合傳統游戲的設計，可以為未來嗅覺交互的相關研究提供參考。

參考文獻：

［1］ 巴杜根·B.洛夫丁.多模式顯示系統：觸覺，嗅覺，味覺和前庭［J］.組件和訓練技術（S1673-7938），2008，17（2）：116-135.

［2］ 高道，海普.烹飪一個交互式嗅覺游戲顯示器［C］//IEEE計算機圖形學和應用程序進展.美國：IEEE，2008：75-78.

［3］ 星野宗介，石橋豐，福島北成，等.嗅覺和觸覺媒體傳輸QoE評估：流間同步誤差的影響 通信質量和可靠性［C］//2011IEEE國際印刷技術委員會研討會.美國：IEEE，2011：1011-1021.

作者簡介：李欣蓮（1999—），女，四川內江人，碩士在讀，研究方向：數媒與影像數字化。

黃晶石（1980—），男，遼寧沈陽人，博士，講師，系本文通訊作者，研究方向：生理人類學。