大運河景觀的虛擬再現(xiàn)數(shù)字化實現(xiàn)*

河北金融學院 鐘文洋 苗志剛 曲耕漁 蔣婧婧 胡櫨心

為積極響應(yīng)中共中央辦公廳 國務(wù)院辦公廳印發(fā)《大運河文化保護傳承利用規(guī)劃綱要》，本文以虛擬現(xiàn)實技術(shù)在大運河文化中的應(yīng)用為例，講述大運河景觀基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的再現(xiàn)。數(shù)字運河公園主要通過AR、VR、Unity3D等技術(shù)相結(jié)合的方式，將運河的形象進行虛擬再現(xiàn)，充分還原大運河的壯麗景觀，開啟視覺盛宴，重現(xiàn)大運河的昔日風采，為用戶提供真實的旅游和地質(zhì)文化體驗，讓更多人感受大運河文化的魅力，以推動運河智慧文旅的發(fā)展。

中國大運河是世界文化遺產(chǎn)，是古代中華民族勞動的璀璨結(jié)晶，更為重要的是，中國大運河所代表的運河文化，是極為獨有、難得的一種文化，運河文化是一種活態(tài)文化，運河文化至今都在不斷地發(fā)展、創(chuàng)新。近年來隨著科技和生產(chǎn)力的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)品以一種高科技，高技術(shù)含量，令人耳目一新的高姿態(tài)奪人眼球，而將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入到運河文旅中，不僅是為了打破人們思維中虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品絕大多數(shù)以游戲為核心的固有印象，更是為了將新技術(shù)、新思維融入到中國大運河的運河文化中去，為活態(tài)文化帶去新的活力。該平臺旨在通過建模對大運河景觀進行還原再現(xiàn)，加強對運河古跡的保護、研究、利用，讓運河擁有最純真的面貌，讓人們更了解運河，貼近運河，真真切切地使人們對大運河文化有了更深的理解，增強民族自豪感和文化自信，深入挖掘大運河文化、生動講述大運河故事、堅持傳承大運河精神、創(chuàng)新傳播大運河品牌文化。在十四五規(guī)劃和2035遠景目標建議中提到，傳承弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，建設(shè)長城、大運河、長征、黃河等國家文化公園。中國大運河是中華民族的絢麗瑰寶。在我們身邊了解運河的多為老一輩，很少有小一輩的人能夠真正了解運河。為積極響應(yīng)國家政策的號召，運用科技力量將運河景觀進行虛擬再現(xiàn)，提高用戶的體驗興趣，擴大用戶范圍，有利于弘揚優(yōu)秀的運河文化。

1 大運河文化再現(xiàn)策略

1.1 景觀選擇

彎彎運河，悠悠故城。運河承載著幾代人的記憶，運河文化影響著運河居民的衣食住行、民居建筑、民風習俗等。大運河貫通南北，來往的不僅僅是貨物，還有南北之間的文化思想、風俗習慣，在大運河沿岸，更是有著無數(shù)的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)和建筑，比如橋梁碼頭、漕運衙門、船閘、會館河埠等。隨著時間的推移，這些建筑都會一點點的老化，甚至失去這些建筑原有的風貌，數(shù)字運河公園初步選取運河各段具代表性的景觀進行建模還原，實現(xiàn)運河景觀的虛擬再現(xiàn)。大運河是一條巨型的文化長廊，其包括古代遺址和近現(xiàn)代遺址，包括物質(zhì)和非物質(zhì)的空間在景觀選擇時應(yīng)實地考察運河文化帶，避免缺失特色古跡系統(tǒng)的篩選和整理。作品數(shù)字運河公園主要分為碼頭、船只、船閘等九個運河模塊，旨在將大運河一整條航線納入到數(shù)字文化主題公園。

通州歷來為京東交通要道。如今的通州高樓大廈，一派現(xiàn)代化的景象，通州區(qū)運河兩岸的景觀已進行主體化建設(shè)，初步形成了景觀長廊。通州碼頭又稱漕運碼頭，是之前維持國家運轉(zhuǎn)的生命線，但是如今卻很少有人了解漕運，如今的護城河也早已被填埋，但是漕運是一代人一代城的歷史不能就此在人們心中散去。

1.1.2 鄭和寶船

船艏正面有浮雕裝飾，浮雕呈現(xiàn)威猛的虎頭樣式，兩舷側(cè)前部浮雕或彩繪是莊嚴的飛龍，艉部板上方繪有展翅欲飛的大鵬鳥，無處不體現(xiàn)出鄭和寶船的氣勢。鄭和寶船是當時人們團結(jié)協(xié)作的成果，鄭和下西洋無疑是偉大的壯舉，是航海史上的奇跡，人們對奇跡的了解不能隨著時間煙消云散。

1.1.3 臨清鈔關(guān)

臨清運河鈔關(guān)位于會通河臨清段西岸。隨著時代的變遷，鈔關(guān)原有的80問房被拆遷，如今所剩無幾，現(xiàn)在能看見的僅剩幾座古建筑和一些復(fù)原的地基，臨清鈔關(guān)丟失了本有的樣貌。

1.1.4 淮安府署

淮安府署是明洪武元年知府范中在元淮安路總管府府署(現(xiàn)漕運總督部院處)加以修整而來，曾掌管全國漕運，漕運作為古代中國運河文化中最濃墨重彩的一筆，其對中國大運河文化價值的重要性不言而喻。淮安府署已成為國家4A級旅游景點。

如前所述，昆曲過腔音樂材料有來自本唱調(diào)音階中的任一級音和昆曲劇種主調(diào)兩種。音樂材料以及各種材料的不同組合和連接次數(shù)的多寡，可以影響乃至決定過腔的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)形式（下稱“構(gòu)式”）；音樂在運動過程中，亦有音勢順暢或轉(zhuǎn)折、氣息頓挫或斷連之異，也會導(dǎo)致樂匯或“句型”的變化，過腔結(jié)構(gòu)的多樣性亦由此產(chǎn)生。

1.1.5 杭州拱宸橋

杭州拱宸橋是中國大運河的終點，其承擔著極大的文化意義，古人有一個約定俗成，每當在運河駛船時，看見了拱宸橋，便代表著杭州到了，這體現(xiàn)了其極具地理代表性。拱宸橋是大運河杭州段珍貴而古老的文物遺產(chǎn)。它不僅見證了兩岸的歷史變遷，也見證著杭州這座城市的成長。該橋東西方向橫跨大運河，橋長98m，高達16m。

1.1.6 水上立交

大運河上的水上立交工程是亞洲最大水上立交。大運河立交在淮河入海水道與京杭大運河立體交匯，上行大運河，下行淮河入海水道，互不干擾。承接著京杭運河南北航運的上部航槽，船隊如麻，在進出口段采用獨特的水泥砌塊作為護坡，為淮安樞紐工程添姿加彩。橋頭堡建筑鋼索纜橋，更是運河文化和現(xiàn)代工程的完美結(jié)合，因此也成為淮安水利風景區(qū)的特別景觀。

1.1.7 船閘

船閘體現(xiàn)了大運河在承載漕運方面的文化、科技結(jié)晶，一個船閘，利用了地勢的高低對船的通行提供了便利，體現(xiàn)了古代人民的智慧，是運河文化不可缺少的一部分。

1.1.8 堰埭

堰埭是壅水的土壩，用于提高上游水位，便于用水和灌溉。運河建設(shè)者們?yōu)楸ＷC運河航行充足的水量和穩(wěn)定的水流筑堰用來擋水，這是建設(shè)者們精心設(shè)計的杰作，體現(xiàn)了古代人民的智慧，同樣體現(xiàn)了大運河文化的魅力。

1.1.9 貫穿南北勾連西東

大運河貫穿南北勾連西東，是全國經(jīng)濟和文化溝通的紐帶，呈現(xiàn)運河的樞紐作用，也是對運河景觀完美再現(xiàn)的關(guān)鍵要素。中國大運河歷經(jīng)歲月的打磨，飽受時光的風霜，也是時光為我們打開的一扇窗，透過這扇窗我們看到了大運河文化，更看到了中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

1.2 模型化處理

1.2.1 測繪

通過實地考察觀察各個景觀的特征和比例，通過百度地圖VR全景以及谷歌地圖仔細觀測，按建筑實際比例1∶1還原。

1.2.2 建模

利用SketchUp、3Ds Max等專業(yè)3D建模軟件，對已測量好的運河景觀代表建筑進行等比例三維建模，在生產(chǎn)三維模型過程中，本平臺利用了SketchUp進行了初期的簡單三維模型的構(gòu)建，再利用3Ds Max進行較為復(fù)雜的，含有多曲面的模型進行創(chuàng)建。

1.2.3 貼圖

利用3Ds Max對模型進行貼圖制作。為增加三維模型真的真實感，根據(jù)運河景觀代表建筑的原型，利用Photoshop處理好貼圖圖片后，在3Ds Max中為模型制作貼圖。這一過程就像是黑白電影發(fā)展成彩色電影的過程，讓用戶從觀感上更有真實感，更有體驗感。

1.2.4 展示平臺的選擇

本平臺經(jīng)過在多次建模過程中的反復(fù)測試，以及用戶反饋的意見上，最終選擇了功能強大的UE4（Unreal Engine 4，虛幻4引擎）作為本平臺的展示平臺。從起初的Enscape這一體積小，功能強的渲染平臺的測試中我們發(fā)現(xiàn)，雖然Enscape能夠?qū)㈧o態(tài)的運河建筑展示出好的效果，但是該平臺在運河文化展示上總是很難能夠?qū)⒘鲃拥乃匿秩境龊玫男Ч瑢τ谶\河文化來講，水才是這一活態(tài)文化的靈魂所在，而這一渲染平臺的天然缺陷，讓我們不得不放棄對該平臺的使用。隨后我們利用了Unity 3D這一老牌游戲引擎進行搭載，發(fā)現(xiàn)Unity 3D對于我們開發(fā)的運河文化展示平臺對手機端的AR開發(fā)的需求十分契合，我們便開發(fā)了一款手機AR識別App。但是Unity 3D在PC端的開發(fā)上卻存在一些弊端，對于本平臺的特殊性，我們開發(fā)本平臺交互性，游戲性的時候發(fā)現(xiàn)，Unity 3D的交互腳本較難維護。相比較之下我們選擇了虛幻4引擎，該引擎能夠搭載我們所創(chuàng)建的三維模型，并且在開發(fā)交互功能時，成本較低，使用方便，并且代碼耦合度較低，便于維護，也增加了后續(xù)弘揚運河文化時平臺可維護性，并且該引擎展示效果極為逼真。

2 虛擬再現(xiàn)的優(yōu)勢與前景

2.1 虛擬再現(xiàn)的優(yōu)勢

近年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)飛速發(fā)展，許多虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)品不斷上線，且屢次使人耳目一新。數(shù)字運河公園基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)能夠不受地域和時間的限制，讓各地的人隨時了解運河，并且通過對運河進行虛擬再現(xiàn)，能夠更加清晰更加直觀的表現(xiàn)出運河景觀的細節(jié)，有利于人們更加深入仔細的了解運河景觀，從而進一步學習運河文化。虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過模型再現(xiàn)能夠?qū)⒁呀?jīng)毀壞的運河景觀深度還原，從而讓人們了解更真實的運河景觀，而真實的運河景觀才是一代人的血脈和感情，才是我們真正應(yīng)該了解的。在運河周邊，有許多大大小小的碼頭，但是，隨著時間的打磨，一些碼頭已被拆為公路和街道，喪失原貌。通過虛擬再現(xiàn)將這些碼頭復(fù)原重新展現(xiàn)在三維環(huán)境中，使得碼頭的樣貌復(fù)原，這是現(xiàn)實中做不到的。而運河文化是一代人的情結(jié)，更是中華的優(yōu)秀文化，因此，將景觀再現(xiàn)有利于修復(fù)人們的情結(jié)，同時讓更多人的人了解運河更能激發(fā)并滿足人們對運河文化的好奇心。另外，通過先進科技對古跡進行重現(xiàn)完善相對于傳統(tǒng)的方式而言，大大節(jié)省了時間和金錢，一定程度上也提高了完成效率，并且對文明發(fā)展具有積極影響。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于再現(xiàn)運河文化帶，有利于為用戶打造多感觀賞體驗，環(huán)繞式體驗虛擬界面，增強真實感。通過虛擬再現(xiàn)，用戶在不失真實體驗感的前提下，大大節(jié)省了時間，因此虛擬再現(xiàn)為運河文化帶的宣傳帶來了大大的便利。虛擬再現(xiàn)相較于實地旅游費用低，更適用于所有經(jīng)濟收入的人群。虛擬環(huán)境對運河景觀進行再現(xiàn)，彌補了一代人的歷史情結(jié)，也彌補了運河文化，為更多人了解運河提供了便利，更是先進科技與優(yōu)秀文化的完美結(jié)合，運河景觀的虛擬再現(xiàn)，有利于帶動運河一帶旅游文化的發(fā)展，有利于促進運河一帶城市經(jīng)濟的發(fā)展，帶動依運河而生的物質(zhì)文化遺產(chǎn)和非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的發(fā)展。另外，運河景觀的虛擬再現(xiàn)，也是對運河景觀的一種保護，非接觸式觀賞，也減少了運河古跡與外界的接觸，進而減少了古跡由于人為因素例如受光、受潮、觸摸、惡意損壞造成的破壞，降低了不文明旅游現(xiàn)象的發(fā)生頻率，同時有利于規(guī)范旅游場景。

2.2 虛擬再現(xiàn)的前景

在疫情防控期間人們響應(yīng)號召非必要不外出，但是隨著人們的經(jīng)濟條件的提升，人們尋求足不出戶形式的消費，因此旅游業(yè)的智慧化發(fā)展受到疫情的影響，“無人服務(wù)”“智能導(dǎo)覽”和“數(shù)據(jù)監(jiān)測”等項目成為各大景區(qū)智慧化建設(shè)的基本要求。另一方面，疫情也改變了消費者的消費行為，無接觸度假、近郊游成為近期的熱點。近年來有各種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育平臺、房地產(chǎn)平臺等，此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被應(yīng)用于影視業(yè)，同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)游戲中，并得到快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)大大增強了游戲的真實感。目前，中小學和全國高校著力關(guān)注學生對中華文化的了解和學習，而數(shù)字運河公園抓住了青少年用戶的使用體驗感，通過虛擬再現(xiàn)，減小空間的局限性，增加觀賞和體驗的趣味性。近年來，我國旅游業(yè)快速發(fā)展，許多景區(qū)人海擁擠，越來越多的人追求旅游過程體驗感，人們更傾向于以更加輕松和享受的方式體驗旅游的過程。

3 景觀的虛擬再現(xiàn)

3.1 呈現(xiàn)方式的選擇

VR和AR是現(xiàn)在全球范圍的熱點前沿技術(shù)。虛擬現(xiàn)實可以模擬出能與用戶交互的真實環(huán)境從而達到沉浸式體驗，而增強現(xiàn)實則不同，增強現(xiàn)實可以做到虛實一體，可以將虛擬物體融入到現(xiàn)實，從而增強用戶對“現(xiàn)實”的體驗感，VR技術(shù)為用戶提供多感官的體驗，最大化地將場景再現(xiàn)還原，感受場景的效果與變換。AR則將構(gòu)造出的虛擬場景加以處理賦予用戶更強的“現(xiàn)實”體驗感。因此，以AR為輔助，VR為主力，打造了沉浸式的數(shù)字文旅，AR與UE4游戲引擎相配合，使用戶在現(xiàn)實世界中與虛擬畫面實現(xiàn)交互性活動，增強用戶體驗感。

3.2 呈現(xiàn)過程

大運河景觀的虛擬再現(xiàn)需要設(shè)計人員將大運河周圍景觀進行深度地還原，例如：碼頭、船只、船閘等。目前我們主要通過3Ds Max技術(shù)對這些景觀進行設(shè)計還原，使用SketchUp和3Ds Max等建模軟件對船閘、船只、碼頭等按其實際比例來構(gòu)建模型，追求模型的真實性和完整性。在模型制作完成后，需要對所構(gòu)建的虛擬景觀進行貼圖處理，并在必要情況下對模型進行虛擬現(xiàn)實技術(shù)的渲染。在呈現(xiàn)時，我們利用UE4作為大運河景觀的展示平臺，同時我們也利用了Unity 3D游戲引擎進行搭載，并開發(fā)了一款手機AR識別App，通過掃描大運河景觀模型圖片，便可以在手機上顯示出立體景觀模型。