虛擬現實技術在旅游中的運用
——以余東古鎮虛擬漫游系統設計實踐為例

◇史敏麗 宋思潼

虛擬現實技術是指利用計算機生成一種可對參與者直接施加視覺、聽覺和觸覺感受，并允許其交互地觀察和操作的虛擬世界的技術，可使用戶產生身臨其境的感受。虛擬現實技術被廣泛地應用于多個領域，比如：在醫學領域，醫生可以借助虛擬空間進行手術預演，提高手術成功率；在軍事領域，作戰部隊可利用虛擬空間完成模擬訓練等任務，從而大大降低軍隊演習成本；在設計領域，設計師可通過虛擬空間向用戶直觀展示設計方案，提升設計效率。

隨著我國綜合國力的增強，人們對傳統文化的認同感不斷增強，人們了解傳統文化的方式不再滿足于文字和圖片，而是希望能走進文化傳承地，親身感受傳統文化。借助互聯網、虛擬現實技術，人們足不出戶就可以借助虛擬場景實現對現實世界的虛擬游覽。虛擬現實技術是一種綜合了多媒體技術、計算機技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、三維仿真技術等的新技術。因此，設計師可將虛擬現實技術應用于古鎮文化傳播中，對古鎮的建筑、環境、地形等在虛擬空間內進行還原，結合數字攝影技術將古鎮當地的傳統文化以視頻、音頻等形式記錄下來，并融入虛擬空間，讓用戶在虛擬空間中漫游古鎮，前往古鎮的各個景點，通過與虛擬場景的交互了解古鎮，感受古鎮的傳統文化。

一、虛擬現實技術的發展與運用

20世紀40年代，美國最早開始對虛擬現實技術進行研究。起初，虛擬現實技術被應用于對宇航員和飛行員的模擬訓練。隨著計算機技術、傳感器技術的不斷發展，虛擬現實技術的應用也逐漸轉向民用，集中在用戶界面、感知、硬件和后臺軟件四個方面[1]。20世紀80年代以前，由于技術的限制，虛擬現實技術的發展較為緩慢。20世紀90年代以后，由于各項技術的突破與發展，虛擬現實技術得到了快速發展，并成為一個獨立的領域。目前，虛擬現實技術被廣泛地應用于醫療、旅游、游戲等領域。在旅游領域，借助逼真的虛擬場景，人們足不出戶就能體驗到當地的風景。在國外，越來越多的人愿意接受并嘗試虛擬現實旅游。

2016年，虛擬現實技術被正式列入我國《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄（2016版）》。在旅游行業，設計師可利用虛擬現實技術對實體景觀進行再現或者移植，利用交互式平臺構建虛擬現實場景，從而實現自動漫游與人工漫游之間的自如切換，為游客在人機交互的界面中打造充滿沉浸感的全景漫游體驗[2]。此外，虛擬校園、虛擬古鎮系統方面的研究取得較多成果，比如：學者李遇涵開發了具有三維顯示、在線虛擬漫游、信息管理和服務功能的虛擬校園漫游系統，用戶可以全方位參觀校園環境，產生身臨其境的體驗，極大地促進了校園形象的宣傳和信息管理[3]；學者仲于姍將Unity3D引擎作為虛擬校園漫游系統的主要開發平臺，使用Autodesk Maya軟件的三維建模技術，解決了目前在虛擬校園漫游系統中存在的場景仿真效果不佳、信息獲取量較小、開發周期較長等問題，實現了三維虛擬校園漫游系統的開發[4]；學者蔡舟對最短路徑算法與TSP算法結合的自動漫游算法進行了優化與改進，設計了一個基于3D交互式的虛擬古鎮旅游系統[5]。在國內，一些特色古鎮也利用虛擬現實技術開發古鎮虛擬漫游系統，以提高旅游宣傳效果。比如，廣西揚美古鎮利用三維數字模型對古鎮景觀進行數字化轉換與還原，使用攝像機動畫，通過攝像機視角帶領用戶在揚美古鎮虛擬場景中漫游，欣賞揚美古鎮的景色，但用戶不能自由操控視角，缺少虛擬漫游體驗的自由度。整體來看，虛擬現實技術仍處于發展階段，一些技術瓶頸還有待突破，其應用領域也在不斷拓展中。

二、古鎮虛擬漫游系統的設計理念

虛擬現實技術具有多感知、沉浸感、交互性等特征，與傳統媒體相比，虛擬現實技術具有除了視聽感知之外的力覺感知、運動感知、觸覺感知，甚至還有嗅覺感知，同時可使用戶在虛擬環境中擁有更為真實的沉浸感與存在感，突破了傳統媒介中用戶被動接受信息的狀態，賦予了用戶更大的自主權與決定權，能讓用戶身臨其境，如身處現實世界一般，獲得全新的感知體驗。基于虛擬現實技術的上述特性，筆者將虛擬現實技術融入古鎮旅游開發，設計開發出了適用于多種平臺的古鎮虛擬漫游系統。

本次實踐以江蘇余東古鎮為對象，通過田野調查、焦點訪談、文獻研究等方法了解余東古鎮傳統文化與非物質文化遺產傳承現狀，并拍攝與創作余東古鎮傳統文化紀錄片，實現對余東古鎮傳統文化的初步記錄與保護。通過實地測量與取景獲得余東古鎮的相關數據，利用數字技術將古鎮標志性建筑進行數字化建模，還原古鎮風貌。同時，還將數字模型和音視頻相融合，完成古鎮虛擬空間的設計。運用Unity3D引擎將余東古鎮虛擬模型與音視頻相結合，將余東古鎮紀錄短片在虛擬的余東劇場中的幕布上進行展現，通過人機交互方式打破空間的距離，以提升用戶的感知和體驗，增強交互的趣味性，讓用戶進入虛擬空間觀賞余東古鎮的景色，了解余東古鎮的傳統文化。

三、余東古鎮虛擬漫游系統設計實踐

（一）余東古鎮景觀的數字化模型再現

余東又被稱作“鳳城”，始于唐朝，至今已有一千多年的歷史。20世紀50年代初，余東文藝興盛，余東劇場建成后，省內外的劇團紛紛前來演出，南通金沙、呂四、三余等地的戲迷常來觀看，整個劇場洋溢著文藝氣息。余東古鎮中的建筑雖在歷史的變革中遭受損壞，但在相關部門的修繕下依然煥發著生機。通過對余東古鎮標志性建筑——余東劇場周邊環境進行實地考察，發現余東劇場周邊的建筑以石板路為軸呈對稱分布。在實踐調研中，筆者利用無人機進行航拍，對建筑的外觀、布局等進行采集，以獲得較為全面、準確的建筑信息，并對建筑細節進行拍攝取樣，獲得高質量的圖像資料，然后對獲取的素材進行審查、篩選、分類、整理，使得到的三維模型貼圖素材能還原真實材質效果。以搜集的建筑景觀信息為基礎，搭建余東古鎮數字模型，以余東劇場與余東古城墻的模型還原為主。以余東劇場為例，其整體模型創建可分為整體模型與室內細節模型兩大部分。根據建筑信息，確定余東劇場的整體比例，利用多邊形建模工具制作余東劇場的基礎模型，確保基礎模型比例準確后，搭建模型的外部結構，例如樓梯、屋檐、屋頂等，同時根據余東劇場室內場景布局與裝飾，一步步完善室內各區域模型。針對余東古鎮整體風貌的呈現，主要以幾個基礎房屋模型為樣本，調整與創建房屋結構，并按現實街道與房屋布局進行整合。整體模型創建完成后，運用拍攝的細節素材圖繪制材質貼圖，為模型賦予材質，提升模型的真實性與美觀度。

（二）余東古鎮傳統文化的影像呈現

對余東古鎮文化的呈現整體分為兩部分。一是對余東景觀建筑文化的呈現。筆者利用單反相機、無人機等器材，多角度、多維度地對余東古鎮進行拍攝，以余東古街為線索，以余東城墻與余東劇場為關鍵點，以余東古鎮中的居民為焦點，結合建筑景觀特色，運用不同的景別、角度、構圖，充分展現余東古鎮的整體風貌、空間布局、風俗習慣與人文精神。二是對非物質文化遺產的記錄，比如通東民歌。通東民歌是一種流傳于南通海門北部地區的民間音樂，包括勞動號子、小調歌謠、賀房說令等，語言生動形象，具有濃郁的江海風韻和鄉土氣息，反映了當時勞動人民的思想感情和審美情趣。通過深入訪談通東民歌的傳承人、當地的民間藝人及藝術家，探尋余東古鎮的發展歷史與傳統文化，了解余東民歌的傳承發展與藝術特性，將訪談過程、余東建筑風貌影像、余東歷史影像素材融合為表現余東古鎮文化的紀錄短片，并將其融入余東古鎮虛擬漫游系統，以豐富虛擬漫游系統的表現形式與文化內涵。

（三）余東古鎮虛擬漫游系統的實現

1.場景布局與光影效果

Unity3D引擎是實時3D互動內容創作和運營平臺，用戶可以通過此平臺完成游戲和三維互動產品的開發。在本次設計中，筆者使用Unity3D引擎進行開發，借助其優秀的兼容性，將三維數字模型與視頻相融合，讓用戶在游覽余東古鎮虛擬場景的同時，了解余東古鎮的傳統文化。在虛擬漫游系統開發前，筆者將前期創作的三維數字模型導入Unity3D引擎，并進行整理分類，進一步優化與調整模型的空間布局，場景布局完成后開始著手燈光的設置。場景燈光能更好地還原現實的光影效果，提升用戶在虛擬漫游中的真實感。在燈光設置上，根據不同區域的空間特性，采用不同光源組合實現光影效果。余東古鎮南城門至余東劇場的區域整體面積跨度不大，建筑布局緊湊，各個位置的大致光照強度相同，因此使用環境光統一場景的光線強度，獲得統一的光線方向，使其與現實光照相符。同時，筆者還調整優化環境光的照射角度，使建筑、樹木等產生陰影，并以現實為參照，通過調整陰影的各項參數，提高畫面的真實感。在余東劇場內部，由于缺少自然光的直射，劇場內光線較弱，因此應對光源進行搭配使用。比如：在窗戶附近使用區域光，以照亮窗戶區域形成高光，從而還原真實狀況；在劇場兩側使用低強度的點光源，還原燈光照射效果，照亮整個劇場內部；劇場內的頂棚、門窗、座椅以木質結構為主，反光性弱，整體色調偏暖色，因此在室內整體燈光設置上，應保持亮度、色調與現實相符，營造出更貼近現實的室內光照氛圍。

2.以第一人稱視角對空間進行呈現

第一人稱視角指用戶看到的是游戲人物雙眼直接觀察到的畫面，是增強沉浸式體驗的最佳途徑。在第一人稱視角下，用戶的代入感更強，且看到的虛擬場景中的物體更為直觀，有利于提升用戶的主觀體驗。但部分用戶會因雙眼接收到的運動信息與小腦中得到的信息相沖突，從而產生眩暈感。當用戶經過多次體驗后，眩暈感會逐漸消除。在此次研究中，用戶可以第一人稱視角穿梭于余東古鎮的街巷中，且可自由選擇場景。在余東劇場內，用戶可以通過點擊不同的播放按鈕，實現數字視頻的播放或切換屏幕中正在播放的數字視頻，通過觀看視頻了解余東古鎮傳統文化。為了能讓用戶在虛擬漫游的過程中實時感知自身所處的空間位置，筆者還設計與制作了地圖輔助模塊，該模塊可為用戶提供地圖導航，通過將空中攝像機與角色位置屬性進行綁定，實時反饋人物所在位置和人物周邊建筑，進一步提升用戶在漫游過程中的交互體驗。

四、結語

將虛擬現實技術應用在旅游業中，可讓人們足不出戶就能游覽各種旅游景點，了解各地的歷史文化，有利于促進傳統文化的傳播和建筑風貌的保護。當前，虛擬現實技術仍存在一定的局限性，其最大的難點在于模型數據的精細度與實時反饋速度之間的矛盾。要想更好地提升用戶的使用體驗，則需要提升三維數字模型的精度，但由于受到計算機性能的制約，模型精度越高，對計算機的運算能力要求就越高，運行的實時性就越差，最終會影響用戶的感官體驗。然而，隨著5G技術的發展，其低延遲、高傳輸速率、高穩定性的特性，可在一定程度上提升虛擬漫游系統設計效果，加快虛擬現實技術的發展，從而促進虛擬現實技術在其他領域的應用。