景觀基因視角下紅色文化數字展館設計研究

郭奕航 黃佳 莫尚劍 賀溪

摘 要：依據景觀基因理論和數字技術對紅色文化數字展館的設計路徑進行探索，在科學識別和充分挖掘紅色文化景觀基因特征的基礎上，發揮虛擬現實技術沉浸性、交互性以及想象性的優勢。通過湖南長沙中共湘區委員會舊址的數字展館設計實踐，檢驗設計路徑對提升紅色文化體驗感和強化展館教育功能的成效，以期為紅色文化的保護利用、紅色文化的傳承弘揚提供新思路。

關鍵詞：景觀基因；紅色文化；數字展館設計

基金項目：本文系長沙學院大學生科技創新項目“湘村文化基因挖掘與數字博物館設計研究——以湘江古鎮群為例”、湖南省教育廳資助科研項目“景觀基因理論視角下‘文夕大火前長沙歷史城區數字化修復研究”（21B0765）、長沙市重大科技專項項目“長沙段湘江古鎮群數字化重建技術與網絡虛擬旅游的產業化實現”（kq2011002）的研究成果。

紅色文化數字展館是重要的紅色教育開展平臺之一，其設計理念與常規的博物館和文化館存在顯著差異，其設計需要強調紅色主題展覽的教育價值與傳承意義。

一、景觀基因相關概述

（一）景觀基因

景觀基因可以理解為一處景觀所特有的、區別于其他景觀的內在文化因子，是景觀“遺傳”的基本單位，即某種代代傳承的、區別于其他景觀的因子[1]。作為景觀的組成元素和文化載體，通過識別、提取、分析等過程，景觀基因適用于對文化景觀進行深層次的剖析，且可以利用數字技術構建三維模型景觀基因庫，將理論與設計實踐緊密結合，同時助力文化的傳播與傳承。

（二）湖南紅色文化景觀基因

基于景觀基因理論，從空間布局、綜合環境、文化特征三個層面對紅色文化進行分類，建立景觀基因的識別體系，例如地理位置和地域單元屬于空間布局類、地形地貌和水文條件屬于綜合環境類。文化特征是該體系的關鍵，主要包括紅色文化特征與地域文化特征。地域文化特征涵蓋歷史沿革、風貌習俗、民間藝術等。紅色文化特征一方面有紅色革命人物、紅色建筑及景觀、紅色文物等，另一方面包括紅色故事、革命精神、革命傳統等（表1）。依據個體屬性特征的差異，建立類別標準、細化的指標體系，在此基礎上通過修繕革命舊址、再現紅色場景、講好紅色故事等方法，將紅色文化景觀基因融入數字展館設計中[2]。

二、湖南紅色文化數字展館設計所需技術及設計流程

（一）所需技術

虛擬現實技術具有沉浸性、交互性與想象性的特質，通過增強沉浸感、融入交互設計和虛擬場景設計，可使展館中的數字展品變得真切和生動，使參觀的用戶有仿佛穿越時空的體驗感，從而更好地鑒賞紅色文物、認識紅色人物、品讀紅色故事。紅色文化數字展館能營造出逼真的自然環境和歷史環境，讓參觀者在感受紅色文化魅力的同時，獲取高于藝術欣賞且更具深度的情感認同，從而獲得愉悅的視聽感受。參觀者沉浸在三維虛擬空間中，通過操控VR頭盔和手柄來獲取視覺、聽覺、觸覺等在場感受。虛擬現實技術還能以虛實相生的形式對歷史場景進行擬真化呈現，并在體驗內容中設置交互式的視頻圖文介紹或互動游戲，演繹紅色歷史文化，解碼紅色遺產背后的精神密碼，營造真實的在場感受，促使參觀者接受深度的紅色文化熏陶。通過人機交互的形式與虛擬環境中的人物、展品交流，參觀者能獲取所需的知識與信息。

（二）設計流程

基于虛擬現實技術的紅色文化數字展館設計流程分為三個階段：一是針對設計場地的景觀基因數據開展信息采集，二是構建虛擬場館的空間信息體系，三是對模型進行輕量化處理。紅色文化所在地的景觀基因數據包括紅色遺址、紅色文物、文化特征、地理特征等，可通過實地走訪、文獻查閱、專人訪談等方式搜集。這些數據既是年輕人開展黨史、國史、改革開放史、社會主義發展史學習的寶貴資源，也為后續設計實踐提供了科學依據和設計內容，是區別不同紅色文化數字展館的典型代表特征[3]。

例如，紅色遺址的空間信息數據包括整體高度信息、空間深度信息和表面紋理信息等。不同類型、不同精度的空間數據需采用不同的采集方法，如使用無人機傾斜攝影、多角度感應等技術獲取對象的高精度整體環境，有效可靠地記錄三維空間數據；使用三維激光掃描技術，能記錄地面建筑、雕像的空間關系和結構形態。采集到的點云數據需根據對象特征進行優化處理，突出并增強識別度，方便后續完成模型的三維重建。通過點云數據得出的三維模型網格面數往往達到千萬級別，不利于互聯網傳輸，因而需要對模型采取拓撲、多細節層次優化處理，直到保留豐富的模型特征，且每秒運行幀數不低于60。

三、湖南紅色文化數字展館的設計內容

本文以中共湘區委員會舊址（以下簡稱舊址）為研究對象開展設計實踐，其數字展館的設計按照“數據采集—數字化建模—三維模型優化—交互設計”的路徑實施，完成舊址紅色文化資源的數字化重建與展示。

（一）虛擬場景建構

1.景觀基因挖掘與提取

構建紅色文化數字展館，首先要對舊址的景觀基因進行挖掘和提取，尤其是紅色文化特征。對相關歷史文獻資料與實地情況展開比對和測量，對收集的數據進行分類并建立指標體系，構建舊址的紅色文化數據庫。其次，挖掘故居的空間布局和綜合環境信息。故居為具有典型南方風格的二進三開間傳統長沙民居，院前的水渠與清水塘相連，水塘后方廣場上建有毛澤東雕像。現場實景數據采集關注舊址的空間和紋理特征，采用南方測繪自主研發的智航SF700A無人機從70米高度對舊址及周邊關聯區域進行正射影像采集，獲取空間布局、地形高差等數據。受樹木遮擋等因素影響，需補充部分區域的影像數據，而該類數據的采集依靠可穿戴式三維移動掃描設備VLX完成。將空中和地面的點云數據合并，最終大幅提升三維模型的細節與精度。

2.模型重建

數字展館中的模型通常分為整體區域模型、特定建筑模型和特殊對象模型三個類別，其模型的數字化重建亦有所區別。對舊址及其周邊約4萬平方米的區域進行三維模型重建，主要依靠無人機傾斜攝影與空三解算技術；對中心廣場雕像的還原，則需要無人機和單反相機聯合作業，對雕像進行360度環繞拍攝。對獲取到的9 000多張高清正射影像進行解算，得到的模型網格面數卻高達2 000多萬，因此必須對模型進行網格優化，在保留模型特征的同時，盡可能減少網格面數，減少場景資源消耗。對于標識性強且被樹木遮擋的對象，例如清水塘石碑，最好通過激光掃描來獲取。通過三維激光掃描儀獲取的石碑模型數據十分精確，能反映物體表面的細微起伏與紋理變化，但其受地面環境的干擾較大，解算時需先刪除無關噪點，抽稀環境點云數據，并對離散點云進行清除，以實現模型精確生成。依據采集的三視圖、外部特征及內部結構，對故居的三維模型進行細節修正。此外，建筑外墻、室內木制隔斷和石墩等對象的表面紋理需要單獨采集、修正，并賦予模型，以保證模型的結構和材質與實景高度一致。

3.模型優化

為了獲得更加流暢的用戶體驗，通常需要針對三維場景模型進行多細節層次（LOD）優化處理。場景中優化后的清水塘石碑模型，網格數從近500萬降至4萬多，但仍可能會耗費系統運行資源。為了合理分配場景資源，設計團隊對其實施了四個級別的LOD優化處理。其中，LOD0的面數為41 425，LOD1的面數為9 617，LOD2的面數為1 029，LOD3的面數為124。石碑在畫面屏幕中的顯示面積小，模型就會被自動替換為低網格模型，其占用的系統內存也會大幅釋放，從而提高用戶體驗。針對其他模型，采取LOD自動生成與手動設置相結合的方式來調整網格數量。對于花草樹木這類沒有特定標準的模型，可使用屬性矩陣批量調節LOD，以減輕場景的資源負載。亦可提前設計好模型貼圖，因為同類模型貼圖的重復利用也可以減輕場景計算壓力。此外，燈光、材質的優化對于場景高幀率運行也十分關鍵，將同一環境的多處燈光合并可以有效減少數據消耗。在設計實踐中，通過對場景中的模型、貼圖、燈光等方面進行優化，數據消耗降低了30％，幀率顯示從21提升至62。

（二）場景體驗設計

1.仿真設計

虛擬空間的仿真效果會直接影響參觀者的參與意愿。在場景的設計與制作過程中，細節的呈現至關重要。寫實風格的作品更能吸引人們的注意力。在地形編輯環節，創作團隊使用雕刻筆刷，根據舊址的空間深度和地面高差數據進行精細修正，以營造更真實的場景效果。這一操作不僅解決了無人機采集盲區造成的模型破損問題，還進一步增強了場景的真實感。水體景觀的效果設置也十分關鍵，通過對清水塘輪廓形狀、水面波長、振幅和方向等參數的調節，能夠獲得更好的水面反射效果，進一步豐富場景的細節表現。植物的合理布置能夠為場景增添生機，在選擇植物時，不但要考慮其是否能適應湖南長沙的季節特征，還要注意植物的高度、分布方式和密度的合理搭配，以使場景更加豐富多樣。此外，場景的氛圍和情緒表達在很大程度上取決于燈光的設置。項目采用溫和的太陽光作為室外場景的主光源，嘗試通過陽光、藍天和白云營造輕松愉快的體驗感受，達到潛移默化感染參觀者的目的。舊址的建筑室內大量采用刷有黑漆的木板作為房間隔斷，導致室內光照效果較弱，需要有針對性地補光。整體照明效果保持質樸的格調，除了符合實景的光照條件外，更能讓人懷著敬畏之心，保持對歷史和偉人的尊重。

2.交互設計

從交互設計的角度來看，虛擬現實技術的沉浸性特征能顯著提高用戶的感知體驗。在本項目中，場景和清水塘革命歷史故事以多種感官刺激方式進行綁定，如震動反饋、特效和音效等。這些技術手段的運用，既能有效地增強人們游覽清水塘故居時的體驗，又能與傳統的紅色景點游覽體驗形成鮮明對比。例如，在游覽過程中，用戶可以靠近毛澤東雕像并通過指定特效觸發圖文語音講解。此外，在游覽清水塘故居時，用戶進入大門前即可打開毛澤東與劉少奇在故居內第一次會面的經典影視片段，從而獲得特別的游覽體驗。在游覽路線設計方面，本項目采用自由式漫游的方式引導參觀者進行場景的開放探索，并且逐步進行科普教育。用戶在體驗清水塘整體環境風貌、了解場景歷史故事時，可以自由選擇游覽時間、視角和速度，同時可以主動探索其他相關信息[4]。為了增強用戶的主觀意識和游覽體驗感，本項目設計了多元素的紅色故事交互游戲，例如毛澤東經典詩詞記憶和湖湘紅色記憶答題挑戰。這些游戲可以讓用戶選擇參與自己感興趣的交互情節，增強游覽時的主觀感受。引導用戶進行開放式探索，并通過游戲等方式增強主觀意識和游覽體驗感，用戶能夠獲得更加深入和個性化的體驗，加深對紅色文化的了解和認識。

四、結語

本文立足地方紅色文化資源，充分意識到數字技術之于紅色文化傳承與傳播的價值。從景觀基因理論的視角出發，發揮虛擬現實技術沉浸性、交互性和想象性的優勢，以中共湘區委員會舊址數字展館設計實踐為典型案例，驗證了紅色文化數字展館設計路徑的可行性和可實踐性，探索了一種提升紅色文化體驗感和強化展館教育功能的展陳空間設計模式。然而，虛擬現實技術仍存在著VR設備普及范圍小、數據輕量化處理面臨瓶頸等問題，需要進一步改善。若能解決這些問題，虛擬現實技術在紅色文化內容創造性轉化和拓展傳播方式方面將具有更廣闊的前景。

參考文獻：

[1]劉沛林.家園的景觀與基因：傳統聚落景觀基因圖譜的深層解讀[M].北京：商務印書館，2014：6.

[2]詹琳，黃佳，王春，等.基于景觀基因理論的紅色旅游資源三維數字化呈現：以清水塘毛澤東楊開慧故居為例[J].旅游學刊，2022（7）：54-64.

[3]劉書文.創新+走心 傳承紅色基因[N].人民日報，2021-04-26（12）.

[4]黃佳，廖健，賀溪，等.基于VR虛擬現實技術的湖湘紅色文化遺產保護與活化研究[J].中國高新科技，2021（20）：86-87.

作者簡介：

郭奕航，長沙學院學生。研究方向：動畫。

黃佳，碩士，長沙學院副教授。研究方向：文化遺產數字化。

莫尚劍，博士，長沙學院講師。研究方向：數字化設計。

賀溪，長沙學院講師。研究方向：文化遺產數字化。