任寶鍇

【摘 要】隨著科學技術的進步，越來越多的領域開始了向網絡化、交互設計、虛擬仿真方向發(fā)展。利用數(shù)字交互技術在引擎平臺上完美地還原現(xiàn)實中古建筑的原貌，可以讓觀眾在家就能體驗鳳羽古建筑的魅力。本文主要研究數(shù)字交互技術在古建筑數(shù)字展示中的應用，重點分析了視覺效果部分。本文對古建筑設計了一套數(shù)字交互展示程序，觀眾可以通過點擊屏幕上的按鈕來獲取建筑的歷史背景、建筑布局、建筑構造的拆解和組合、建筑構件的作用和意義，了解古建筑的建造過程等。

【關鍵詞】數(shù)字交互技術；虛擬展示；交互設計

中圖分類號：TP231 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2019）23-0141-02

數(shù)字交互技術是通過計算機技術、網絡技術、數(shù)字通信技術等科學技術在引擎平臺上模擬出真實效果，利用人性化的人機交互界面來和觀眾進行互動的一種虛擬仿真技術。隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)字交互技術不斷蔓延到醫(yī)療、教育、產品設計、建筑展示等各個領域。在堅持科學與藝術統(tǒng)一的基礎上，通過數(shù)字交互技術，對鳳羽古建筑進行數(shù)字化仿真，對保護和傳承古建筑文化遺產具有重要意義。

一、國內外研究的現(xiàn)狀及需求分析

（一）國內外研究現(xiàn)狀分析

國外最早將數(shù)字技術用于古建筑的展示工作，其中洛杉磯和費城的城市虛擬仿真被認為是三維數(shù)字仿真展示的典范。羅馬古城的三維虛擬仿真展示，讓人們可以在電腦前，近距離地感受羅馬斗獸場的壯觀。

國內的虛擬仿真作品《紫禁城·天子的宮殿》，可以讓游客超越現(xiàn)實條件的制約，近距離觀賞故宮。2018年8月在重慶舉辦的“中國國際智能博覽會”上，展示了很多通過數(shù)字呈現(xiàn)的作品。比如“內蒙古吐爾基山遼墓彩棺”，觀眾通過與屏幕互動既可以觀看彩棺的外貌，也可以觀看彩棺被分解的結構。又如展示兵馬俑的AR互動作品，可以讓觀眾和幾千年前的兵馬俑合照，還有由于三峽蓄水消失的“白鶴梁題刻”，也一覽無余地呈現(xiàn)在觀眾的視野。

（二）應用開發(fā)的需求分析

從市場需求來說，數(shù)字化古建筑互動展示系統(tǒng)的目的就是讓受眾能夠在不同的區(qū)域身臨其境地瀏覽古建筑遺產，以一種全新的視角，便捷地展示鳳羽古建筑，讓鳳羽古建筑文化在全世界人類文化遺產中大放異彩。同時也可以在景區(qū)放置互動展示應用，讓游客更全面更深刻地了解鳳羽民居的背景和建造方式。從教育需求來說，古建筑數(shù)字展示應用可以讓學校授課的方式變得更加豐富生動，教師在講解古代文化的時候，可以把古建筑以數(shù)字媒體的方式展現(xiàn)給學生，學生可以通過數(shù)字交互方式“穿越”到特定的歷史背景中，從構造方式、建筑材料、背景故事等多方面了解中國的傳統(tǒng)文化，更好地傳承中國古建筑文化遺產。

二、應用開發(fā)的背景及數(shù)字交互技術的作用

（一）鳳羽鎮(zhèn)的歷史及古建筑的現(xiàn)狀

鳳羽鎮(zhèn)是云南歷史文化名鎮(zhèn)之一，2000年被列為“省級歷史文化名鎮(zhèn)”。目前保留比較完整的古建筑有一千多棟，建造時間最久遠的建筑可以追溯到明朝，具有較高的建筑藝術性和文化價值。隨著時間的推移，鳳羽古建筑經過長期日曬雨淋，很多建筑遭到了不同程度的損壞，有些甚至已經消失不見。古建筑是歷史文化的見證者和傳承者，它記錄了先輩們的智慧。伴隨著物質和精神文明的快速發(fā)展，古建筑文化遺產的保護、傳播及所承載的文化傳播功能日益受到重視。

（二）數(shù)字交互技術對宣傳和保護古建筑的積極影響

通過數(shù)字交互技術把古建筑在虛擬平臺上保存下來，通過網絡讓更多的人了解它，促進了古代建筑優(yōu)秀文化的傳承。古建筑數(shù)字展示為體驗者提供特色的音樂、模擬現(xiàn)實的古建筑以及實現(xiàn)和諧的人機交互，最大限度地便捷體驗者的操作。人們可以了解古建筑的建造過程、功能布局、建造材料等，通過宣傳鳳羽古建筑，讓更多的人了解并保護白族的特色民居。

三、應用的功能分析及人機界面設計

（一）功能需求分析

功能需求分析的目標是盡可能全面地展示出鳳羽鎮(zhèn)古建筑的背景和特點及建筑構件和建造過程，分析出觀眾要完成瀏覽該應用需要完成的操作及要完成這些操作相關的控制，同時也盡量做到符合人機界面的合理性。在數(shù)字展示設計應用中人機交互界面的合理與否直接關系到觀眾瀏覽的舒適度。該應用的人機界面是在參考主流媒體的屏幕大小基礎上利用Unity平臺自帶的UGUI自適應功能來設計的，可以保證在使用的設備上完整地呈現(xiàn)出來。

（二）人機交互界面設計

該應用的界面分為登錄頁面和主頁面，登錄頁面展示古建筑的全貌和建造的過程。在主頁面設計了鳳羽介紹、民居構造、民居模型、施工過程、分解展示、功能分區(qū)、自動展示、背景音樂、退出九個功能按鈕。鳳羽介紹按鈕下設三個二級按鈕，分別是鳳羽簡介、民居簡介、民居選址，介紹了古建筑的背景和民居選址的依據。民居構造按鈕是介紹鳳羽建筑的房屋布局和結構，下設五個二級按鈕，分別為一坊一耳、一坊兩耳、三坊一照壁、榫卯結構、民居大門。民居模型按鈕展示了古建筑的風貌，下設了一個菜單用于介紹旋轉、放大模型的操作方法，可以讓觀眾全方位自由觀看建筑模型。施工過程按鈕可以播放在Unity3D里制作的一段展示建筑建造過程的動畫。分解展示按鈕控制建筑模型構件的分解，展示了建筑主要構件的名稱和功能，并且?guī)в悬c擊構件本身，可以放大顯示文字介紹的功能，讓觀眾更清晰地看到構件的介紹。功能分區(qū)按鈕用于展示古建筑每個房間的名稱和用途。自動展示按鈕用于模型的自動旋轉，主要用于沒有觀眾操作時模型的自動展示狀態(tài)。背景音樂按鈕可以控制背景音樂的開關。退出按鈕用于控制應用的退出功能。

四、應用的開發(fā)流程分析

（一）開發(fā)平臺分析

Unity是現(xiàn)在很普遍的引擎之一，大部分的手機游戲和虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、交互應用都通過它來制作。可以利用其可視化和交互的方式開發(fā)出博物館互動展示、交互多媒體、產品展示等功能。它可以發(fā)布到PC平臺也可以發(fā)布到移動平臺，方便觀眾觀看。

（二）應用開發(fā)流程

1.資料搜集，詳細研究鳳羽古建筑土庫房的結構特點。

鳳羽古建筑土庫房以石頭為主要材料，營造質樸的質感。民居的主要形式有一坊一耳、一坊兩耳、兩坊一耳、三坊一照壁、四合五井天、六合同春等。“一坊兩耳”的建筑布局是由一坊正房和兩側的耳房組成的院落。三坊房屋一字排列相連，形成7間排房形式，但耳房的進深要比正房淺，層高要比正房低。“三坊一照壁”的建筑布局是白族民居的傳統(tǒng)布局，由一坊正房、兩坊廂房、一座照壁和中間的天井組成的方形院落?！八暮衔寰臁苯ㄖ季质怯伤姆环课輫隙傻姆叫卧郝?，院落四角有四坊耳房和四個小天井，中間為大天井。

單體房屋俗稱的“一坊”普遍為三開間建筑，中間為堂屋，兩次間為臥室。一般堂屋的開間為4米，兩次間為3.86米，進深為6米。出廈（廊深）前檐柱至廈柱中距為1.67米。廈柱至臺階邊為0.73米。單體建筑占地長12.72米，寬8.9米，面積為108.58平方米。

2.對資料分類歸納，總結出行之有效的建模途徑，建立虛擬的模型。

目前主流的三維軟件有3dsmax、Maya、Zbrush、Sketchup等。制作貼圖的軟件有Photoshop、Substance Designer 和Bodypaint3d等。對制作模型有一些行業(yè)的要求，如模型的單位、尺寸、命名規(guī)范，模型的坐標軸、貼圖的格式、材質球等。在使用Unity3D平臺制作數(shù)字交互時，沒有特殊要求的情況下，3dsmax里的顯示單位設為米，系統(tǒng)單位設為厘米，因為Unity3D的單位為米。在建模時，要注意把隱藏的面刪掉，同時不能有完全重合的兩個面，這樣做是為了節(jié)省面數(shù)，也是為了避免出現(xiàn)在平臺上運行時模型面閃爍的情況。相同的物體不需要在三維軟件里制作，可以去引擎里復制，更好地發(fā)揮引擎的性能。

當一棟建筑物建模、貼圖之后就是將模型塌陷，塌陷完成以后，把模型的坐標軸放到中心點。經過縮放和旋轉的物體要在3dsmax里進行重置變換的操作。如果模型帶有修改器，要把修改器塌陷之后再導出，導出格式為Fbx格式。如無需要，不必導出動畫。導出時模型的命名要規(guī)范，不能出現(xiàn)中文字符，要使用英文或者拼音命名。

由于Unity3D和UE4等引擎平臺并不支持三維軟件里的所有材質，如3dsmax里只支持標準材質和多維子對象材質，同時貼圖類型也只支持位圖貼圖類型。在制作模型和貼圖時需要注意，貼圖的尺寸必須是2的N次方。制作用于在Unity3D里展示的古建筑模型一般需要顏色貼圖、法線貼圖、高光貼圖、自發(fā)光貼圖等。這樣做區(qū)別于傳統(tǒng)的只用一張顏色的貼圖，其優(yōu)勢在于，模型在引擎里可以隨著光源的變化而產生不同的光影效果和很多細微的變化。顏色貼圖主要是反映模型所表現(xiàn)物體的顏色和貼圖信息。高光貼圖記錄了反映模型材質的高光細節(jié)，模型的質感不同，所對應的高光也是不同的。制作貼圖時，可以針對不同部分的質感，調整對應的高光亮度。法線貼圖記錄了每個貼圖里像素的法線方向，用于在低模上體現(xiàn)出高模的細節(jié)。自發(fā)光貼圖是用來表現(xiàn)物體自身發(fā)光的效果。在為模型分UV時可以制作兩套UV，一套貼圖UV和一套光照UV。光照UV用來在引擎里烘焙光影信息。

3.運用Photoshop制作人機交互界面。

交互界面包括主界面、按鈕、消息提示框等。整個設計加入了大理建筑中的設計元素，使之更能體現(xiàn)出大理鳳羽的特色。然后新建圖層，分別創(chuàng)建出按鈕和彈出的對話框。根據需要把按鈕和對話框等元素切成需要的尺寸，保存成PNG格式背景透明的圖片。

4.在Unity3D里用UGUI布局界面。

UGUI的錨點位置可以調整屏幕的自適度。錨點位置決定了按鈕移動的位置，當屏幕的分辨率發(fā)生變化時，按鈕移動的標準點錨點一般根據就近原則來確定。如按鈕在屏幕的右上角，那么錨點也放在屏幕的右上角。然后通過UGUI的按鈕工具，制作按鈕的點擊功能。通過UGUI的Scroll Rect和Scrollbar制作滑動頁面和滑動條。通過Unity里的動畫面板來制作古建筑搭建的動畫過程和古建筑構件分解展示的過程。編寫C#代碼來實現(xiàn)登錄界面的轉場、模型的自動旋轉和放大縮小、背景音樂的添加等功能。

鳳羽鎮(zhèn)古建筑歷經歲月的沉淀，飽經風霜雨雪，刻下了深深的歷史痕跡，它們記錄著先輩們的智慧，傳承著一代又一代的文化。數(shù)字交互技術可以為古建筑的保護工作提供有效的支持，同時也能為宣傳展示鳳羽古建筑創(chuàng)造更好的條件，讓更多的人了解它。數(shù)字交互技術既需要制作逼真的物體模型，也需要設計一個合理的人機交互界面，當然更少不了通過代碼腳本身來完善交互的功能。我們需要分析項目的市場需求和功能定位，也需要嚴謹?shù)膽B(tài)度來實地考察，只有這樣才能實現(xiàn)藝術與科技的統(tǒng)一。

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