徐小棠

(北京師范大學(xué)藝術(shù)與傳媒學(xué)院,北京 100875)

本文關(guān)注基于VR 技術(shù)的明長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)沉浸式交互影像的設(shè)計(jì)與制作問題,以明長(zhǎng)城板廠峪段楊來樓空心敵樓為例,從視點(diǎn)設(shè)計(jì)、沉浸場(chǎng)景、視線引導(dǎo)與交互動(dòng)作設(shè)計(jì)角度,思考沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的開發(fā)。與紀(jì)錄式VR 影像不同,沉浸式交互VR 影像的開發(fā),設(shè)計(jì)重點(diǎn)需要由空間場(chǎng)景的真實(shí)性,向空間場(chǎng)景的沉浸性與可交互性進(jìn)行轉(zhuǎn)移,并需要將空間與情緒、動(dòng)作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,以完成敘事性體驗(yàn)與交互性體驗(yàn)的需求。以文化遺產(chǎn)為空間場(chǎng)景的沉浸式交互VR 影像作品,是當(dāng)下文化遺產(chǎn)VR 數(shù)字化呈現(xiàn)與設(shè)計(jì)的研究熱點(diǎn),也是文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示與傳播的新方式。

1 基于文化遺產(chǎn)開發(fā)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的技術(shù)基礎(chǔ)

基于文化遺產(chǎn)開發(fā)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的基本技術(shù)流程,可以簡(jiǎn)要概括為“知識(shí)與信息調(diào)研——數(shù)據(jù)采集——三維建?！换ピO(shè)計(jì)——場(chǎng)景渲染——系統(tǒng)優(yōu)化”,主要包括對(duì)實(shí)地空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像采集的攝影技術(shù)與測(cè)量技術(shù),如全景拍攝、攝影測(cè)量;對(duì)物理空間進(jìn)行數(shù)字化呈現(xiàn)的3D 建模技術(shù),如利用3Ds Max、3D Maya、Cinema 4D 等進(jìn)行三維場(chǎng)景建模、材質(zhì)貼圖與虛擬環(huán)境搭建;基于游戲引擎對(duì)數(shù)字空間交互設(shè)計(jì),如利用Unity 3D、Unreal等進(jìn)行信息可視化設(shè)計(jì)與交互設(shè)計(jì)。以上技術(shù)的協(xié)作能夠共同實(shí)現(xiàn)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的開發(fā)。

事實(shí)上,早在20 世紀(jì)80 年代以來,VR 技術(shù)就已經(jīng)被應(yīng)用于文化遺產(chǎn)的數(shù)字化領(lǐng)域,內(nèi)容包括數(shù)字化修復(fù)與數(shù)字化呈現(xiàn)等,其中,數(shù)字化修復(fù)更側(cè)重“從零到有”地對(duì)已不存在的歷史文化遺產(chǎn)、資料等進(jìn)行數(shù)字化再現(xiàn)與復(fù)原,而數(shù)字化呈現(xiàn)更側(cè)重于對(duì)現(xiàn)存歷史遺產(chǎn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)錄、保護(hù)等。文化遺產(chǎn)VR 形式的數(shù)字化呈現(xiàn)主要有兩種途徑:一種是360度全景影像,通過對(duì)建筑、場(chǎng)景、環(huán)境、實(shí)物等進(jìn)行全景拍攝或攝影測(cè)量的方式,進(jìn)行宏大場(chǎng)景的全景展示,重點(diǎn)是使觀者能夠通過遠(yuǎn)程訪問,既能查看歷史遺產(chǎn)與文物等的宏觀整體樣貌,又可自主拉近特寫鏡頭查看其細(xì)節(jié);一種是虛擬仿真的沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像,通過三維建模與后期處理,重點(diǎn)打造沉浸場(chǎng)景與交互體驗(yàn),并融合游戲形式及內(nèi)容,賦予觀者沉浸漫游與多感官體驗(yàn)。

無論是360度全景影像還是沉浸式交互VR 影像,現(xiàn)階段重要的應(yīng)用場(chǎng)景之一是博物館、美術(shù)館等科教場(chǎng)所,VR 技術(shù)也成為各大博物館在探索數(shù)字展陳方面的研究重點(diǎn),而基于文化遺產(chǎn)場(chǎng)景生成的沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景也成為虛擬現(xiàn)實(shí)影像開發(fā)過程中的重點(diǎn)。從目前來看,360 度VR 全景影像主要被應(yīng)用于PC 端或移動(dòng)端的藏品觀看,虛擬仿真沉浸式交互VR 作品主要被用于特展或主題展覽,以期使觀者在漫游場(chǎng)景中獲得更強(qiáng)的時(shí)空體驗(yàn)與在場(chǎng)感。

基于文化遺產(chǎn)開發(fā)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的典型案例,如英國(guó)大英博物館與三星、Oculus合作開發(fā)的“Micropasts”“Two Million Years of History and Humanity”等交互式VR 展陳項(xiàng)目。其中“Micropasts”項(xiàng)目為“青銅時(shí)代”虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境,數(shù)字模型內(nèi)容包括以波頓島 (Burren)上的圓屋與相關(guān)歷史檔案資料為藍(lán)本重建的虛擬青銅時(shí)代圓形房屋及可視化環(huán)境,蘇塞克斯青銅環(huán) (Bronze Sussex Loop)、博訥(Beaune)大型短劍與烏拉斯頓金(Woolaston Gold)三件藏品模型,觀者戴上三星Gear VR 頭盔后,可在青銅時(shí)代虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中進(jìn)行漫步體驗(yàn),與藏品進(jìn)行多種交互。2000年故宮博物院與日本凸版印刷株式會(huì)社合作“數(shù)字故宮”項(xiàng)目,探索了三維可視化技術(shù)在文物展示中的應(yīng)用,自2003年起陸續(xù)推出 《紫禁城·天子的宮殿》《三大殿》《養(yǎng)心殿》《倦勤齋》《靈沼軒》《角樓》《御花園》 《地下尋真》等多部360度全景VR作品,實(shí)現(xiàn)用戶在數(shù)字化故宮空間中的漫游探索。

基于文化遺產(chǎn)開發(fā)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的技術(shù)關(guān)鍵問題,已有學(xué)者進(jìn)行了總結(jié)分析。其中,藺國(guó)梁、曹宇佳、包亞飛團(tuán)隊(duì)通過3Ds Max與Unity 3D 對(duì)甘肅嘉峪關(guān)關(guān)城進(jìn)行數(shù)字建模、貼圖處理與實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景下虛擬交互漫游的案例中,提出數(shù)字資產(chǎn)在不同軟件遷移銜接過程中貼圖丟失的處理辦法、采用第一人稱視角進(jìn)行VR 漫游的示例代碼、在Unity 3D 中碰撞檢測(cè)的辦法等;張璐總結(jié)了菏澤古城區(qū)VR 數(shù)字化項(xiàng)目的游戲式瀏覽要點(diǎn),從設(shè)計(jì)背景、復(fù)原內(nèi)容、游戲任務(wù)設(shè)置三方面,為相似項(xiàng)目的數(shù)字化復(fù)原方案提供設(shè)計(jì)思路;聞婧、張乃中在運(yùn)用VR 技術(shù)復(fù)原大連關(guān)東街建筑遺跡中,總結(jié)了優(yōu)化模型與解決大場(chǎng)景虛擬仿真中有限系統(tǒng)資源與模型精細(xì)度之間矛盾的技術(shù)方法,如LOD三級(jí)建模方法、廣告牌技術(shù) (Billboard)建立樹木模型方法、貼圖置換代替實(shí)體模型方法、LOD分級(jí)模型優(yōu)化顯示方法、場(chǎng)景烘焙代替實(shí)時(shí)渲染方法等,有效減少數(shù)據(jù)量,提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2 基于明長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)的沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像設(shè)計(jì)要點(diǎn)

明長(zhǎng)城板廠峪段位于河北省秦皇島市,由明早期長(zhǎng)城(最早修建于洪武、永樂年間,由徐達(dá)主持修建)、明晚期長(zhǎng)城(最早修建于明嘉靖年間,由戚繼光主持修建)與北齊長(zhǎng)城三部分組成。2019年10月7 日,在第八批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位名單中,長(zhǎng)城板廠峪段被并入第五批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位長(zhǎng)城。

板廠峪長(zhǎng)城分為南線、東線、北線、西線四段,構(gòu)成旗幟型,累計(jì)總長(zhǎng)度約18公里,具有完備的防御體系。其中,物質(zhì)文化遺產(chǎn)主要包括遺址景觀建筑,如長(zhǎng)城城墻、空心敵樓、實(shí)心烽火臺(tái)、磚窯遺址等;景區(qū)博物館還展陳有明代官兵修建與守衛(wèi)長(zhǎng)城過程中使用的軍事器械與日常設(shè)施,如石炮、佛郎機(jī)、火銃等。非物質(zhì)文化內(nèi)容方面,主要包括長(zhǎng)城銘記碑文、長(zhǎng)城沿線民間傳說、匾額及其圖案紋樣與文字樣式等。由此可見,基于文化遺產(chǎn)場(chǎng)景開發(fā)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的設(shè)計(jì),可以圍繞物質(zhì)文化與非物質(zhì)文化兩方面內(nèi)容展開。

基于明長(zhǎng)城板廠峪段文化遺產(chǎn)設(shè)計(jì)制作沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的目的,在于向公眾傳播文化遺產(chǎn)相關(guān)歷史知識(shí),提供特定歷史時(shí)空的沉浸性與交互性體驗(yàn)。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中,參考電影化虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)方法,主要從視點(diǎn)設(shè)計(jì)、沉浸場(chǎng)景、視線引導(dǎo)與交互體驗(yàn)四方面,挖掘基于文化遺產(chǎn)場(chǎng)景生成的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景敘事與交互可能性,以創(chuàng)造明長(zhǎng)城敵樓空間與明墩軍守衛(wèi)生活的沉浸式漫游與交互體驗(yàn)。

2.1 設(shè)計(jì)視點(diǎn)

傳統(tǒng)2D 電影通常以第三人稱視點(diǎn)的全知全能視角或旁觀者的受限視角展開敘述,優(yōu)勢(shì)在于全知全能視角可以順暢推動(dòng)情節(jié)向下發(fā)展,旁觀者視角可以更好地進(jìn)行外部旁觀視角與內(nèi)部主觀視角的轉(zhuǎn)化。有些傳統(tǒng)2D 電影中也會(huì)部分地使用主觀視點(diǎn),增強(qiáng)敘事的懸念性,但很少會(huì)在一部電影中全程采用主觀視點(diǎn),電影史上也只有少數(shù)電影如 《湖上艷尸》 (Lady in the Lake,1947)全程采用了第一人稱主觀視點(diǎn)進(jìn)行敘述。如果全程采用第一人稱主觀視點(diǎn),觀者需要一直借助片中主角的視角進(jìn)行觀察,很難對(duì)影片中的人物關(guān)系、事件因果產(chǎn)生全局性、客觀性的把握,因而只有在少數(shù)恐怖、驚悚、懸疑類型中部分性地使用。

但對(duì)于注重漫游與交互的VR 影像來說,第一人稱視點(diǎn)可以有效幫助觀者在體驗(yàn)中更有帶入感、在場(chǎng)感與沉浸感,尤其對(duì)于空間探索、游戲式交互體驗(yàn)與空間敘事而言,第一人稱主觀視點(diǎn)的設(shè)計(jì)是很合適的。

因此,本項(xiàng)目主要采用第一人稱視點(diǎn)的方式,以使用戶自主探索敵樓內(nèi)部空間,強(qiáng)調(diào)用戶的主觀參與。同時(shí)在結(jié)尾處的最后一個(gè)鏡頭轉(zhuǎn)換為第三人稱外部視點(diǎn),以使用戶以全知視角的方式全景式觀覽所在的長(zhǎng)城空間。

2.2 打造沉浸場(chǎng)景

基于板廠峪長(zhǎng)城設(shè)計(jì)的沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像,重點(diǎn)在于打造楊來樓敵樓的VR 全景體驗(yàn)空間,通過用戶的自主探索與交互動(dòng)作,產(chǎn)生沉浸體驗(yàn),從而更好地想象明代長(zhǎng)城守衛(wèi)者的日常生活。在VR 影像中,之所以重視沉浸空間的打造,是因?yàn)榭臻g的沉浸能夠“有效將觀眾帶入敘事空間并參與敘事”,這是一切VR 敘事與體驗(yàn)的基礎(chǔ)。

打造沉浸場(chǎng)景的要點(diǎn)在于,第一,模型的空間體驗(yàn)要類似真實(shí)的空間體驗(yàn),在Unity 3D 鏈接VR設(shè)備對(duì)模型進(jìn)行操作的過程中需注意,模型空間相比VR 體驗(yàn)空間而言不宜過小,否則容易導(dǎo)致觀者穿過邊界,也不應(yīng)過大,否則容易導(dǎo)致無法充分交互;第二,模型及其貼圖的精度要符合標(biāo)準(zhǔn),以減少觀者在體驗(yàn)過程中與環(huán)境產(chǎn)生間離效果;第三,開場(chǎng)敘事中,需要降低敘事節(jié)奏,在對(duì)觀者進(jìn)行視線引導(dǎo)與推動(dòng)情節(jié)發(fā)展之前,要使用戶有足夠豐富的時(shí)間對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行探索,如VR 敘事作品 《亨利》(Henry,2015)中,開場(chǎng)鏡頭對(duì)主角亨利所處的房屋環(huán)境進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的展示,使觀者能夠熟悉空間中的布景、道具、相關(guān)信息及美術(shù)風(fēng)格;第四,要提供豐富的信息細(xì)節(jié),本項(xiàng)目的沉浸場(chǎng)景內(nèi)還設(shè)計(jì)有諸多物品道具,包含豐富的信息,同時(shí)這些物品的形制基本符合歷史,以滿足觀者的沉浸漫游與觀察體驗(yàn)需求。

總體而言,增強(qiáng)空間信息密度與細(xì)節(jié),減慢敘事速度與運(yùn)動(dòng)速度,減慢敘事節(jié)奏的方式,可以更好地創(chuàng)造空間沉浸乃至敘事沉浸。

2.3 視線引導(dǎo)方式

VR 影像中,對(duì)觀者的視線與注意力產(chǎn)生引導(dǎo)的有效方式包括運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)、光線與色彩對(duì)比引導(dǎo)、聲音引導(dǎo)、場(chǎng)景虛化引導(dǎo)等,本項(xiàng)目主要采用光線引導(dǎo)與聲音引導(dǎo)的方式,推動(dòng)觀者的自由漫游與交互。

光線引導(dǎo)主要應(yīng)用于關(guān)鍵物品的呈現(xiàn)。在本項(xiàng)目中,光線引導(dǎo)主要應(yīng)用于提醒觀者完成對(duì)窗外發(fā)射火炮的交互動(dòng)作觸發(fā)。敵樓沉浸空間中設(shè)置多種生活物品道具,但只有窗口火炮處設(shè)計(jì)有特殊光線,這種處理可以將火炮道具與其他道具區(qū)別開,從而引導(dǎo)觀者觸碰交互按鈕,體驗(yàn)長(zhǎng)城守軍生活。

聲音引導(dǎo)主要應(yīng)用于引導(dǎo)參觀者走向二層空間的風(fēng)聲設(shè)計(jì),在一層空間中,當(dāng)觀者漫游到階梯處時(shí),會(huì)聽到從二樓空間傳出的風(fēng)聲,好奇心將推動(dòng)觀者循著預(yù)設(shè)的臺(tái)階路徑,從一樓空間進(jìn)入二層空間。在VR 場(chǎng)景中,聲音引導(dǎo)的難點(diǎn)在于,聲音的方位、強(qiáng)度、距離及其變化都會(huì)幫助觀者進(jìn)行空間定位,引起觀者注意力與視線的轉(zhuǎn)移,因此聲音不僅僅是聲音,也包含重要的信息,同時(shí)也需要將聲音與位置進(jìn)行綁定。本項(xiàng)目中,重要的聲音是二層傳來的風(fēng)聲和火炮發(fā)射的爆炸聲,需要將聲音素材與空間方位通過C#腳本進(jìn)行綁定設(shè)計(jì)。

2.4 交互動(dòng)作設(shè)計(jì)

交互是目前VR 影像實(shí)踐與研究的重點(diǎn),也是未來VR 影像發(fā)展的關(guān)鍵。VR 影像中的交互設(shè)計(jì)主要包含兩類,一類是敘事結(jié)構(gòu)層面的交互,類似互動(dòng)電影,觀者可以主動(dòng)選擇或觸發(fā)情節(jié)點(diǎn),推動(dòng)故事向下發(fā)展;一類是行為層面的交互,通過多感官體驗(yàn)的交互設(shè)計(jì),增強(qiáng)觀者的沉浸體驗(yàn)。同時(shí),交互也可能與VR 影像的沉浸和敘事產(chǎn)生矛盾,如在敘事性內(nèi)容中設(shè)計(jì)交互任務(wù)或交互動(dòng)作時(shí),由于過于任務(wù)導(dǎo)向,或交互設(shè)計(jì)得過于復(fù)雜或突兀,有可能會(huì)使觀者不知道要做什么、怎么做,從而在交互環(huán)節(jié)中被卡住,形成間離效果,打斷觀者的沉浸體驗(yàn)與對(duì)敘事內(nèi)容的理解。因此在沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的設(shè)計(jì)實(shí)踐中,需要思考交互設(shè)計(jì)的效果,可以通過眼動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)視線交互等隱藏的觸發(fā)交互的方式,或給交互環(huán)節(jié)限制一定的觸發(fā)時(shí)間,若觀者沒有觸發(fā)交互,也可以其他方式推動(dòng)情節(jié)向下發(fā)展。

在本項(xiàng)目中,考慮到技術(shù)與資金的限制,在界面UI交互、自由式漫游交互之外,實(shí)際設(shè)計(jì)的交互事件有限,核心交互事件為觀者與火炮的交互,觀者主要通過點(diǎn)選的方式完成火炮射擊,以此感受歷史上長(zhǎng)城墩軍的日常生活,強(qiáng)化觀者在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的沉浸體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)上,將其處理為任務(wù)式與隱藏式交互相結(jié)合的方式,通過提醒觀者注意任務(wù)來完成交互動(dòng)作的同時(shí),即使觀者未能觸發(fā)交互,也不影響其在敵樓沉浸空間中的自由漫游。

綜上所述,基于板廠峪長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)設(shè)計(jì)的沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像,主要以楊來樓空心敵樓的上下兩層空間為沉浸場(chǎng)景,以用戶為中心設(shè)計(jì)主觀視點(diǎn),通過光線引導(dǎo)與聲音引導(dǎo),引導(dǎo)觀者以自由式漫游的方式對(duì)沉浸場(chǎng)景進(jìn)行開放探索,并完成簡(jiǎn)單的發(fā)射火炮交互動(dòng)作。通過沉浸與交互,觀者可以更加具身性地認(rèn)識(shí)與體驗(yàn)明長(zhǎng)城守衛(wèi)軍的歷史生活情境,從而把理解歷史文化遺產(chǎn)過程變得具象、可感,更具趣味性。

3 基于明長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)的沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像具體制作

基于板廠峪長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)設(shè)計(jì)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的流程,可簡(jiǎn)要概括為知識(shí)信息構(gòu)建、數(shù)據(jù)信息采集、三維建模與貼圖處理、漫游與交互設(shè)計(jì)(圖1)。其中,除了電影化虛擬現(xiàn)實(shí)敘事的設(shè)計(jì)思路外,在具體實(shí)現(xiàn)方面,關(guān)鍵技術(shù)為基于Cinema 4D 與3Ds Max的三維建模,以及基于Unity 3D 的界面UI、場(chǎng)景漫游與交互設(shè)計(jì)。

圖1 板廠峪長(zhǎng)城VR 影像設(shè)計(jì)方案及基本步驟

3.1 知識(shí)信息構(gòu)建與數(shù)據(jù)信息采集

知識(shí)信息主要通過文獻(xiàn)資料收集整理、景區(qū)相關(guān)負(fù)責(zé)人調(diào)研等方式獲取,內(nèi)容包括:(1)板廠峪段長(zhǎng)城修建年代、修建原因、墩軍守城情況等歷史知識(shí);(2)板廠峪段長(zhǎng)城地理位置、邊界、走向等分布特征與地理知識(shí);(3)板廠峪段長(zhǎng)城城墻、空心敵樓、磚窯遺址的主要形制、結(jié)構(gòu)、圖樣紋飾、材質(zhì)等建筑形制方面知識(shí);(4)關(guān)于修建長(zhǎng)城、守衛(wèi)長(zhǎng)城等故事傳說類非物質(zhì)文化知識(shí)。

數(shù)據(jù)信息采集主要涉及形制、圖樣、材質(zhì)、尺寸等中觀與微觀層面二維與三維數(shù)據(jù)信息的獲取,通過無人機(jī)、單反相機(jī)、全景攝影機(jī)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)地調(diào)研完成,內(nèi)容包括:(1)板廠峪段長(zhǎng)城地形、植被覆蓋情況等環(huán)境信息數(shù)據(jù)收集;(2)板廠峪段長(zhǎng)城城墻、空心敵樓、烽火臺(tái)、拱券門、樓梯等建筑形制、結(jié)構(gòu)、主要材質(zhì),及相關(guān)數(shù)據(jù)如敵樓長(zhǎng)度、寬度、高度、深度、直徑的信息收集 (圖2);(3)軍事器械與生活器具的類別、形制、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、顏色、尺寸等信息收集;(4)裝飾紋樣的形式、字體、圖樣、內(nèi)容、位置等信息收集。

圖2 左:楊來樓遠(yuǎn)景圖;中:楊來樓側(cè)面圖;右:修復(fù)后的楊來樓局部?jī)?nèi)部空間

3.2 基于Cinema 4D與3Ds Max的建模

模型與場(chǎng)景的搭建主要借助Cinema 4D 與3Ds Max。主要的建模任務(wù)包括:(1)敵樓與城墻組合的遠(yuǎn)景模型;(2)二層敵樓的內(nèi)部空間模型,作為用戶漫游與交互的場(chǎng)景基礎(chǔ),其中下層空間主要用于用戶的空間漫游探索、瞭望體驗(yàn)與火炮交互,上層空間模擬板廠峪長(zhǎng)城敵樓的硬山式屋頂建筑形制,主要用于用戶對(duì)長(zhǎng)城守軍日常生活的體驗(yàn),同時(shí)拓展敵樓空間探索體驗(yàn)的復(fù)雜性;(3)軍事器械與日常生活器具模型,包括火炮、盆碗、石臼等。

在制作的過程中,首先搭建模型,再通過展UV 貼圖、渲染烘焙等方式完成材質(zhì)紋理貼圖,并將建筑模型與地形、樹木、天空等虛擬環(huán)境進(jìn)行整合。敵樓內(nèi)部空間虛擬場(chǎng)景模型的搭建較為復(fù)雜,通過前期獲取的圖像、視頻資料,結(jié)合實(shí)際調(diào)研情況,形成平面圖、剖面圖,以真實(shí)還原內(nèi)部空間構(gòu)造,模仿真實(shí)的一層空間與二層空間的空間關(guān)系。模型搭建與材質(zhì)貼圖完成后,還需要對(duì)虛擬場(chǎng)景模型添加光效與對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化處理,通過調(diào)整環(huán)境光、漫反射等參數(shù),結(jié)合烘焙材質(zhì)方式,使三維模型更具現(xiàn)實(shí)質(zhì)感的同時(shí)減少實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)渲染,提高場(chǎng)景顯示流暢性(圖3)。

圖3 基于板廠峪長(zhǎng)城楊來樓的交互式虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景三維建模渲染示意圖

完成三維模型的搭建后,導(dǎo)出fbx 格式文件,將資源包導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D 中進(jìn)行漫游與交互制作。實(shí)際的工作流程中,在初步模型框架搭建完成后,即可將fbx文件導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D 中進(jìn)行交互設(shè)計(jì)及測(cè)試,同步在建模軟件中細(xì)化模型及模型效果,逐步對(duì)粗制模型進(jìn)行替換。

在軟件銜接過程中可能出現(xiàn)貼圖丟失問題,解決方法之一是在導(dǎo)出fbx 文件時(shí),勾選“嵌入媒體”;導(dǎo)入U(xiǎn)nity時(shí),先點(diǎn)擊Assets中的fbx文件,在Inspector面板中的Materials一項(xiàng)中進(jìn)行更改,把Location 改 為“Use External Materials (Legacy)”,把Naming 改 為“From Model’s Materials”,點(diǎn)擊Apply,再把fbx 文件拖入場(chǎng)景中即可(圖4)。

圖4 三維模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D中貼圖丟失的解決方案

3.3 基于Unity 3D的界面UI、場(chǎng)景漫游與動(dòng)作交互設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)的制作需要借助Unity 3D,主要任務(wù)包括:(1)界面UI設(shè)計(jì),在VR 交互影像中,文字信息可有效引導(dǎo)參觀者的視線與動(dòng)作,因此需要將文字與圖標(biāo)、光標(biāo)等結(jié)合,并為界面UI設(shè)計(jì)合適的圖形、色彩、動(dòng)態(tài)效果與交互方式,本項(xiàng)目中,參觀者通過點(diǎn)選或按住手柄按鈕的方式,與界面進(jìn)行人機(jī)交互,以獲取楊來樓的相關(guān)歷史信息;(2)場(chǎng)景漫游設(shè)計(jì),虛擬場(chǎng)景中的漫游一般包括自由交互漫游與預(yù)設(shè)路徑漫游兩種方式,自由交互漫游中,用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)好的交互控制命令,通過對(duì)虛擬場(chǎng)景內(nèi)視點(diǎn)位置和方向的改變與實(shí)時(shí)顯示,觀察與體驗(yàn)虛擬場(chǎng)景,而預(yù)設(shè)路徑漫游,指的是漫游路徑已預(yù)先設(shè)定好,用戶只需要跟蹤觀察即可;本項(xiàng)目中,用戶以第一人稱視角,采取自由交互漫游與預(yù)設(shè)路徑漫游相結(jié)合的方式進(jìn)行探索——在一層空間與二層空間中,進(jìn)行自由交互漫游,連接兩層空間的階梯處則采用預(yù)設(shè)路徑的方式,用戶通過點(diǎn)選式的交互動(dòng)作,完成空間場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換,由于敵樓空間相對(duì)較小,因此以用戶的自由交互漫游為主;(3)為實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)長(zhǎng)城守衛(wèi)軍生活的沉浸式體驗(yàn),本項(xiàng)目設(shè)計(jì)點(diǎn)擊火炮進(jìn)行發(fā)射的交互動(dòng)作,同時(shí)處理火炮發(fā)射后聲音的空間定位,主要利用C#語言實(shí)現(xiàn)交互動(dòng)作效果。

完成三維場(chǎng)景搭建后,需要將Unity 3D 與VR頭顯設(shè)備進(jìn)行連接,以在Unity 3D中進(jìn)行VR漫游交互設(shè)計(jì)與制作。具體步驟包括下載安裝Steam VR 軟件,在Unity 3D Asset Store中下載Steam VR Plugin,在Unity 3D 的Window 窗 口Package Manager下選擇Steam VR 文件夾,將Prefabs文件中的CameraRig與Steam VR 拖入場(chǎng)景中進(jìn)行調(diào)試。其中,Steam VR 能夠?qū)崿F(xiàn)空間定位,CameraRig能夠控制HTC Vive頭顯與手柄。接著,通過代碼控制虛擬攝影機(jī)視角,進(jìn)行漫游交互設(shè)計(jì)。另外,Unity 3D 中集成了碰撞檢測(cè)模塊,在項(xiàng)目測(cè)試過程中可進(jìn)行碰撞檢測(cè),以使用戶在碰到敵樓墻壁、炕鋪等建筑時(shí)不能繼續(xù)前進(jìn),從而滿足用戶體驗(yàn)敵樓空間過程中的真實(shí)感。所有設(shè)計(jì)內(nèi)容完成后,打包生成exe文件,完成最終的沉浸式交互VR 影像制作。

4 結(jié)語

基于文化遺產(chǎn)生成沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像,對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)影像創(chuàng)作、歷史文化遺產(chǎn)資源開發(fā)與保護(hù)均具有重要的意義。本文以明長(zhǎng)城板廠峪段楊來樓文化遺產(chǎn)沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像的設(shè)計(jì)與制作為例,探索了基于VR 技術(shù)的文化遺產(chǎn)沉浸式交互影像設(shè)計(jì)與制作的一般流程、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與制作方法,實(shí)現(xiàn)了融入明長(zhǎng)城墩軍文化的沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)開發(fā),也探討了板廠峪長(zhǎng)城歷史文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示、遠(yuǎn)程在場(chǎng)式訪問與“以用戶為中心”的虛擬現(xiàn)實(shí)影像創(chuàng)作路徑。對(duì)于歷史文化遺產(chǎn)的數(shù)字化開發(fā)與呈現(xiàn),沉浸式交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像是一條新穎且有效的路徑,有助于推動(dòng)歷史文化遺產(chǎn)資源保護(hù)。