范子珍　戴瑞　陳姍姍

關(guān)鍵詞：錢塘江詩(shī)路文化；虛擬現(xiàn)實(shí)；智能設(shè)計(jì)；展示傳播

一、引言

浙江省繼浙東唐詩(shī)之路建設(shè)啟動(dòng)后，已有序啟動(dòng)其他三條詩(shī)路建設(shè)，其中就包括錢塘江詩(shī)路建設(shè)，四條詩(shī)路的建設(shè)為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和文化的雙發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障。詩(shī)路文化帶是浙江省提出的以“詩(shī)”串“文”為主線，由中國(guó)古代詩(shī)人在作品中稱贊的著名景點(diǎn)和風(fēng)景名勝組成，承載著先賢古韻的文化帶。錢塘江詩(shī)路是四大詩(shī)路中最長(zhǎng)的一條，以錢塘江-富春江-新安江-蘭江-婺江-衢江為主線，以“風(fēng)雅錢塘，詩(shī)意畫廊”為文化形象，彰顯了詩(shī)風(fēng)雅韻、宋都遺風(fēng)、西湖印象、潮涌文化、南孔儒學(xué)、千年古城等文化內(nèi)涵，蘊(yùn)含著豐厚且珍貴的自然物質(zhì)和精神文化財(cái)富[1]。亙古亙今，許許多多的文人騷客流連于秀美壯麗的山河并寫下了不朽的詩(shī)篇，而我們可以利用這燦爛輝煌的歷史，通過現(xiàn)今更前沿、更逼真、虛實(shí)融合的數(shù)字媒體技術(shù)設(shè)計(jì)、制作、展示與傳播詩(shī)路文化的系統(tǒng)或應(yīng)用。例如，可以用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將文化內(nèi)容更為全面、更具趣味性地展示與傳播。其實(shí)，自建設(shè)詩(shī)路文化帶計(jì)劃被提出后，研究人員就行動(dòng)了起來，但他們大多是基于頁(yè)面的全景瀏覽[2]、手機(jī)APP[3]、Vlog短片[4]或傳統(tǒng)紙媒宣傳等形式，這些形式相較于新型數(shù)字媒體技術(shù)，普遍存在沉浸感低、真實(shí)感低、可交互性差的缺點(diǎn)。新型數(shù)字媒體技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）其實(shí)就是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感[5]。智媒時(shí)代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于娛樂、數(shù)字博物館、建筑設(shè)計(jì)、軍事、制造、航空航天專用設(shè)備、醫(yī)療保險(xiǎn)、室內(nèi)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域[6]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有交互性（Interaction）、沉浸性（Immersion）和想象性（Imagination）的“3I”特性[7]。這些特性十分適用于錢塘江詩(shī)路文化的展示與傳播：深層次的交互感可以幫助用戶跨越時(shí)空和形態(tài)界限，體驗(yàn)和感受詩(shī)路文化；深層次的沉浸感可以讓用戶在錢塘江詩(shī)路文化旅游中身臨其境，以沉浸式方式進(jìn)行趣味互動(dòng)；深層次的構(gòu)想性可以激發(fā)用戶超越時(shí)空的想象與思索，理解山水風(fēng)光在詩(shī)詞文化中的構(gòu)想及詩(shī)詞背后詩(shī)人的情感和思想。

二、打造詩(shī)路文化風(fēng)景——場(chǎng)景建模及渲染

（一）詩(shī)路風(fēng)光場(chǎng)景中的建模與渲染

從浙江城市的形成與發(fā)展的分析來看，山水影響了一座城市的形成，就好比杭州的基本形態(tài)大體上定型于南宋時(shí)期，南宋時(shí)期都城為臨安（現(xiàn)杭州），是經(jīng)濟(jì)、政治以及文化中心。在生活方式、藝術(shù)、詩(shī)歌和園藝都處在大發(fā)展的南宋時(shí)期，被人贊譽(yù)“上有天堂下有蘇杭”的杭州吸引了大批文人騷客，他們沉醉于山水，抒寫出眾多山水佳作。我們以錢塘江流域文人墨客留下的詩(shī)路足跡為代表性地點(diǎn)進(jìn)行山水場(chǎng)景搭建，在搭建過程中，地形是不可忽視的重要因素。為了更逼真地向用戶展現(xiàn)錢塘江流域的水文特征和運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，需要對(duì)錢塘江的主江體和分支、錢塘江詩(shī)路文化帶代表性地點(diǎn)的河流、溪流、瀑布等進(jìn)行仿真制作。對(duì)于江河這種大規(guī)模水流仿真的核心算法就是對(duì)網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)建模，需要使用3D Navier-Stokes連續(xù)性方程（通稱為Saint-Venant 方程[8]）來解決全面描述河道內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。對(duì)于陡峭的山間溪流、瀑布等，Saint-Venant非線性方程等難以正確計(jì)算仿真的流體，可直接使用Unity3d軟件本身的Particle System進(jìn)行仿真。

在詩(shī)路文化建模和渲染中，需要對(duì)錢塘江流域內(nèi)的地形、水文、土壤等自然風(fēng)光和建筑、景觀等人文風(fēng)光進(jìn)行仿真。為了使VR體驗(yàn)更具真實(shí)感，我們使用3DSMAX軟件中的unity shader（著色器）對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行了較多的真實(shí)感渲染，包括模擬了表面漫反射和高光反射、鏡面反射、球面反射、投射、次表面散射、各向異性反射、折射、光照探針、夾縫陰影、柔和陰影、屏幕后處理等。其中針對(duì)大部分靜止不動(dòng)的物體如花草樹木、建筑物等使用實(shí)時(shí)光照渲染會(huì)造成成本較大，我們轉(zhuǎn)而使用光照貼圖（Lightmap）以節(jié)省性能的消耗，從而增加畫面流暢感和合理感。圖3展示了錢塘江詩(shī)路文化帶幾個(gè)典型的人文場(chǎng)景。

（二）虛擬人物形象設(shè)計(jì)與交互

在游覽錢塘江詩(shī)路時(shí)，虛擬人物是必不可少的。系統(tǒng)將虛擬人物按其與游客間交互性的強(qiáng)弱分為三種，由強(qiáng)到弱分別為虛擬導(dǎo)游（詩(shī)魂），虛擬詩(shī)人和虛擬路人（包括當(dāng)?shù)氐木用瘢Ｍ瑫r(shí)交互性的強(qiáng)弱也決定著臺(tái)詞數(shù)量和骨骼動(dòng)畫數(shù)量的多少，交互性越強(qiáng)其臺(tái)詞數(shù)量和骨骼動(dòng)畫數(shù)量也就越多。對(duì)于有強(qiáng)交互性的虛擬導(dǎo)游，我們根據(jù)浙江詩(shī)路文化孕育于吳越時(shí)期，發(fā)展于晉唐時(shí)期，成熟于宋元時(shí)期，繁榮于明清時(shí)期這一發(fā)展史，將其按朝代分為晉代詩(shī)魂，大唐詩(shī)魂，大宋詩(shī)魂，元代詩(shī)魂等。通過3DSMAX軟件進(jìn)行建模，蒙皮封套（模型與骨骼的綁定），進(jìn)行真人配音等操作，讓虛擬人物以更真實(shí)、更完美的形象與用戶進(jìn)行互動(dòng)。而對(duì)于虛擬詩(shī)人則設(shè)置為詩(shī)路文化代表性文人，如王維、李白、白居易、孟浩然、鄭板橋、蘇軾等。對(duì)于具有弱交互性的虛擬路人，多用來反映錢塘江流域當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土民情，以提高游客在系統(tǒng)中的真實(shí)感和沉浸感，如圖4（d）展示了虛擬路人之一的孩童形象。

三、融入實(shí)時(shí)趣味互動(dòng)—交互設(shè)計(jì)

（一）VR空間移動(dòng)與設(shè)備配備

在錢塘江詩(shī)路場(chǎng)景中漫游，需要進(jìn)行空間上的自由移動(dòng)，因此移動(dòng)技術(shù)是系統(tǒng)進(jìn)行游覽錢塘江詩(shī)路文化帶的基本交互。傳統(tǒng)方式上的移動(dòng)技術(shù)的開發(fā)存在著空間、追蹤、模擬器病、安全性、硬件成本等限制，還有某些技術(shù)使用了隱喻，例如瞬移和傳送門，但這些方法可能會(huì)破壞用戶的存在感以及體驗(yàn)感，所以單一的移動(dòng)技術(shù)無法滿足所有的理想設(shè)計(jì)，我們要根據(jù)自身要求來辯證的選擇移動(dòng)技術(shù)。物理步行技術(shù)，也就是真人直接通過走路映射在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，如重定向步行[9]及其擴(kuò)展方法已經(jīng)實(shí)施，但這些方法需要大量空間和高效跟蹤，而且重定向步行技術(shù)會(huì)給用戶帶來更高的認(rèn)知負(fù)擔(dān)[10]。原地行走使用非常接近自然行走的腿部姿勢(shì)，但該技術(shù)尚未解決追蹤和沉浸的問題，所以本文著重于開發(fā)一種高效的漫游移動(dòng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)通過各種VR設(shè)備可以滿足用戶以任何姿勢(shì)漫游錢塘江詩(shī)路，并且有助于增加用戶的空間定向和空間感知能力，保持用戶移動(dòng)時(shí)的存在感，降低用戶的疲勞和模擬器病。

現(xiàn)今主流的VR設(shè)備配備的手柄都具有扳機(jī)鍵，為了盡可能不降低沉浸感和存在感，且能較好地在大場(chǎng)景中進(jìn)行移動(dòng)，系統(tǒng)開發(fā)了一種名為“扳機(jī)步行”的移動(dòng)技術(shù)?！鞍鈾C(jī)步行”使用了自然行走的概念，即采取步行的方式到達(dá)目的地，使用VR手柄的扳機(jī)鍵代替了雙腿的物理行走。用戶每只手持握一個(gè)VR手柄，手臂以自然的方式放松在身體兩側(cè)。每次按下扳步機(jī)，用戶的虛擬視點(diǎn)就會(huì)向指定的方向移動(dòng)。如圖5所示，在這個(gè)姿勢(shì)中，用戶不僅能感到舒適，并且只需要擺動(dòng)手臂或保持手臂伸展就能使消耗的能量保持最少。同時(shí)可以充分調(diào)動(dòng)用戶的視、聽、說、觸（操作手柄）等感觀和動(dòng)作，將帶給用戶更加真實(shí)自然的體驗(yàn)。

為解決場(chǎng)景之間、空間之間、季節(jié)的變換等因巨大移動(dòng)而導(dǎo)致沉浸感降低、體驗(yàn)感缺少的情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)方案，用戶可以通過按下VR手柄的菜單鍵打開小地圖工具，通過小地圖工具進(jìn)行瞬間移動(dòng)傳送，再將手柄尖端投射的射線指向要傳送的地點(diǎn)，按下扳機(jī)鍵進(jìn)行傳送就能實(shí)現(xiàn)巨大的移動(dòng)。

（二）穿越時(shí)空互動(dòng)

穿越時(shí)空，回溯歷史，到詩(shī)人沉醉的作詩(shī)場(chǎng)景與詩(shī)人進(jìn)行模擬式趣味互動(dòng)，體驗(yàn)詩(shī)路文化的山水特色以及詩(shī)文韻味。進(jìn)入系統(tǒng)，周圍場(chǎng)景會(huì)漸漸時(shí)光倒流為唐朝、宋朝等古時(shí)錢塘江流域詩(shī)歌盛行的光輝時(shí)期，其中的建筑以及景觀等場(chǎng)景則是根據(jù)歷史研究人員和考古人員的研究和探索進(jìn)行的建模。根據(jù)用戶的喜好，系統(tǒng)可提供兩種方案進(jìn)行選擇，一是完全將虛擬場(chǎng)景覆蓋于現(xiàn)實(shí)生活，體驗(yàn)古人的生活；二是將重建的古代場(chǎng)景以白透明的方式疊加在現(xiàn)代場(chǎng)景之上，從而能夠更好地體會(huì)到歷史的滄海桑田，提高用戶對(duì)詩(shī)詞、對(duì)歷史的理解感悟。用戶在建模場(chǎng)景里與古人互動(dòng)，完成一些指定的觀光體驗(yàn)任務(wù)，親身體驗(yàn)歷史文化以及詩(shī)路文化，這樣便更有利于詩(shī)路文化的傳播。指定的觀光任務(wù)都是根據(jù)文人墨客們?cè)阱X塘流域留下的詩(shī)詞的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，如根據(jù)唐代詩(shī)人李白的《橫江詞》中的“海神東過惡風(fēng)回，浪打天門石壁開”；宋代詩(shī)人李廊《憶錢塘》中的“一千里色中秋月，十萬軍聲半夜潮”；明代詩(shī)人王在晉《望江臺(tái)》中的“海闊天空浪若雷，錢塘潮涌自天來”等描寫錢塘江大潮的詩(shī)句，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了“震潮聲”，即讓用戶親身體驗(yàn)錢塘江的洶涌澎湃，體驗(yàn)到自古以來便被稱為天下奇觀的大潮，去親身感悟詩(shī)人為何能寫下如此豪氣的詩(shī)句。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了角色扮演任務(wù)，用戶通過角色扮演來演繹歷史故事，讓用戶能夠親身體驗(yàn)歷史潮流，如百官政治錄，百姓生活錄，朝代時(shí)尚錄等，幫助用戶更深刻的領(lǐng)會(huì)錢塘江詩(shī)路文化史。

（三）虛擬人的互動(dòng)

在用戶游覽錢塘江詩(shī)路時(shí)，對(duì)于與之具有強(qiáng)交互性的虛擬導(dǎo)游，系統(tǒng)用各種不同的形象如服飾、外貌來表現(xiàn)其不同朝代的特性。“詩(shī)魂”可以對(duì)其所在朝代的自然風(fēng)景、人文歷史、詩(shī)詞等的講解與客戶形成互動(dòng)。在建模時(shí)，由于創(chuàng)建虛擬導(dǎo)游的骨骼動(dòng)畫較多，所以虛擬導(dǎo)游可以向用戶用更多的肢體動(dòng)作進(jìn)行互動(dòng)，從而增加用戶使用VR進(jìn)行錢塘江詩(shī)路漫游的體驗(yàn)感和樂趣。同時(shí)，虛擬導(dǎo)游還有著對(duì)交互操作的講解、尋路路徑的引導(dǎo)帶領(lǐng)、任務(wù)的提示等功能。在互動(dòng)時(shí)，為提升娛樂效果、用戶的體驗(yàn)感和沉浸感以及激勵(lì)用戶學(xué)習(xí)中國(guó)詩(shī)詞和歷史文化，系統(tǒng)增加了有關(guān)錢塘江詩(shī)詞的隨機(jī)小游戲，如詩(shī)詞接龍、“你說我猜”、看圖猜詩(shī)等。最后通過系統(tǒng)的智能評(píng)定，將獲得高分的用戶予以特定等級(jí)稱號(hào)，例如：“詩(shī)白”“詩(shī)神”“詩(shī)狂”“詩(shī)仙”“詩(shī)圣”等。如圖6（a）展示了虛擬人大唐詩(shī)魂用唐代孟浩然《宿建德江》的詩(shī)句與用戶進(jìn)行詩(shī)詞接龍。

與用戶具有中等交互性的虛擬詩(shī)人在用戶游覽錢塘江詩(shī)路的旅途中以隨機(jī)的方式出現(xiàn)，比如在飲酒對(duì)詩(shī)，對(duì)物吟詩(shī)時(shí)等場(chǎng)景，虛擬詩(shī)人可以與用戶進(jìn)行跨時(shí)空的“偶遇”，增添驚喜感和趣味，同時(shí)虛擬詩(shī)人也可以隨時(shí)發(fā)布任務(wù)，讓用戶在完成任務(wù)時(shí)也能夠收獲到錢塘江詩(shī)路沿途美麗風(fēng)景。如圖6（b）展示了用戶在游覽西湖時(shí)偶遇唐代詩(shī)人白居易，白居易正在作詩(shī)《錢塘江春行》。對(duì)于虛擬路人，主要作為當(dāng)?shù)仫L(fēng)土人情展示的背景板和簡(jiǎn)單的動(dòng)作交互、語音交互（如語音給予用戶任務(wù)的提示）出現(xiàn)，同時(shí)一些特殊路人會(huì)提供特殊任務(wù)，讓用戶能夠體驗(yàn)到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗特色。

四、用戶體驗(yàn)

團(tuán)隊(duì)對(duì)“與詩(shī)為友，暢游錢江”系統(tǒng)進(jìn)行了用戶體驗(yàn)研究。研究分為兩步，首先，先讓體驗(yàn)者們體驗(yàn)VR系統(tǒng)，其次讓體驗(yàn)者們填寫主觀問卷調(diào)查，其中該表又分為五個(gè)分值，分值越高，評(píng)分越高。我們隨機(jī)招募了18名志愿者，經(jīng)過研究統(tǒng)計(jì)后，表明用戶可以較為輕松地使用該漫游方法、穿越時(shí)空方法、虛擬人交互的方法，身體疲勞、精神壓力、沮喪或煩惱的程度較低（平均分在1-2分）。而在真實(shí)自然程度、有趣程度、印象深刻程度方面上，用戶都給出了較高的評(píng)價(jià)（平均分大于4分），這表明本文所設(shè)計(jì)并開發(fā)的系統(tǒng)的場(chǎng)景仿真與交互趣味性方面都取得了較好的效果。此外，用戶不論是否喜歡旅游，在使用完本VR系統(tǒng)后給出的要去錢塘江詩(shī)路旅游的意愿普遍在較高的水平（平均分大于4分），這表明該系統(tǒng)可以較好地展示與傳播錢塘江詩(shī)路文化，有效激發(fā)用戶實(shí)地旅游的興趣。

五、結(jié)論

本文運(yùn)用VR系統(tǒng)對(duì)古今錢塘江流域典型的自然風(fēng)景、江河溪湖等地形以及水文特征，建筑及風(fēng)土人情，抑或是人物角色、游戲互動(dòng)等方面進(jìn)行仿真，并研究了一套適合該系統(tǒng)的漫游策略（同一場(chǎng)景內(nèi)可使用“扳機(jī)步行”，不破壞用戶的沉浸感，在不同場(chǎng)景內(nèi)使用小地圖傳送技術(shù)）。系統(tǒng)設(shè)置了豐富的虛擬人交互功能，包括虛擬導(dǎo)游、虛擬詩(shī)人、虛擬路人的導(dǎo)覽、詩(shī)詞互動(dòng)、任務(wù)觸發(fā)等，在趣味互動(dòng)中既可以讓用戶體驗(yàn)到錢塘江詩(shī)路文化的風(fēng)雅和詩(shī)意，潛移默化地展示了錢塘江流域詩(shī)詞文化，又可以對(duì)用戶留下深刻的錢塘江詩(shī)路文化的印象，宣傳了城市形象。

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院）