基于Hypercosm的江南園林數(shù)字化虛擬旅游設計與實現(xiàn)

林新雨　張偉明

摘 要：物質(zhì)生活得到滿足之后，人們開始尋求精神世界的富足，而虛擬旅游因其自身特點，已逐漸進入人們的視野。江南園林是眾多國人的旅游目的地，同時也是中華藝術(shù)的瑰寶。本文通過理論研究法、對比分析法和跨學科分析等方法，利用Sketchup和Hypercosm進行江南園林三維模型的實現(xiàn)和虛擬現(xiàn)實的交互。利用虛擬現(xiàn)實的特征以及在線可交互模型的跨平臺性和可兼容性，使用戶在園林虛擬旅游中擁有更加良好的用戶體驗。

關(guān)鍵詞：江南園林；虛擬旅游；數(shù)字化實現(xiàn)；虛擬現(xiàn)實；Hypercosm

在中國經(jīng)濟迅猛發(fā)展的今天，人們的物質(zhì)生活有了顯著的提高，有越來越多的人們有閑暇關(guān)注并進行度假，旅游便是近年來民眾所選擇的一個重要休閑度假方式。但是在現(xiàn)實生活中，旅游往往會受到各種條件的限制，由此“虛擬旅游”逐漸步入人們的視野。“虛擬旅游”就是將三維模型和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)相結(jié)合，形成以現(xiàn)實場景為模型的一個虛擬景區(qū)，讓人們能夠在家中便可以體驗到全國各地乃至世界各地的名勝古跡。

本文數(shù)字化的旅游對象是江南四大園林之一的寄暢園，將通過虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡可視化和三維技術(shù)等來實現(xiàn)江南園林的場景，亦擁有支持人們在遠地瀏覽等優(yōu)點，同時對江南園林文化的傳播具有一定的支持作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林場景體驗上為用戶提供視覺上的感受，讓用戶對客觀實際的建筑具有感性認識，使得用戶在視覺上和感官上具有更加良好的用戶體驗。

1虛擬旅游與場景數(shù)字化的意義及價值

虛擬旅游與場景數(shù)字化克服了現(xiàn)實世界中的旅游的部分缺點，從而使得其更有發(fā)展的價值。

第一，虛擬旅游與數(shù)字化場景能夠為用戶提供一個較為逼真的場景，進而用戶可以在虛擬場景中進行現(xiàn)實情況的模擬，可以更加周全地考慮出自己所需要的東西，所感興趣的場景，告別了傳統(tǒng)意義上的單調(diào)的平面圖片和文字介紹。

第二，數(shù)字化技術(shù)可以為風景區(qū)和旅游區(qū)的前期規(guī)劃做出較為科學和有吸引力的規(guī)劃設計。在設計的過程中，設計人員可以及時把設計出來的模型發(fā)布到網(wǎng)絡上，這樣游客可以迅速而形象看到旅游區(qū)的未來規(guī)劃，進一步提出自己的意見和建議。

第三，虛擬場景的數(shù)字化是保護世界遺產(chǎn)的有效措施。很多的旅游資源往往都是國家重點保護的對象，如北京的故宮等，隨著時間變遷，文物總會收到損傷，但是如果能夠完全實現(xiàn)數(shù)字化，那么只需要進行數(shù)據(jù)上的備份，就能夠精準地進行場景的復制和再現(xiàn)，使我們省去了文物損傷的擔憂。

第四，虛擬旅游是進行科普教育的良好途徑。場景的數(shù)字化虛擬化為一些弱勢群體提供了較大的便利，例如一些不適合出門的或者出門不方面的老人、殘疾人等，同時也可以為一些經(jīng)濟上有壓力的群眾提供游覽場景的機會，提供給所有人更多的選擇。

2數(shù)字化技術(shù)為虛擬旅游與場景數(shù)字化提供了技術(shù)手段

目前，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)對人文歷史和自然地理遺產(chǎn)的瀏覽漫游的虛擬遺產(chǎn)理念，因其在研究、保護、介紹人文歷史和自然地理方面都能起到非常重要的作用，已經(jīng)在國際上得到了廣泛的認同。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對各個古建筑和古園林進行虛擬化和數(shù)字化的再現(xiàn)，形成可以在線瀏覽和交互的三維模型，為寄暢園的虛擬場景旅游和展覽提供了完全的可能性。

“虛擬交互系統(tǒng)”是一種高級的、較理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它提供一個完全沉浸的體驗，使用戶有一種仿佛置身于真實世界之中的感覺?！币话銇碚f，它采用的是具有交互功能的設備，即通過數(shù)據(jù)的傳輸，把一些用戶行為產(chǎn)生的信息傳送到主機中，通過計算機的計算以后返回到顯示屏幕中。這樣的方式可以把用戶的視覺、聽覺等感覺封閉在一個相對密閉的空間里，并提供一個虛擬的新空間，用戶可以利用空間位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等輸入設備和視覺、聽覺等設備，使用戶能完全地沉浸在這個虛擬的空間中，以便產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。

本文中所實現(xiàn)的交互設備主要是通過鼠標，通過鼠標的中鍵和左右鍵來控制視圖環(huán)繞和三維場景中的相機焦距，在安裝完成Hypercosm telepotor和Hypercosm player之后，可以在谷歌瀏覽器中打開已經(jīng)生成的模型，并且通過屏幕下方的幾個按鈕以及他們的子菜單按鈕，可以控制這個三維視圖中的顯示方式、顯示顏色、鼠標的交互方式（單鍵交互或者是雙鍵交互），還可以通過rending顯示不同的樣式和不同的燈光，而這一切交互的行為都依賴于用戶本身的行為。

3江南園林虛擬旅游系統(tǒng)的設計

3.1平臺以及軟件介紹

本文最后所形成的成果是一個在線的三維可交互模型，設計過程中主要使用的軟件有AutoCAD，Sketchup和Hypercosm平臺軟件。

3.1.1 AutoCAD

AutoCAD是指美國Autodesk公司研發(fā)的通用計算機輔助設計與繪圖軟件包，具有強大的功能且使用非常方便，在設計類領域得到了廣泛的應用。

3.1.2 Sketchup

SketchUp是一個三維建筑設計方案創(chuàng)作中非常優(yōu)秀的三維設計工具，直接面向設計過程的特點使其成為了實現(xiàn)快速簡易精準建模和使用方便的新型建模軟件。

3.1.3 Hypercosm

Hypercosm是一個傳輸和處理3D內(nèi)容的集成軟件產(chǎn)品系統(tǒng)。是一個功能強大的，基于網(wǎng)絡媒介的交互的，與消費者、客戶、合作者等進行在線交流的三維視覺信息系統(tǒng)。Hypercosm平臺下主要使用的是Hypercosm telepotor， Hypercosm player 和Hypercosm studio，Hypercosm系列軟件也是該模型中最為重要的軟件。

3.2設計過程

3.2.1 AutoCAD圖紙構(gòu)建

在Sketchup建模之前，需要收集有關(guān)于寄暢園以及附近地區(qū)的有關(guān)的一些平面圖地形圖等有關(guān)資料（例如google earth中的地形資料），并且用AutoCAD對平面的布局進行整體的規(guī)劃設計，本文的模型原型是江南名園寄暢園，所以會以寄暢園的建筑和場地為參考進行建模。

3.2.2 基于Sketchup的建模

收集的園林照片參考圖需要處理一下，以便于后續(xù)導入Sketchup中進行建模。圖像處理完畢后，導入進行適當?shù)慕嵌刃D(zhuǎn)，從頂視圖開始建模。對于一些比較規(guī)則的建筑部分可以嘗試用Sketchup中的三維匹配建模，如圖1所示，其中的紅綠線分別代表了XY兩個軸向，Sketchup會自動形成與匹配照片中相同的透視關(guān)系。

在整體建模過程中，可以借助Sketchup插件的幫助，如快速生成窗口等，另外，還有一些復雜的植物模型，可以導入一些三維模型進行調(diào)整二次使用。在這個過程中建模是工作量最大的部分，在每一個模型完成后，都要立即賦予材質(zhì)，材質(zhì)需要慢慢調(diào)整。

3.2.3基于Sketchup和Hypercosm的交互系統(tǒng)

在上一步驟中完成的三維模型，需要進行轉(zhuǎn)格式導出，在此之前，需要給Google Sketchup 8安裝Hypercosm的telepotor插件，然后再在瀏覽器中安裝Hypercosm player插件，以便于用戶可以進行瀏覽和交互。在SU中建模完成后，應該對其進行細節(jié)的處理和細化，在處理完畢后，Hypercosm平臺下還有studio的編輯軟件，可以對SU中導出的文件進行代碼的改寫和編輯，主要文件位于到處文件夾下的script文件夾中，同樣的我們可以通過在這里改變建模物體的顏色，改變RGB值等等。在studio中對導出文件進行修正完畢后，就可以在瀏覽器中打開試驗交互的效果。在瀏覽器的交互界面中，一般情況下，瀏覽器會自動攔截Hypercosm player的運行，需要點擊運行插件，顯示界面后，可以看到如圖2所示的六個按鈕。

第一個按鈕是關(guān)于介紹Hpercosm平臺的鏈接；第二個按鈕是為了隱藏按鈕，實現(xiàn)頁面交互內(nèi)容最大化，從而使得用戶體驗得到提升；第三個按鈕觀察相機的焦點和透視；第四個按鈕可以改變?nèi)藱C交互方式，鼠標的單雙鍵的切換，開啟自動旋轉(zhuǎn)等；第五個按鈕進入后，可以改變物體的顯示方式和渲染方式，可以改變成純白膜模式或者X光模式（半透明）等，白膜模式下，模型會停止加載文件夾下的貼圖文件，使得實時渲染更加流暢一些，X光模式下，游客可以通過正面直接觀察到背面的內(nèi)容和風景。

4系統(tǒng)的特點

傳統(tǒng)的平面和照片的傳統(tǒng)方式?jīng)]有給我們更多的選擇和想象空間，此時，江南園林場景在線可交互模型的優(yōu)點就表現(xiàn)出來了。

4.1交互性和沉浸性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)正如其名，用技術(shù)手段，通過虛擬的場景來模擬現(xiàn)實的場景，這也就是虛擬現(xiàn)實最基本的定義，也是所有虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段最終的目標，以假亂真。交互性，更多體現(xiàn)在與傳統(tǒng)平面媒介相對比之時，主要是和人們的心理狀況和不同心理狀態(tài)下的主觀感受不同。然后還有更加深層次的構(gòu)想性，在沉浸性和交互性的基礎上，構(gòu)想性使得虛擬現(xiàn)實獲得更好地想過，使人們不斷調(diào)用大腦的思維方式和圖像，進行融合和啟發(fā)。

4.2表現(xiàn)的完整性

虛擬場景下的園林模型，具有一個傳統(tǒng)方式完全沒有的優(yōu)點，那就是虛擬技術(shù)手段使得計算機等終端可以完整的表現(xiàn)整個三維空間，進行全方位的展示，任何角度。這一點相對傳統(tǒng)的平面信息的傳統(tǒng)方式給與人們更多地的信息，在相同情況下，通過平面的方式想要表達和三維模型同樣的信息量，基本上是不可能的，因為尤其是江南園林場景這種規(guī)模較大，模型量也比較大的空間模型，每個時刻和每個角度都是不同的，而平面和照片方式是無法給與我們足夠多的信息的，即時我們能夠通過多個角度的照片來觀賞園林，由于其空間的復雜性，會對我們的欣賞造成非常大阻礙。

4.3平臺的兼容性

生成在線可交互模型的最終格式是HTML，這也意味著每一臺電腦只要在電腦的瀏覽器中安裝瀏覽的插件，那么無論在何時何地，只要有網(wǎng)絡訪問模型所在的服務器，就可以在電腦中觀察到這個三維模型。相比之下，以往許多的虛擬現(xiàn)實技術(shù)都需要通過大量的數(shù)據(jù)計算和一些較為昂貴的機器，比如說數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)頭盔，以及XBOX360等，這對于一個普通的用戶根本是不可能擁有的東西，所以，該三維模型無論是從經(jīng)濟上，還是從可行性上，都比以往的虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段來更加友好和現(xiàn)實。

4.4使用的簡易性

Hypercosm軟件環(huán)境并不像3DMAX那樣需要一個專業(yè)的軟件操作空間，還有專業(yè)的軟件操作知識，用戶所需要做的僅僅是通過點擊按鈕來改變場景的現(xiàn)實方式、場景鏡頭的焦距、場景的RGB顯色和場景亮度等等，通過鼠標的左右鍵和中鍵就可以旋轉(zhuǎn)和瀏覽整個三維場景。

5結(jié)語

本文以江南園林為模型，進行三維數(shù)字建模，進而討論虛擬數(shù)字技術(shù)在江南園林虛擬旅游行業(yè)的前景和應用，同時簡要介紹了虛擬數(shù)字化技術(shù)，以及與其他虛擬現(xiàn)實技術(shù)的比較。

在技術(shù)實現(xiàn)方面，介紹了整個園林場景數(shù)字化所用到的技術(shù)手段和流程，主要是在Sketchup和Hypercosm下的制作流程。同時，通過多方面論述了本設計所實現(xiàn)的三維在線可交互模型的優(yōu)越性與特殊性，包括交互性和沉浸性、表現(xiàn)的完整性、平臺兼容性等，說明了在新時代的虛擬現(xiàn)實技術(shù)快速發(fā)展的背景下，具有創(chuàng)新性的數(shù)字化實現(xiàn)手段相比較于傳統(tǒng)手段所具有的特點。

綜上，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國得到快速的發(fā)展和多方面的應用，然而三維虛擬現(xiàn)實的相關(guān)理論和有關(guān)的技術(shù)發(fā)展仍然不夠完善，毫無疑問，在將來以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，如本文所討論的虛擬旅游等將會大有作為，這也將鼓勵更多優(yōu)秀的人才繼續(xù)對其進行研究。

參考文獻：

[1] 員巍. 三維虛擬交互技術(shù)在水墨動畫中的應用與研究[D].東華大學，2014.

[2] 陶侃. 沉浸理論視角下的虛擬交互與學習探究——兼論成人學習者“學習內(nèi)存”的拓展[J]. 中國遠程教育，2009，01：20-25.

[3] 陳風煥. 高職教育中環(huán)藝CAD課程教學改革的研究與實踐[D].陜西師范大學，2012.

[4] 吳文靜. SketchUp與ArcGIS在三維數(shù)字校園中的應用研究[D].東北林業(yè)大學，2012.

[5] 鄔厚民. 基于SketchUp的Web3D場景漫游設計方法研究[J]. 電腦學習，2009，03：109-110.