網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與發(fā)展趨勢(shì)

摘要：傳統(tǒng)展館業(yè)受天氣、交通、費(fèi)用的影響正逐步走向衰落，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)虛擬展館應(yīng)運(yùn)而生。本文分析網(wǎng)絡(luò)虛擬展館與傳統(tǒng)展館的異同，提出構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方式，經(jīng)過(guò)幾何建模、碰撞檢測(cè)與交互設(shè)計(jì)搭建完整的虛擬展館，最后從注意力傳播的角度探討網(wǎng)絡(luò)虛擬展館未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)虛擬展館;虛擬現(xiàn)實(shí);交互設(shè)計(jì);碰撞檢測(cè);注意力傳播

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2020）16-00-04

0 引言

傳統(tǒng)展會(huì)需要參展商將展品帶到現(xiàn)場(chǎng)，策展、布展會(huì)花費(fèi)大量的物力、財(cái)力。然而，受天氣、交通、時(shí)間等因素的限制，展館受眾十分有限。隨著web3.0（第三代互聯(lián)網(wǎng)）、計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的普及，網(wǎng)絡(luò)虛擬展館打破了這些限制，受眾可自由選擇時(shí)間、環(huán)境在線觀看各種各樣的展覽。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為受眾提供了真實(shí)的虛擬展覽環(huán)境與虛擬展品，受眾可以通過(guò)鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)頭盔等設(shè)備漫游其中，多角度觀看展品，并與虛擬展品進(jìn)行交互，獲得與真實(shí)觀展環(huán)境相似的虛擬展館漫游體驗(yàn)。

1 網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的特點(diǎn)與分類

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟，虛擬展館應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)虛擬展館不受時(shí)空的限制，能夠隨時(shí)隨地讓受眾觀賞展品，實(shí)現(xiàn)展館的信息化。2010年上海世博會(huì)的網(wǎng)絡(luò)布展使網(wǎng)絡(luò)虛擬展館走進(jìn)大眾的視野，隨后，出現(xiàn)了諸多虛擬博物館、數(shù)字博物館、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)博物館等網(wǎng)絡(luò)虛擬展館。

虛擬展館不是實(shí)體展館的刻板復(fù)刻，而是對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及觀賞模式的拓展和補(bǔ)充。與傳統(tǒng)展館相比，虛擬展館更具自主性、便利性及互動(dòng)性。在自主性方面，受眾可以根據(jù)自己的時(shí)間選擇感興趣的網(wǎng)絡(luò)虛擬展館進(jìn)行觀展;在便利性方面，虛擬展館打破了天氣、交通等限制，受眾足不出戶便可漫游虛擬展館;在互動(dòng)性方面，受眾可以通過(guò)數(shù)字化文字、圖片、視頻甚至多感官通道全方位了解展品情況，感受觀覽樂(lè)趣。網(wǎng)絡(luò)虛擬展館還將“共享”理念融入其中，受眾來(lái)自世界各地，可以共享信息，相互交流，也解決了傳統(tǒng)展館客流量受限的問(wèn)題和安全問(wèn)題。因此，網(wǎng)絡(luò)虛擬展館與傳統(tǒng)展館相比，具有從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從單個(gè)到多個(gè)，從被動(dòng)到交互以及從離線到在線的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)[1]。

虛擬展館架設(shè)技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi)外已相繼建立多個(gè)虛擬展館。從表現(xiàn)形式上可分為二維圖文展覽式與三維虛擬仿真式。

二維圖文展覽式就是用圖片和文字的形式傳達(dá)展品信息，加上簡(jiǎn)單的游戲互動(dòng)實(shí)現(xiàn)與受眾的交流，成本低、信息量大。例如，中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心旗下的中國(guó)科普博覽網(wǎng)站就收錄了70多個(gè)虛擬展館，這是中國(guó)最早搭建的虛擬展館群。但二維圖文展覽式展館最大的缺點(diǎn)就是視覺(jué)效果差，雖然信息量龐大，但趣味性弱。因此三維虛擬仿真式展館更受人們歡迎，成為虛擬展館發(fā)展的主流[2]。

三維虛擬展館即以三維的形式搭建場(chǎng)景空間，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓受眾可以在展館中漫游，與展品形成互動(dòng)，給受眾帶來(lái)身臨其境的感受與強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊。中國(guó)第一個(gè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)展現(xiàn)歷史文化景點(diǎn)的虛擬場(chǎng)館“虛擬紫禁城”自2008年正式推出后就受到了全社會(huì)的廣泛好評(píng)，網(wǎng)友坐在家中，連接互聯(lián)網(wǎng)，即可足不出戶游覽故宮博物院，并與展館、展品進(jìn)行互動(dòng)交流。

隨著虛擬展館技術(shù)的發(fā)展與成熟，其商業(yè)價(jià)值也得到了開(kāi)發(fā)商的認(rèn)可與關(guān)注，各種大型展會(huì)在互聯(lián)網(wǎng)上開(kāi)展。疫情期間，虛擬博物館的漫游及互動(dòng)體驗(yàn)更是為足不出戶的受眾提供了豐富的精神文化食糧。

2 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是20世紀(jì)末出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)交互技術(shù)，它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為用戶搭建逼真的多感官虛擬世界，使用戶與虛擬世界實(shí)時(shí)互動(dòng)，給用戶帶來(lái)身臨其境的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)是信息技術(shù)全新的研究方向和領(lǐng)域，隨著5G時(shí)代的到來(lái)，通過(guò)人機(jī)交互方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，模仿虛擬的三維世界成為可能[3-4]。隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，截至2020年3月，中國(guó)網(wǎng)民數(shù)量已突破9億，這為在線展館的建設(shè)提供了有力的后盾[5]。

虛擬現(xiàn)實(shí)具有“3I”特性，即沉浸性、交互性與想象性，它們?cè)谔摂M展館中可充分展示給受眾。沉浸性是受眾在觀覽過(guò)程中沉浸在計(jì)算機(jī)搭建的虛擬環(huán)境中，感受到與真實(shí)觀展一致的視、聽(tīng)、觸、嗅覺(jué)信息，產(chǎn)生的身臨其境之感。交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生沉浸感知的必要因素，是受眾進(jìn)入虛擬展館開(kāi)始與計(jì)算機(jī)或與計(jì)算機(jī)中的產(chǎn)品產(chǎn)生信息輸入并獲得反饋的感知。想象性是指漫游的場(chǎng)景不是真實(shí)存在的，需要依靠大腦的構(gòu)想創(chuàng)建一個(gè)虛擬的仿真環(huán)境。

2.2 VRML概述

VRML（Virtual Reality Modelin Language，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言），它提供交互式3D圖形，完整的編程功能以及網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)限[6]。VRML是建立虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)最常用的建模語(yǔ)言，它可以通過(guò)計(jì)算機(jī)瀏覽架構(gòu)好的虛擬三維模型，同時(shí)部署到具有開(kāi)放接口的VR設(shè)備上[7]。VRML語(yǔ)言的運(yùn)用把三維模型帶入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過(guò)瀏覽器與互聯(lián)網(wǎng)即可訪問(wèn)虛擬場(chǎng)景，并與場(chǎng)景內(nèi)的物體進(jìn)行交互。因此，VRML為虛擬環(huán)境的互聯(lián)網(wǎng)展示提供了非常有力的支持。

VRML語(yǔ)言創(chuàng)建的環(huán)境以瀏覽器為平臺(tái)，可以為受眾提供多重節(jié)點(diǎn)，分層建模減少網(wǎng)絡(luò)效能、壓縮文件大小，并具備強(qiáng)大的交互功能與多語(yǔ)言接口，便于后續(xù)開(kāi)發(fā)。提供了外部編輯口，從而可以在外部直接操作、控制、修改虛擬世界中的場(chǎng)景。雖然在模型搭建上，VRML不如專業(yè)三維軟件精細(xì)，但由于其生成文件容量較小，操作更加流暢。

3 網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

搭建網(wǎng)絡(luò)虛擬展館首先需要完成整體構(gòu)架，其次細(xì)分功能，最終通過(guò)人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)受眾在虛擬環(huán)境中的漫游。

3.1 創(chuàng)建幾何模型

對(duì)虛擬環(huán)境、虛擬物件進(jìn)行幾何建模是構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)[8]，場(chǎng)景的真實(shí)度與建模的精細(xì)程度息息相關(guān)，因此一般采用專業(yè)的三維建模工具進(jìn)行貼圖與建模，其強(qiáng)大的兼容性可以使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。

首先，明確模型層次。對(duì)具體建模場(chǎng)景及需求進(jìn)行分析，明確模型層次與區(qū)塊，將建模場(chǎng)景劃分為粗模型與精細(xì)模型。其次，創(chuàng)建幾何模型。需要精細(xì)建模的模型盡量使用精確的幾何形體創(chuàng)建模型細(xì)節(jié)，要粗建模的模型要盡量使用面數(shù)較少的幾何體構(gòu)建，這時(shí)創(chuàng)建的模型還只是一個(gè)未加任何修飾的模型。這個(gè)過(guò)程完成了幾何建模的工作，但是并沒(méi)有層次感和立體感[9]。再次，簡(jiǎn)化模型。去除模型中多余的多邊形，減少數(shù)據(jù)量，利用最少的多邊形創(chuàng)造真實(shí)的環(huán)境。第四，貼圖。對(duì)精細(xì)度要求比較低的造型，可以用簡(jiǎn)單的貼圖代替建模，減少面數(shù)，優(yōu)化性能。

3.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬展館交互技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)虛擬展館能使受眾身臨其境地感受周圍的虛擬環(huán)境并與之產(chǎn)生互動(dòng)。在建模過(guò)程中，需要運(yùn)用視點(diǎn)綁定與跟蹤技術(shù)、造型與信息交互技術(shù)等。

3.2.1 視點(diǎn)綁定與跟蹤技術(shù)

受眾通過(guò)瀏覽器進(jìn)入虛擬環(huán)境，應(yīng)將受眾視角作為第一視角，為了準(zhǔn)確定位場(chǎng)景和造型，需要設(shè)置造型視點(diǎn)（Viewpoint），受眾在瀏覽器中通過(guò)視點(diǎn)切換到理想的視點(diǎn)。在多視點(diǎn)環(huán)境中，需要采用視點(diǎn)綁定技術(shù)快速定位，當(dāng)受眾通過(guò)單擊鼠標(biāo)等方式與已設(shè)置視點(diǎn)的場(chǎng)景中的特殊位置或造型接觸時(shí)，視點(diǎn)就被切換到當(dāng)前位置。VRML提供了一種實(shí)現(xiàn)這種機(jī)制的技術(shù)就是視點(diǎn)綁定技術(shù)[10]。

在架設(shè)網(wǎng)絡(luò)虛擬展館時(shí)，一般存在多路徑、多方式瀏覽，在架設(shè)系統(tǒng)時(shí)可以設(shè)置最優(yōu)游覽路徑。再解釋一下插值標(biāo)定或傳感器標(biāo)定。插值標(biāo)定是利用VRML插值器創(chuàng)建導(dǎo)覽路線，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊特定視點(diǎn)標(biāo)定位置，在預(yù)設(shè)主路線上漫游;傳感器標(biāo)定是接近傳感器獲取受眾位置，在虛擬環(huán)境中感知受眾從進(jìn)入到退出的行為，確定長(zhǎng)方體區(qū)域動(dòng)作，模擬受眾的視角。

3.2.2 造型與信息交互技術(shù)

造型交互技術(shù)，即受眾的操作與虛擬造型模型之間的反應(yīng)操作，當(dāng)瀏覽器感知到受眾的行為后，場(chǎng)景中的各種造型模型會(huì)對(duì)用戶的行為產(chǎn)生回應(yīng)。VRML可以采用兩種方法實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境與受眾之間的互動(dòng)，即檢測(cè)器+插值器或監(jiān)測(cè)器+Script節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最終的人機(jī)交互。

受眾在虛擬環(huán)境中漫游時(shí)，可以通過(guò)虛擬展品獲取設(shè)計(jì)中的隱含信息。例如，受眾在觀看一個(gè)虛擬展品的時(shí)候，可以360°旋轉(zhuǎn)觀看，還可以調(diào)取與展品相關(guān)的視頻、圖片信息等。VRML同時(shí)提供音源文件的引入，利用Sound（聲音）節(jié)點(diǎn)設(shè)置音源位置與播放方式，AudioClip（用于播放音頻剪輯的簡(jiǎn)單抽象）和MovieTexture（電影紋理）節(jié)點(diǎn)即可。

3.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的碰撞檢測(cè)

虛擬環(huán)境的流暢度與沉浸感在很大程度上受碰撞檢測(cè)機(jī)制的影響，完善的碰撞檢測(cè)可以避免很多問(wèn)題，讓受眾的瀏覽更加流暢。在碰撞檢測(cè)扎起測(cè)試過(guò)程中，一般需要對(duì)檢測(cè)及響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試與判斷。檢測(cè)需要發(fā)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中是否存在人與物、物與物之間的交叉碰撞，并對(duì)其定位，碰撞響應(yīng)則是在碰撞發(fā)生以后的響應(yīng)機(jī)制[11]。

碰撞檢測(cè)主要檢測(cè)的是幾何模型之間相交產(chǎn)生的碰撞，一般采用層次包圍盒算法或空間分解法。不論采用那種碰撞檢測(cè)辦法，目的都是盡可能地減少相對(duì)應(yīng)的幾何元素對(duì)。層次包圍盒算法得到廣泛使用，是因?yàn)樗幕舅枷肱c碰撞檢測(cè)的模式完全一致。選用一些比被測(cè)集合對(duì)象略大，但仍可以還原事物本身的集合體進(jìn)行層次建模，然后用幾何體將其包圍起來(lái)，用包圍盒不斷逼近需進(jìn)行碰撞檢測(cè)的對(duì)象來(lái)測(cè)試兩者之間是否相交，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化和剔除并未產(chǎn)生碰撞的幾何體邊緣，并且對(duì)碰撞相交的部分進(jìn)行檢測(cè)，可以加快檢測(cè)的效率，提升系統(tǒng)運(yùn)行的速度，壓縮文件。

4 網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的發(fā)展趨勢(shì)

展館是收藏、展出、保護(hù)展品的重要場(chǎng)所，雖然它并不是一項(xiàng)大眾傳播媒介，但仍然具有信息傳播的功能。隨著網(wǎng)絡(luò)虛擬展館技術(shù)的成熟，虛擬展館的傳播模式將會(huì)從原本的展品展覽模式向注意力模式轉(zhuǎn)變。注意力傳播模式認(rèn)為：“信息源（傳播者）不是設(shè)法傳遞信息或信念，而是對(duì)傳播效果不加理會(huì)，只想抓住觀眾的注意力。它意味著，既沒(méi)有意義的傳遞，也沒(méi)有意義的分享，更沒(méi)有在傳播者與接受者之間加深聯(lián)系。受眾消磨在媒介上的時(shí)間，是衡量注意力的主要標(biāo)準(zhǔn)……”[12]隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，在大量信息數(shù)據(jù)的沖擊下，受眾很難有效地獲取需要的信息。信息的泛濫已經(jīng)超過(guò)了受眾注意力可以承受的范圍，受眾的注意力很難長(zhǎng)期集中在一個(gè)地方，這種現(xiàn)象使注意力成為一種稀缺資源[13]。虛擬展館的出現(xiàn)，給受眾帶來(lái)了強(qiáng)烈的信息沖擊，不同以往的展覽，采用沉浸、交互的方式展出，可以讓展品以類真實(shí)的狀態(tài)展現(xiàn)在受眾眼前。虛擬展館的發(fā)展日趨成熟，在網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)、交互設(shè)備等軟硬件條件的支持下，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)虛擬展館將會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)沉浸感，實(shí)現(xiàn)多感官感知模式的發(fā)展，讓受眾實(shí)時(shí)感知海量數(shù)據(jù)，獲得完全身臨其境的體驗(yàn)。通過(guò)游戲、交互等途徑，吸引受眾的注意，實(shí)現(xiàn)信息的傳播是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的發(fā)展方向。

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展為社會(huì)的發(fā)展、人們多通道感知世界提供了更廣闊的空間。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)的硬件性能也在不斷上升，開(kāi)發(fā)難度逐漸變小。作為文化傳播的新形式，網(wǎng)絡(luò)虛擬展館的便利性會(huì)隨著科技的發(fā)展進(jìn)一步得到凸顯。研究信息傳播到注意力傳播的轉(zhuǎn)變過(guò)程，我們有理由相信，網(wǎng)絡(luò)虛擬展館將會(huì)給未來(lái)的傳播模式帶來(lái)巨大的變革。

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作者簡(jiǎn)介：惠陽(yáng)（1989—），女，陜西西安人，博士研究生，長(zhǎng)安大學(xué)人文學(xué)院工程師，研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)與藝術(shù)。