基于VR技術(shù)的“重走一大路”虛擬漫游系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

陳希赟 方玉燕 柏敏杰

摘 要：基于VR技術(shù)的“重走一大路”虛擬漫游系統(tǒng)使用Unity作為系統(tǒng)主要開發(fā)工具，并使用3Ds Max軟件制作人物和場(chǎng)景模型。本項(xiàng)目VR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)得益于Unity引擎及SteamVR和VRTK這兩款VR開發(fā)插件的支持，并使用C#語(yǔ)言進(jìn)行VR交互開發(fā)。通過佩戴VR頭顯設(shè)備，便可完成與場(chǎng)景中人物以及問答界面之間的交互。該項(xiàng)目研發(fā)完成后主要應(yīng)用于高校思政教育及紀(jì)念建黨百年。

關(guān)鍵詞：紅船;黨建;虛擬現(xiàn)實(shí);交互

中國(guó)共產(chǎn)黨即將迎來建黨百年，紅色文化也越來越受到人們的重視，激勵(lì)著中華兒女為理想和信仰拼搏奮斗。南湖紅船是中國(guó)共產(chǎn)黨誕生的標(biāo)志，昭示著時(shí)代的高度與發(fā)展的方向，勉勵(lì)我們沿著南湖紅船開辟的革命航道奮勇前進(jìn)。嘉興南湖革命紀(jì)念館館長(zhǎng)張志松在2011年接受浙江日?qǐng)?bào)采訪時(shí)告訴記者，紅船先后已接受2200多萬(wàn)人次瞻仰。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，截至2019年12月31日，中國(guó)共產(chǎn)黨黨員總數(shù)為9191.4萬(wàn)名，突破9000萬(wàn)。習(xí)近平總書記曾說過，如果我們的黨員同志能夠來到南湖看一次展覽，聽一次黨課，學(xué)一次黨章，觀一次專題片，瞻仰一次紅船，重溫一次入黨誓詞，有助于精神傳承、思想升華。

作為南湖紅船畔的黨員，我們考慮以紅船為載體，利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬化“重走一大路”與紅船瞻仰。打破地域限制，依托數(shù)字媒體技術(shù)向全國(guó)廣大黨員同志再現(xiàn)南湖紅船風(fēng)采，可在全體黨員中開展“游紅船、悟初心”教育活動(dòng)，傳播紅船精神。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的沉浸性、交互性和多感知性等特點(diǎn)再現(xiàn)我黨誕生這一偉大歷史時(shí)刻，激發(fā)黨員同志愛黨、敬黨的感情。另通過對(duì)嘉興市革命紀(jì)念館、各大中小院校的調(diào)查研究，現(xiàn)在關(guān)于南湖紅船、黨建的展示都是基于視頻或全景顯示，沒有VR技術(shù)所能夠帶來的沉浸式交互體驗(yàn)。通過VR這種新穎的瀏覽方式，可以讓體驗(yàn)者的印象更深刻，南湖紅船宣告了中國(guó)共產(chǎn)黨的誕生，該項(xiàng)目研發(fā)具有很大社會(huì)意義。

1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主要用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬化重走一大路，再現(xiàn)南湖紅船一大場(chǎng)景。用戶帶上VR頭盔后，即到達(dá)獅子匯渡口乘坐游船游覽南湖，繼而登上湖心島瞻仰南湖紅船。利用VR技術(shù)可以逼真再現(xiàn)一大代表登島上船的路線以及中共一大開會(huì)的場(chǎng)景。紅船精神所昭示的是永不褪色的精神豐碑，利用VR技術(shù)可以身臨其境地感受“紅船劈波行，精神聚人心”的時(shí)代精神。更能展現(xiàn)我黨是如何在風(fēng)雨飄搖、生靈涂炭、民族危在旦夕時(shí)肩負(fù)起實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的歷史使命。

1.1 項(xiàng)目主要制作內(nèi)容

本項(xiàng)目研發(fā)重點(diǎn)在于場(chǎng)景制作和交互設(shè)計(jì)。場(chǎng)景制作主要利用3Ds Max軟件，交互設(shè)計(jì)主要是在Unity軟件中合成場(chǎng)景并通過C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)交互功能。

（1）通過實(shí)地調(diào)研，利用3D美術(shù)技術(shù)建構(gòu)南湖景觀、紅船模型;

（2）結(jié)合歷史資料，利用3D美術(shù)技術(shù)建構(gòu)中共一大代表人物模型，完成3D對(duì)象骨骼組合的有機(jī)運(yùn)動(dòng);

（3）通過實(shí)地調(diào)研并結(jié)合歷史資料，利用3D美術(shù)技術(shù)，再現(xiàn)船內(nèi)中共一大會(huì)議場(chǎng)景;

（4）利用U3D技術(shù)完成場(chǎng)景搭建，用戶可以在任何場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)沉浸式漫游和交互式學(xué)習(xí);

（5）用戶可通過虛擬現(xiàn)實(shí)穿戴設(shè)備沉浸式進(jìn)入一大會(huì)場(chǎng)，選擇代表角色通過視、聽、觸、動(dòng)覺的傳感及反應(yīng)裝置，用戶在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺等多種感知，從而了解一大代表人物生平事跡，學(xué)習(xí)一大會(huì)議精神。

1.2 漫游流程設(shè)計(jì)

進(jìn)入虛擬場(chǎng)景后，用戶先在第一場(chǎng)景中觀看一段介紹黨史的視頻資料。隨后跳轉(zhuǎn)到第二場(chǎng)景，在獅子匯渡口登船漫游至南湖主場(chǎng)景，漫游者根據(jù)提示使用手柄登上湖心島，開始問答交互。當(dāng)完成所有問答后，會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至劇情模式，暗示漫游者進(jìn)入紅船內(nèi)部。在紅船內(nèi)部可以進(jìn)行人物交互，了解一大代表人物生平。當(dāng)完成設(shè)定的主線后，漫游者可以使用手柄在整個(gè)南湖場(chǎng)景中自由游覽。

2 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）3D美術(shù)：利用3Ds Max軟件制作紅船模型、一大代表人物模型，構(gòu)建全景模型;

（2）U3D開發(fā)：利用Unity3D引擎搭建場(chǎng)景，開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，完成場(chǎng)景漫游;

（3）交互技術(shù)開發(fā)：通過C#腳本實(shí)現(xiàn)交互訓(xùn)練功能，完成軟件平臺(tái)。

2.1 場(chǎng)景與人物建模

因在Unity中無(wú)法制作有細(xì)節(jié)的模型，所以需要通過3D Max來制作人物模型，在導(dǎo)出UV后通過BodyPaint 3D和Photoshop繪制貼圖，并把貼圖導(dǎo)入3D Max的材質(zhì)球中進(jìn)行貼圖，導(dǎo)出fbx格式后，導(dǎo)入U(xiǎn)nity中使用。建筑場(chǎng)景和道具物品的制作方法相同。

Unity自帶的地形系統(tǒng)非常強(qiáng)大，可以使用Terrain地形模板來制作一些復(fù)雜地形的設(shè)計(jì)，如高山、湖泊和草原等。在建造場(chǎng)景地形時(shí)，主要運(yùn)用Terrain模板中的Raise/Loewe Terrain和Brushes工具，這樣可以通過對(duì)部分地形的上升和下降來實(shí)現(xiàn)主要地形的搭建，再通過筆刷來一點(diǎn)點(diǎn)繪制和修改地形。水面則運(yùn)用Unity中自帶的Environment資源包來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過導(dǎo)入資源包可以手動(dòng)將資源包中的水面資源拖入到場(chǎng)景相應(yīng)位置中。場(chǎng)景中的復(fù)雜模型則是將事先建好的fbx模型文件拖入U(xiǎn)nity中的Assets文件目錄下，再進(jìn)行場(chǎng)景布置。

圖2 地形制作? 圖3 水面制作

2.2 虛擬漫游

2.2.1 定點(diǎn)漫游

進(jìn)入南湖主場(chǎng)景后，場(chǎng)景地面、樹木和建筑等模型的Mesh Collider組件均為不可用，同時(shí)在地面上安置三個(gè)高亮的固定傳送點(diǎn)，當(dāng)完成所有固定點(diǎn)交互要求后，高亮點(diǎn)消失，啟用場(chǎng)景內(nèi)所有物體的Mesh Collider組件。

2.2.2 自由漫游

啟用場(chǎng)景地面Mesh Collider碰撞組件，在VRTK_SDKManager中創(chuàng)建一個(gè)空物體，并重命名為PlayArea，添加組件VRTK_Basic Teleport并設(shè)置相關(guān)屬性，傳送都是基于碰撞的，所以需要給要進(jìn)行傳送的物體或區(qū)域添加Collider碰撞組件。如是禁止傳送，要在這些物體上設(shè)置Collider碰撞組件，并修改tag標(biāo)簽為nopass為不可穿越，將PolicyList組件改為Ignore，提示射線為不可傳送的色彩。為防止在實(shí)際運(yùn)行中穿模導(dǎo)致陷入模型中的情況，需在PlayArea中添加VRTK_TeleportDisableOnHeadsetCollision和VRTK_HeadsetCollision兩個(gè)組件進(jìn)行組件控制。

2.2.3 360度環(huán)視

運(yùn)用CameraRig組件可以控制攝像機(jī)隨著VR頭盔的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并將旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)信息反饋給綁定的對(duì)象上。

2.3 嵌入并播放視頻

Unity支持mov、mpg、mpeg、mp4等多種視頻播放格式，但是這些格式在導(dǎo)入U(xiǎn)nity時(shí)，都會(huì)轉(zhuǎn)碼為ogv格式。因此為了節(jié)省轉(zhuǎn)碼時(shí)間，可直接將視頻轉(zhuǎn)化為ogv格式再導(dǎo)入U(xiǎn)nity中。播放功能則是用到了Unity中的VideoPlay控件，主要運(yùn)用常規(guī)的播放控制方法如：Play、Pause、Stop、isPlaying，isLooping等功能。

2.4 交互問答

在主劇情的推動(dòng)下，漫游者需要在規(guī)定的路線上完成指定的問答后才能繼續(xù)前進(jìn)。通過Unity的GUI制作UI界面，在Canvas中添加Text文字信息和Buttom按鈕提交。因?yàn)橐苊馐直渚€穿透導(dǎo)致無(wú)法點(diǎn)擊按鈕的情況，因此要在Canvas中加入VRTK的VRTK_UICanvas腳本。為了避免VR頭盔中的顯示問題，修改Canvas中的Render Mode為World Space，再通過判斷腳本來識(shí)別答案的正確與否。制作關(guān)卡點(diǎn)時(shí)，需給目標(biāo)點(diǎn)添加VRTK_DestinationPoint腳本用來接收射線實(shí)現(xiàn)人物的移動(dòng)以及下一個(gè)答題面板的出現(xiàn)，關(guān)鍵代碼如下：

2.5 劇情模式

創(chuàng)建一個(gè)可以引導(dǎo)用戶的暗示，制作一個(gè)劇情模式，使用Unity中的空物體為其附加一個(gè)Box Collider組件，放置于最后一個(gè)高亮點(diǎn)，完成交互問答最后一題時(shí)，觸發(fā)劇情腳本。在看完劇情后，通過銷毀代碼來銷毀不需要的模型，關(guān)閉mzdMove腳本，關(guān)鍵代碼如下：

2.6 人物模型交互

用戶可以使用手柄點(diǎn)擊人物模型，從而在跳轉(zhuǎn)出來的UI界面中看到所選人物的生平事跡。在Unity中為人物模型添加一個(gè)Mesh Collider組件，使其擁有碰撞體。結(jié)合VRTK插件中的檢測(cè)碰撞的API點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)人物生平UI界面的跳出和消失。在GUI的Canvas中添加兩個(gè)Image組件，賦予背景和人物貼圖材質(zhì)，在Canvas中添加Text組件，添加人物生平文字介紹。添加答題按鈕Buttom組件，深入了解人物經(jīng)歷。整理GUI排版設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)潔明了地呈現(xiàn)在人物模型身邊，以便用戶了解查看。為了不讓射線穿透GUI界面在需Canvas中添加VRTK_UICanvas腳本。

3 項(xiàng)目應(yīng)用

在黨的重大紀(jì)念、主題教育活動(dòng)期間，到南湖紅船緬懷革命先輩，看一次展覽、聽一次黨課、學(xué)一次黨章、觀一次專題片、瞻仰一次紅船、重溫一次入黨誓詞，已成為各級(jí)黨組織和黨員干部的優(yōu)良傳統(tǒng)。[1]為回顧建黨歷史，紀(jì)念建黨百年，本項(xiàng)目以紅船為載體，利用VR技術(shù)可面向九千萬(wàn)黨員同志實(shí)現(xiàn)虛擬化“重走一大路”并瞻仰紅船，感悟初心和使命。該項(xiàng)目搭配VR頭顯設(shè)備可廣泛應(yīng)用于大中小院校、企事業(yè)單位、社區(qū)等基層黨組織以開展愛國(guó)教育，彌補(bǔ)廣大黨員同志不能親臨嘉興南湖的遺憾，其社會(huì)效益明顯。

但目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在黨建方面的應(yīng)用還不廣泛，在中國(guó)知網(wǎng)檢索VR/虛擬現(xiàn)實(shí)+黨建，文獻(xiàn)結(jié)果不足20條。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的發(fā)展，加強(qiáng)黨在新形勢(shì)下的建設(shè)，充分利用網(wǎng)絡(luò)信息將現(xiàn)實(shí)黨建的全部?jī)?nèi)涵在網(wǎng)絡(luò)虛擬世界中進(jìn)行延伸，將網(wǎng)民網(wǎng)上及網(wǎng)下的互動(dòng)相結(jié)合，虛擬黨建與現(xiàn)實(shí)黨建相結(jié)合，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)黨內(nèi)外的互動(dòng)，積極發(fā)揮虛擬黨建的作用，采取正確的行動(dòng)策略提高各級(jí)黨組織的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能力及黨員干部的網(wǎng)絡(luò)素質(zhì)，不斷的豐富黨建的內(nèi)容及形式，構(gòu)建貫通虛擬黨建與現(xiàn)實(shí)黨建的工作運(yùn)行機(jī)制顯得非常重要。[2]

VR黨建是互聯(lián)網(wǎng)+黨建教育的具體實(shí)踐和應(yīng)用，利用新型的信息技術(shù)手段，將新媒體新技術(shù)融入到黨建工作中，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于黨建展覽館的設(shè)計(jì)與建設(shè)中，既能夠解決場(chǎng)地和時(shí)間對(duì)基層黨員參觀學(xué)習(xí)的限制問題，又能通過數(shù)字化的展覽館形式使黨建文化更加生動(dòng)、有趣、便捷地展現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前。[3]

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其特點(diǎn)在高校黨建思想政治教育中尤具重大意義和價(jià)值。黨的建設(shè)是黨領(lǐng)導(dǎo)的偉大事業(yè)不斷取得勝利的秘訣，高校黨的建設(shè)更是中國(guó)共產(chǎn)黨建設(shè)中重要的組成部分。推動(dòng)高校黨建的形式創(chuàng)新，對(duì)推進(jìn)我國(guó)黨建的發(fā)展完善有著重要價(jià)值。[4]該項(xiàng)目應(yīng)用在課堂教學(xué)中，可以將原本抽象的黨建思政概念變得生動(dòng)、直觀、形象，立體畫面感的展示有助于加速學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。習(xí)近平總書記指出，革命傳統(tǒng)資源是我們黨的寶貴精神財(cái)富，要把紅色資源利用好、把紅色傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)好、把紅色基因傳承好。傳統(tǒng)的黨建思政社會(huì)實(shí)踐主要以參觀和考察“紅色旅游”景點(diǎn)和愛國(guó)主義教育基地、走訪新農(nóng)村、社會(huì)調(diào)研、假期“三下鄉(xiāng)”社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)、社會(huì)公益活動(dòng)、“青年志愿者”等活動(dòng)形式進(jìn)行展開。然而，從時(shí)間、空間和安全性等多因素考慮，很難讓所有學(xué)生都能走出去，因此難以將抽象的道理轉(zhuǎn)化為鮮活的故事、生動(dòng)的例子，內(nèi)化于心、外化于形，實(shí)現(xiàn)思政教育潤(rùn)人心脾的目標(biāo)。但通過VR技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)課程教學(xué)的不足，通過視覺、聽覺等全方位立體化互動(dòng)式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，打破傳統(tǒng)體驗(yàn)式紅色教育的時(shí)空限制，真實(shí)再現(xiàn)紅色革命場(chǎng)景以引導(dǎo)學(xué)生矢志不渝聽黨話、跟黨走，增強(qiáng)使命擔(dān)當(dāng)，爭(zhēng)做社會(huì)主義可靠接班人。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目的研發(fā)和應(yīng)用也是對(duì)中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于深化新時(shí)代學(xué)校思想政治理論課改革創(chuàng)新的若干意見》的貫徹和落實(shí)。該項(xiàng)目能有效緩解黨史、黨建理論學(xué)習(xí)的枯燥性，通過寓教于樂的學(xué)習(xí)方式更好地宣傳紅船精神，有利于提升學(xué)習(xí)者對(duì)黨史、黨建學(xué)習(xí)的積極性和趣味性，能更好地建立和培養(yǎng)起青年學(xué)生的社會(huì)主義價(jià)值觀。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)嘉興紅船一大會(huì)議的展示，通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的交互讓體驗(yàn)者可以更好地在南湖紅船上體驗(yàn)到當(dāng)時(shí)一大會(huì)議的場(chǎng)景，讓體驗(yàn)者可以更好地認(rèn)識(shí)開展會(huì)議的人大代表?？梢愿玫赝ㄟ^虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中沉浸性、交互性和多感知性特性再現(xiàn)我黨誕生這一偉大歷史時(shí)刻。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛慧君.大力弘揚(yáng)“紅船精神”[N].光明日?qǐng)?bào)，2017-11-02

[2]張安慶，王安吉.基于虛擬黨建與現(xiàn)實(shí)黨建相關(guān)性的分析[J].才智，2014，（35）：299.

[3]董楠楠，欒婷.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沈陽(yáng)市社區(qū)教育——黨建展覽館的設(shè)計(jì)與研究[C].第十六屆沈陽(yáng)科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（理工農(nóng)醫(yī)），2019-10.

[4]白惠敏，紀(jì)甜，呂咪，賴喜琳，肖愛，莫緒鵬，彭青和.智慧黨建結(jié)合VR技術(shù)建設(shè)高校黨建的可行性分析[J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（6）：128-131.

作者簡(jiǎn)介：陳希赟（1988—），女，漢族，浙江嘉興人，碩士，中級(jí)職稱，研究方向：人機(jī)交互。