基于虛幻引擎技術(shù)的蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館數(shù)字化場景設(shè)計

李妍　程璐璐　郭驍煊

關(guān)鍵詞：虛擬引擎技術(shù);蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館;紅色文化;數(shù)字化;場景設(shè)計

中圖分類號：TP391.1 文獻標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）12-0157-02

信息化時代背景下，博物館、紀(jì)念館等一些展館作為現(xiàn)代文化積累與傳播的重要媒介，在教育研究和社會發(fā)展中占有較為重要的地位，但目前傳統(tǒng)的參觀方式已無法滿足現(xiàn)代受眾的需求[1-2]。因此文章利用虛幻引擎技術(shù)對蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館進行數(shù)字化場景設(shè)計研究，希望能為受眾提供交互體驗空間，并能打破傳統(tǒng)紀(jì)念館在時間、地域和參觀方式等方面的限制，從而能對甘肅紅色文化的傳播起到積極的促進作用。

1虛幻引擎技術(shù)概述

虛幻引擎技術(shù)（UnrealEngine，以下簡稱UE）是一款實時引擎與編輯器，作為開發(fā)VR產(chǎn)品（特別是PC端）的常用引擎，它采用了最新的即時光跡追蹤、虛擬位移、HDR光照技術(shù)等新技術(shù)，通過NVIDIA的GeForce6800顯示卡與UE搭配，可以實時運算出電影CG等級的畫面。目前，UE作為可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術(shù)，正越來越多地被應(yīng)用在人們的日常生活中[3-4]。

2蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館概述

蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館坐落于甘肅省蘭州市七里河區(qū)華林坪以南、沈家?guī)X北麓，是為紀(jì)念1949年8月在蘭州戰(zhàn)役中犧牲的烈士而修建的。館展館面積1000平方米，由序廳、奏響西進序曲、實施千里追擊、浴血南山之巔、聚殲青馬主力、歡慶西北解放、結(jié)束語等七個部分構(gòu)成，是全國181家重點烈士紀(jì)念設(shè)施保護單位，111家全國愛國主義教育示范基地，甘肅省文物保護單位和甘肅“中共黨史”教育基地。

3基于虛幻引擎技術(shù)的蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館數(shù)字化場景設(shè)計意義

當(dāng)前一些紀(jì)念館在數(shù)字保護與展示方面主要還停留在傳統(tǒng)三維建筑漫游的方式，不具備實時的交互性，帶給用戶的沉浸感也僅僅停留在影音效果的層面上。而利用UE不僅能夠?qū)⒁暵犜馗诱鎸?、精致、整體地保存于計算機固件及互聯(lián)網(wǎng)中，更重要的是運用“UE+紅色文化”，既以創(chuàng)新的形式弘揚了革命精神，又能使受眾不用到紀(jì)念館實地就能夠在虛擬世界中漫游數(shù)字化場景，身臨其境般地去接受紅色文化精神帶來的思想熏陶[5]。將甘肅紅色文化通過數(shù)字化手段多維度地進行展示，從而進一步助力甘肅紅色文化的弘揚與傳承。

4基于虛幻引擎技術(shù)的蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館數(shù)字化場景設(shè)計流程

文章以UE為主要開發(fā)平臺，借助3Dmax軟件對蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館的場景及館內(nèi)展品、浮雕等進行模型創(chuàng)建，Unfold3D、SubstancePainter等圖像處理軟件對蘭州戰(zhàn)役館場景進行還原設(shè)計，結(jié)合UE提供的SteamVR與VRTK等開發(fā)組件進行腳本編寫，實現(xiàn)戰(zhàn)役紀(jì)念館的漫游、交互等功能。

4.1模型建立

為了盡可能還原蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館的場景，讓模型更加真實，首先對戰(zhàn)役館進行實景拍攝和測量，利用3Dmax中創(chuàng)建的模型導(dǎo)入到Unity工程中，右擊Assets文件夾，選擇importnewAsset，選擇要導(dǎo)入的模型，在窗口中即可看到模型，展館場景的整體框架搭建和優(yōu)化，如圖1所示。其次，對館內(nèi)場景、結(jié)構(gòu)進行逆向模型搭建。館內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單，但展品繁多，且各不相同，所以在針對展品進行制作模型時采用分別建模處理再進行集中搭建的方法，對所有資源進行匯總、通過Unfold3DVSRS和SubstancePainter軟件對模型進行UVW展開、控制行為編寫、算法優(yōu)化、校驗。最后，將調(diào)試好的程序代碼導(dǎo)入UE中，并對接到VR頭戴式設(shè)備進行場景的性能測定和調(diào)試[6]。

4.2優(yōu)化處理

對室內(nèi)場景貼圖，前期主要通過人工拍攝進行采集，為了讓模型更加真實，最大程度地增強室內(nèi)場景漫游的真實表達、豐富館內(nèi)三維模型的細(xì)節(jié)和材質(zhì)表達，需要對模型進行優(yōu)化處理。包括：刪減不必要的面;區(qū)分結(jié)構(gòu)層次，將近觀和遠(yuǎn)觀的面區(qū)分出來，近觀的面要拉近顯示器仔細(xì)觀察是否有遺漏和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不足的地方，遠(yuǎn)觀要盡量使用Lod，看看是否可以使用貼圖細(xì)節(jié)來代替模型細(xì)節(jié)，減少運算量;關(guān)聯(lián)的所有模型打包為一個組，使里面的物體具有相同的參數(shù)坐標(biāo)系，修改時相互制約影響，不至于讓比例失調(diào)而失真。

同時，為了增強視覺表達的效果，需要對人工采集的貼圖進行調(diào)整，包括對貼圖進行裁剪和矯正，突出其表現(xiàn)形式。首先，貼圖的裁剪和矯正。人工采集照片時，由于拍攝空間、燈光、技術(shù)的差異導(dǎo)致照片會出現(xiàn)視角偏移、變形，從而與模型不符。因此需要對物體的照片進行裁剪和矯正。其次，色彩美感均勻調(diào)整。由于采集的貼圖燈光的問題，導(dǎo)致貼圖的明暗效果欠佳，其色彩有一定的損耗，因此通過調(diào)整紋理的明暗、色彩平衡、柔和度，從而增加三維模型的真實性。最后，將通過修正的貼圖加入貼圖材質(zhì)庫，進行統(tǒng)一管理。場景設(shè)計中模型表面紋理的真實程度對場景的真實感起到至關(guān)重要的作用，所以往往需要進行模型優(yōu)化和制作紋理貼圖來保證視覺上的真實性和游覽時的流暢程度。模型后期處理主要由Unfold3D VS RS和Substance Painter完成。如圖2為紋理貼圖優(yōu)化處理。

此外，借助虛幻示意圖形（UMG）UI設(shè)計器，創(chuàng)建基本的圖形界面。系統(tǒng)中控制部分采用UE中的藍(lán)圖（Blueprint）節(jié)點界面的可視化腳本編程模塊，完成蘭州戰(zhàn)役館虛擬漫游過程中的行走、游覽等交互功能的實現(xiàn)，如圖3所示。讓用戶可以在場景中漫游，并與一部分展品進行交互。

4.3功能實現(xiàn)

將已建立好的三維模型以及貼圖以STL格式導(dǎo)出，再導(dǎo)入3D Build中檢測導(dǎo)出模型是否有破損。若無破損面則直接將模型導(dǎo)入UE中，反之則將模型導(dǎo)入到3DsMax中進行修復(fù)模型，并且以FBX格式將修復(fù)好的模型導(dǎo)出。對于重復(fù)的模型，只保留一個。著重處理復(fù)雜的模型，為保證更為逼真的視覺效果，再將處理完畢后的模型放入場景中反復(fù)修正。

1）燈光布置：在場景中添加光源時，需要留意在體驗和瀏覽虛擬場景時應(yīng)盡量避免可移動光源和光源重疊對用戶造成的不適感。根據(jù)所收集和實地探訪所獲得的照片進行相應(yīng)的燈光布局與調(diào)整。采用自發(fā)光材質(zhì)的模型燈或燈組來替代實際的燈光組合，實現(xiàn)場景優(yōu)化和資源的合理利用。

2）添加視頻：在Content Browser中展開SourcesPanel，然后在Content下創(chuàng)建一個名為Video（名字可自?。┑奈募A。在Video文件夾上點擊右鍵并選擇Show in Explorer。把test.MP4視頻文件放進去將視頻文件拖入項目的Content/Video文件夾。將視頻文件放置在項目的Content/Movies文件夾中可確保視頻正常打包。調(diào)用資源test，將其打開并將File Path指向Content/Movies文件夾中視頻文件的位置。創(chuàng)建媒體播放器，打開并勾選play on open。拖進一個plan到場景中，按住Ctrl選中Sound Wave和Media Texture資源，將它們放置在關(guān)卡中的靜態(tài)網(wǎng)格體上，此操作將自動創(chuàng)建一個材質(zhì)并將其應(yīng)用到靜態(tài)網(wǎng)格體。選擇plan添加組件media sound，編譯并添加媒體播放器資源。新建一個藍(lán)圖playmedia，將藍(lán)圖拖進場景并運行。

3）添加影音效果：首先準(zhǔn)備好素材，UE支持wav格式，不支持mp3格式。最好命名為英文，中文也可以，導(dǎo)進來之后UE會把wav文件識別為Sound Wave格式。在UE中可以用Ambient Sound這個物體或者給其他物體添加的Audio組件來播放，圖4為測試效果圖。

5結(jié)語

運用前沿的科技手段來弘揚紅色文化精神，無論是在商業(yè)價值、經(jīng)濟價值還是在社會價值上，都有著較為廣闊而光明的應(yīng)用前景。文章基于UE對蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館進行數(shù)字化場景設(shè)計研究，從更貼近技術(shù)前沿和更提升人類感知的角度增強線上體驗者的交互感、沉浸感，在傳承與發(fā)揚紅色文化精神的同時，以數(shù)字化的形式保護和展示歷史文化，不僅具有積極的技術(shù)價值與社會意義，而且更有利于促進地方紅色文化的弘揚與傳承。