面向思政教育的革命遺跡虛擬場景建模與展示*

劉 嫻，聶圣東，武帥文，張建瑩

（江西理工大學(xué) 土木與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

贛州是原中央蘇區(qū)的主體和核心區(qū)域，人民共和國搖籃，毛澤東思想和原中央蘇區(qū)精神的主要發(fā)源地，二萬五千里長征出發(fā)地，每一寸土地都是紅色文化資源，是開展高校學(xué)生黨建工作得天獨(dú)厚的文化資源和取之不盡的精神財(cái)富[2]。然而，當(dāng)前紅色文化的教育工作大都處于文字宣傳、口頭授教等抽象的描述階段，大學(xué)生通過單薄、生澀的課堂教育，對紅色文化的理解浮于表面。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)如今已成為大學(xué)生學(xué)習(xí)的一種重要方式，利用互聯(lián)網(wǎng)+新媒體新技術(shù)開展思政工作，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，具有重要意義及應(yīng)用價值。

隨著我國城鄉(xiāng)不斷改建，原來的革命遺跡大部分湮沒于歷史的長河中，大量昔日的革命場景只存在于那些文獻(xiàn)書籍及歷史影像中。革命遺跡是紅色文化的載體，采用數(shù)字化方法對其進(jìn)行三維場景建模與展示，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化思政教育平臺，是文化宣傳的一種有效的手段，能夠最大程度真實(shí)再現(xiàn)當(dāng)年的革命場景，既是對歷史的保護(hù)，也能夠作為高校思政教育的優(yōu)質(zhì)素材，傳承紅色精神。本文以瑞金紅井和葉坪革命遺跡建筑群為例，根據(jù)查閱的歷史典籍、圖紙數(shù)據(jù)資料及現(xiàn)場實(shí)地采集的數(shù)據(jù)，利用CityEngine、3DsMax、ArcGIS 等三維建模方法將紅色遺跡進(jìn)行可視化建模，并采用GIS 和Unity 3D 技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)三維場景的虛擬展示。

1 數(shù)據(jù)采集與處理

1.1 數(shù)據(jù)采集

在網(wǎng)上收集和整理瑞金相關(guān)地圖資料，團(tuán)隊(duì)實(shí)地考察建模區(qū)域，采集實(shí)地照片，了解實(shí)際建筑分布及樣貌，我們充分利用團(tuán)隊(duì)多學(xué)科背景，發(fā)揮各自學(xué)科的優(yōu)勢，使用GPS 和全站儀獲取瑞金紅色遺跡的精確高程數(shù)據(jù)及古建筑精確位置數(shù)據(jù)，積累第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料。根據(jù)現(xiàn)有的瑞金市衛(wèi)星遙感圖，歷史文獻(xiàn)，老照片等數(shù)據(jù)資料中獲取革命遺址群八十多年的風(fēng)雨變化，為不同時期的數(shù)字化建模提供數(shù)據(jù)支撐。

圖1 三維模型場景建模

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用相關(guān)軟件獲取高分辨率衛(wèi)星影像，再通過arcmap 繪制矢量數(shù)據(jù)以及制作dem 高程圖，使衛(wèi)星影像與相對高程圖完美契合，讓衛(wèi)星影像呈現(xiàn)3D 效果，更加逼真。

2 三維模型構(gòu)建與展示

2.1 模型設(shè)計(jì)流程

在數(shù)據(jù)處理之后，將收集的數(shù)據(jù)分為實(shí)景信息、矢量數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)三種，其中矢量數(shù)據(jù)包括線要素和面要素，通過收集的各類數(shù)據(jù)，運(yùn)用CityEngine 規(guī)則建模和3DsMax 精細(xì)建模配合完成一蘇大會議舊址、毛澤東故居、列寧小學(xué)、紅軍廣場、紅井等模型（如圖1）。

2.2 建模方式

針對紅色景區(qū)中的大面積建筑群，包括舊址群等建筑，主要使用CityEngine 基于形狀語法和語義規(guī)則方法進(jìn)行整體布局建模，可通過屬性參數(shù)動態(tài)地渲染、調(diào)整模型的形態(tài)特征，在復(fù)用性、建模效率、模型實(shí)時顯示和渲染方面。通過研究各自建模規(guī)則，并構(gòu)建建模規(guī)則算法，使用人機(jī)交互式方法建立構(gòu)建的細(xì)節(jié)部件來彌補(bǔ)基于形狀語法和語義規(guī)則方法在細(xì)節(jié)方面的缺點(diǎn)。在完成每類構(gòu)建的子構(gòu)建規(guī)則建模算法后，依據(jù)同一構(gòu)建類型下規(guī)則的相似性，對算法模型進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步改進(jìn)建模流程，提高程序效率，從而實(shí)現(xiàn)快速精細(xì)建模。

基于CGA 規(guī)則的三維模型建模方法與手工建模方法相比，有效地提高了模型的重用率，保證了模型信息的一致性，使設(shè)計(jì)條理更加清晰，能夠通過規(guī)則來調(diào)用 GIS數(shù)據(jù)中的屬性數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動批量建模。

2.3 模型構(gòu)建實(shí)現(xiàn)

2.3.1 CityEngine 的應(yīng)用

使用CityEngine 基于形狀語法和語義規(guī)則方法進(jìn)行整體布局建模，將模型次分割細(xì)化進(jìn)行建模，先把左右外墻和中間的房屋主體進(jìn)行切分，再將外墻的底部和頂部等分割，制作出一個大致的構(gòu)架，再對房屋內(nèi)部進(jìn)行精細(xì)化建模。在此過程中我們嘗試構(gòu)建三維模型庫來對能體現(xiàn)建筑特征的部位進(jìn)行單獨(dú)建模，在對建筑建模時對模型庫中模型進(jìn)行調(diào)用從而達(dá)到避免建模的重復(fù)性，大大提高建模效率。同時也能為后期建筑切換不同風(fēng)格，顯示不同的室內(nèi)設(shè)計(jì)提供助力。

2.3.2 3DsMax 的應(yīng)用

除建筑群外，建立立體三維場景還需要其它模型，如列寧臺、革命烈士紀(jì)念塔、紅井等不同類型的附屬設(shè)施。該類對象具有的規(guī)律性不強(qiáng)、需要針對附屬設(shè)施特點(diǎn)，研究其模型的構(gòu)建參數(shù)及方法，對附屬設(shè)施進(jìn)行單獨(dú)建模。

2.4 模型展示

完整模型展示：

人物視角：制作人物視角，首先需制作簡單模型或引用unity 3D 自帶模型作為人物本身，可引用Cube、Sphere、Quad 等。制作代表物，調(diào)整高低，胖瘦符合人物比例。編寫代碼將相機(jī)綁定在代表模型上方，暨人物頭頂。

動作制作設(shè)置：編寫代碼設(shè)置跳躍、奔跑、控制摁鍵，并將跳躍、奔跑進(jìn)行可視化，用戶可直接修改。此類設(shè)置結(jié)束后，我們便可以進(jìn)行場景瀏覽參觀，以第一人稱視角對景物模型全方位分析。

航拍視角：建立plan 平面，調(diào)整平面具體位置，位于模型整體上方適當(dāng)位置。然后將plan 進(jìn)行透明度調(diào)整將其變?yōu)橥该餍问健?/p>

圖2

紅井動態(tài)水處理：紅井中有豐富的水資源，清澈透明，為了增加模型逼真程度，及視覺沖擊感，小組決定在井中添加富有動態(tài)效果的水。將水的顏色浮動效果貼近原有實(shí)物效果。

地形及草木效果：添加WindZone 調(diào)整風(fēng)向風(fēng)速，添加草木或花朵等進(jìn)行風(fēng)吹浮動效果。

3 結(jié)束語

伴隨信息化程度日益提高，具有鮮明階級性和強(qiáng)烈意識形態(tài)的學(xué)生黨建工作，不可避免地在思想觀念、教育載體、文化認(rèn)同等方面存在著許多不適應(yīng)，制約著黨建工作在青年學(xué)生中的深入發(fā)展[3]。

圖3

本文以瑞金紅井和葉坪革命遺跡建筑群為例，基于CityEngine 的規(guī)則建模技術(shù)，使用3DsMax、ArcMap 等軟件進(jìn)行輔助建模，使用Unity3D 進(jìn)行模型渲染及動態(tài)模擬。對葉坪和紅井景區(qū)中的建筑群、紀(jì)念塔、閱兵臺、紅井等場景布設(shè)進(jìn)行還原與設(shè)計(jì)規(guī)劃，并開發(fā)面向思政教育的贛南紅色文化情景復(fù)原系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了紅色遺跡文化和三維場景的結(jié)合，使文化嵌入模型中。紅色文化作為革命年代的產(chǎn)物，是馬克思主義中國化的文化成果。深入挖掘“紅色文化”基因，充分發(fā)揮其教育功能和示范作用，既是高校學(xué)生思政工作的目標(biāo)，又是黨的思想、組織、作風(fēng)和理論建設(shè)的重要課題[4，5]。未來還可以嘗試?yán)没ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)，去助力紅色文化傳承和旅游發(fā)展等。追尋紅色足跡中的中國精神，尋找互聯(lián)網(wǎng)時代下的紅色復(fù)興。