基于Unity3D的二七紀(jì)念塔紅色文化AR虛擬旅游系統(tǒng)設(shè)計

摘要：近年來文化旅游成了旅游的一個新方向，旅游是文化的重要載體。隨著VR技術(shù)的逐漸成熟，在旅游方面應(yīng)用也越來越多。本項目旨在通過AR/MR技術(shù)開發(fā)二七紀(jì)念塔的虛擬旅游，并通過AR技術(shù)修復(fù)損壞的文物，完善塔內(nèi)AR導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實和真實空間“縫合”、疊加。再用MR制作游客與景區(qū)內(nèi)部的互動功能，使游客身臨其境，可以通過操作讀取相關(guān)文物的介紹，或觀看珍貴的影像資料。同時添加趣味性互動，讓游客完成進(jìn)入塔內(nèi)尋找規(guī)定物品任務(wù)，完成通關(guān)后獲得相應(yīng)的旅游紀(jì)念品獎勵，增加景區(qū)的吸引力。二七紀(jì)念塔地處鄭州繁華的中心，又是極具文化內(nèi)涵、歷史淵源的鄭州市地標(biāo)性建筑，對于二七紀(jì)念塔的虛擬旅游的開發(fā)不僅可以有效展示鄭州現(xiàn)代都市的新風(fēng)貌，同時可以讓人們更多的了解鄭州深厚的文化底蘊。本項目開發(fā)成功后，可以投放網(wǎng)絡(luò)旅游平臺，讓更多的人認(rèn)識鄭州，了解鄭州，成為鄭州的旅游名片之一。二七紀(jì)念塔旅游本身屬于紅色文化旅游的一種，可以通過二七紀(jì)念塔的虛擬旅游的推廣，尤其是在學(xué)校的推廣，讓更多的人了解這段歷史，銘記歷史，才能夠不忘初心，砥礪前行。這不僅是一個旅游項目，更是一種潛移默化的愛國式教育，是一種新的宣傳途徑，新的宣傳方式。

關(guān)鍵詞：Unity3D模型;二七紀(jì)念塔;虛擬場景建模;虛擬交互;紅色文化

0 引言

近年來文化旅游成了旅游的一個新方向，旅游是文化的重要載體。隨著VR技術(shù)的逐漸成熟，在旅游方面應(yīng)用也越來越多。筆者旨在通過MR技術(shù)開發(fā)二七紀(jì)念塔的虛擬旅游，并通過建模技術(shù)修復(fù)損壞的文物，完善塔內(nèi)虛擬現(xiàn)實的導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實和真實空間“縫合”、疊加。再用MR制作游客與景區(qū)內(nèi)部的互動功能，使游客身臨其境，可以通過操作讀取相關(guān)文物的介紹，或觀看珍貴的影像資料。添加趣味性互動，增加景區(qū)的吸引力。二七紀(jì)念塔地處鄭州繁華的中心，又是極具文化內(nèi)涵、歷史淵源的鄭州市地標(biāo)性建筑，對于二七紀(jì)念塔的虛擬旅游的開發(fā)不僅可以有效展示鄭州現(xiàn)代都市的新風(fēng)貌，同時可以讓人們更多的了解鄭州深厚的文化底蘊。本系統(tǒng)開發(fā)成功后，可以投放網(wǎng)絡(luò)旅游平臺，讓更多的人認(rèn)識鄭州，了解鄭州，成為鄭州的旅游名片之一。筆者根據(jù)前人的研究，結(jié)合二七塔本身的結(jié)構(gòu)特點，使用3Dmax和Unity等開發(fā)工具設(shè)計了二七塔的虛擬旅游系統(tǒng)設(shè)計，本研究分為二七塔虛擬場景建立和虛擬二七塔交互設(shè)計兩個部分，通過本研究為紅色文化旅游工作的虛擬設(shè)計提供參考和輔助。

1基于3DMax模型的創(chuàng)建及Unity3D旅游交互式系統(tǒng)設(shè)計的研究。

二七紀(jì)念塔旅游本身屬于紅色文化旅游的一種，可以通過二七紀(jì)念塔的虛擬旅游的推廣，尤其是在學(xué)校的推廣，讓更多的人了解這段歷史，銘記歷史，才能夠不忘初心，砥礪前行。本系統(tǒng)開發(fā)過程中主要使用3Dmax建模技術(shù)修復(fù)損壞的文物，和Unity3D的交互式設(shè)計完成塔內(nèi)觀光的導(dǎo)航路徑設(shè)計，同時設(shè)計出游客與虛擬景點內(nèi)部互動的趣味效果，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實和真實空間“縫合”、疊加。使用VR技術(shù)實現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實世界互動，更能增加旅游的趣味性。用VR技術(shù)應(yīng)用于能夠通過圖像重現(xiàn)的方式創(chuàng)建一個身臨其境的游覽環(huán)境，加強(qiáng)游客與景點之間的“互動”，增強(qiáng)游客的參與感和趣味性。技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在準(zhǔn)備階段、虛擬場景的建設(shè)，虛擬景區(qū)交互功能設(shè)計3個方面。

（一）準(zhǔn)備階段

二七紀(jì)念塔虛擬游覽的準(zhǔn)備階段主要是通過采集二七塔周邊以及內(nèi)部的詳細(xì)數(shù)據(jù)，以真實還原二七塔景區(qū)內(nèi)外的真實模型，筆者在這里全景和局部拍攝了二七塔照片共536張，收集到內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)、布局結(jié)構(gòu)、平面結(jié)構(gòu)、材質(zhì)紋理、整體攝影圖等必須要的建模數(shù)據(jù)同時了解了二七塔中重要展示文物的文化內(nèi)涵，并上網(wǎng)收集了對應(yīng)的數(shù)據(jù)資源。然后對以上數(shù)據(jù)資料進(jìn)行融合預(yù)處理，為后面的建模和文化信息傳達(dá)提供理論數(shù)據(jù)。

（二）虛擬場景的建設(shè)，文物科技化復(fù)原再造

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，運用虛擬建模技術(shù)建立三維文物模型，采用3DMax作為建模工具，是為了更高效的實現(xiàn)與后邊虛擬軟件的結(jié)合，達(dá)到能完成互相交流的目的。通過三維掃描建模技術(shù)結(jié)合AR技術(shù)將易損文物、文化遺址等景點通過三維模型的方式展示在游客的眼前，這樣既增加了交互性與游客的沉浸感，也保護(hù)了景區(qū)環(huán)境。關(guān)鍵技術(shù)包括如下：

1.動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)，采集實景的三維數(shù)據(jù)，并按照要求建立模型。

2.實時空間圖片成形技術(shù)，主要是實現(xiàn)真實環(huán)境的虛擬化。

3.立體顯示和傳感器技術(shù)，用于實現(xiàn)人與機(jī)器之間互相溝通的能力。

4.擁系統(tǒng)開發(fā)工具，比如：VR開發(fā)平臺、多端口VR技術(shù)等。

5.系統(tǒng)集成技術(shù)，把大量的模型與感知信息完美融合在一起。

（三）虛擬景區(qū)交互功能設(shè)計

基于Unity平臺實現(xiàn)二七紀(jì)念塔漫游系統(tǒng)各項交互功能的開發(fā)。主要包括：基于包圍盒的碰撞檢測功能（Collider）、角色控制器的漫游功能（Character Controller）、地圖導(dǎo)航功能（NavMeshAgent）、信息存儲和查詢功能（UI實現(xiàn)場景信息介紹，選項菜單）、場景風(fēng)格化功能、多媒體的添加功能、粒子特效功能（Particle System）、室內(nèi)外場景切換功能（異步場景切換實現(xiàn)多場景加載）等，增加VR游樂設(shè)施，通過體感設(shè)備與VR顯示設(shè)備實現(xiàn)虛擬環(huán)境與現(xiàn)實體驗相結(jié)合，是沉浸式的游樂設(shè)施。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的制作的虛擬場景與體感設(shè)備捕捉的游客的交互動，作為傳統(tǒng)的游樂設(shè)施創(chuàng)造了更豐富的沉浸式體驗。下面是部分功能代碼片段：

1.Game_1_UI腳本

public class Game 1 UI ： MonoBehaviour {

public Button backBtn;

void Start（） {

backBtn. onClick. AddListener （BackBtnEvent）;

//將場景中按鈕與腳本事件綁定

}

void Update （） {

}

//點擊按鈕蹺轉(zhuǎn)到第一個場貴

public void BackBtnEvent （） {

SceneManager.LoadScene （0）;

}

}

2.Video Play腳本

public class VideoPlay ： MonoBehaviour {I

//這個腳本用來播放視頻

public Mov1eTexture mt;

void Start （） {

mt. Play（）;

mt. loop= true;

}

void Update （） {

}

}

3.EventClick腳本

public class EventClick ： MonoBehaviour，IPointerClickHandler {

public Image img;

void Start（） {//開始名單隱藏

img.gameObject.SetActive （false）;

}

//點擊墻面出現(xiàn)烈士名單

int count = u;

public void OnPointerClick（PointerEventData eventData） {

count++;

if （count == 1） {

img.gameObject.SetActive （true）;

}

if （count == 2） {

img.gameObject.SetActive （false）; count = O;

}

}

}

2基于Unity3D的二七紀(jì)念塔紅色文化VR虛擬旅游系統(tǒng)的測試分析

對應(yīng)以上所設(shè)計的基于Unity3D的二七紀(jì)念塔紅色文化VR虛擬旅游系統(tǒng)進(jìn)行實際的測試分析，以檢測該系統(tǒng)的合理性和有效性。

2.1二七紀(jì)念塔虛擬建模測試

二七記住塔旅游文化的展示是用戶的體驗的核心部分，真實的呈現(xiàn)原場景的效果會讓用戶更具有沉浸感，增強(qiáng)身臨其境的感受。因此在建模過程中需要盡可能的還原真實場景。同時在后期處理時需要對場景模型優(yōu)合處理。期中包括有優(yōu)化模型的面數(shù)，減少數(shù)據(jù)量的產(chǎn)生，對于貼圖盡可能使用紋理和顏色，減少大規(guī)模貼圖的使用。這里完成了兩個有代表性展廳的設(shè)計，均是按照展廳實際情況還原建模。

2.2交互系統(tǒng)的測試

本系統(tǒng)為給用戶沉浸式的體驗，設(shè)計了多處人機(jī)交互，以增強(qiáng)與虛擬場景的互動效果，主要實現(xiàn)的功能有進(jìn)入二七塔內(nèi)容，用戶進(jìn)入主界面后，首行看到的就是二七塔的全貌，就像是在現(xiàn)實中來到二七廣場一樣。接著用戶可以選擇上樓觀看，此時鏡頭會接近，進(jìn)出用戶選擇的樓層內(nèi)部。在室內(nèi)場景中，用戶除了可以移動鼠標(biāo)360度觀察場景效果外，同時還設(shè)計有室內(nèi)文物信息的交互互動，如點擊墻上的顯示器模型，就可以播放一段二七塔的相關(guān)視頻;點擊二七大罷工照片，就可以在旁邊顯示參加過二七大罷工工人的名單以及他們的詳細(xì)信息，同時用戶還可以選擇切換不同樓層進(jìn)行參觀等。由于本軟件目前是測試版，因此在交互系統(tǒng)上所采用的功能主要是通過鍵盤或鼠標(biāo)交互，手機(jī)版是通過觸屏和攝像頭交互。后期若作為商業(yè)應(yīng)用，將加入目前市場消費版的交互式硬件支持，如手柄和頭顯（VR頭盔）等，達(dá)到更加逼真的沉浸式場景效果。

3存在的問題

本系統(tǒng)的設(shè)計，除了場景的真實還原外，還需要提升全方位多層次的人機(jī)交互技術(shù)讓用戶擁有真實的體驗感，VR技術(shù)中自然界面和超自然界面對人機(jī)交互具有重要作用，代表了未來VR輸入發(fā)展的方向。但是這一領(lǐng)域依然存在一些有待解決的問題，具體分析如下：

1.虛擬現(xiàn)實交互功能還不完善

目前大多數(shù)的用戶仍然習(xí)慣與傳統(tǒng)交互界面，對于新的操作方式沉浸式虛擬現(xiàn)實雖然已經(jīng)在國內(nèi)外受到大力推廣，但是在設(shè)計上還需改進(jìn)，既要保證直覺的自然性和舒適性又要符合用戶長久以來的操作習(xí)慣。

2.傳統(tǒng)的輸入設(shè)備和交互方法無法滿足沉浸式虛擬現(xiàn)實的需要

大部分人機(jī)交互系統(tǒng)的有效性都是系統(tǒng)開發(fā)者決定的，目前虛擬現(xiàn)實的發(fā)展要點之一就是增進(jìn)交互的沉浸感，而現(xiàn)有的游戲控制器和鼠標(biāo)鍵盤等輸入設(shè)備由于缺乏自然性，無法提供虛擬現(xiàn)實中的沉浸感，而沉浸式虛擬現(xiàn)實（IVR）的鮮明特性就是其可以提供自然直接的三維交互功能。HMD平臺下基于手勢的交互方法的研究較少頭戴顯示器因其對計算機(jī)圖形性能和運動跟蹤實時性的嚴(yán)苛要求，一直未有良好的消費級產(chǎn)品推向市場，目前基礎(chǔ)設(shè)備仍然比較貴，對于普通家庭來說普及性不大。同時各種交互方案爭相推出，但基于手勢的交互方法仍是研究的重點，而這方面的研究和應(yīng)用還比較稀少。

參考文獻(xiàn)

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[2]孫斌.基千交互式虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)上的室內(nèi)設(shè)計表達(dá)研究[J]福建茶葉，2019，41（6）：48.

[3]張少波.沉浸式虛擬現(xiàn)實中人機(jī)交互關(guān)鍵技術(shù)研究[D].重慶郵電大學(xué)，2016.

[4]李佳皓，路越.媒體融合環(huán)境下虛擬現(xiàn)實技術(shù)在交互式影像中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020，（第4期）.

作者簡介

王明瑞，（1982年10月-），女，河南鄭州，講師，主要從事虛擬現(xiàn)實，動漫建模

基金項目

河南省高等學(xué)校重點科研項目計劃（項目編號：20B413008）

河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐立項項目（立項編號：2019SJGL X810）