長城遺址虛擬漫游動畫的設(shè)計與實現(xiàn)

韓玉潔 黨倩倩 趙艷

摘要：傳統(tǒng)的長城遺跡文化宣傳大都通過文字、圖片、視頻的方式展示。但是文字表述不夠詳細(xì)，圖片缺乏立體感，視頻具有視覺限制，對于想要了解長城遺址的觀看者來說缺乏互動性，體驗感差。本項目將三維建模技術(shù)、虛擬漫游技術(shù)和三維動畫技術(shù)相結(jié)合，采用第一、三人稱鏡頭進(jìn)行模擬，實現(xiàn)用戶在漫游動畫中自由游覽。對長城遺址各部分建筑進(jìn)行交互式設(shè)計，產(chǎn)生觸發(fā)式文字介紹和交互體驗，為觀看者進(jìn)行介紹和指導(dǎo)。同時加入天空盒調(diào)節(jié)的功能，實現(xiàn)長城遺址白天和夜晚的情景模擬。讓人們在計算機(jī)構(gòu)建的虛擬世界中學(xué)習(xí)長城遺址文化，進(jìn)行沉浸式視覺體驗，學(xué)習(xí)文明游覽知識，從而實現(xiàn)對長城遺址的保護(hù)和宣傳。

關(guān)鍵詞：長城遺址;漫游動畫

一、國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

目前虛擬漫游技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，隨著數(shù)字化技術(shù)和三維建模技術(shù)的不斷完善，開始應(yīng)用于游戲、建筑、旅游遺址、影視場景等方面。在國外也有很多典型案例，在西班牙利用三維數(shù)據(jù)庫建模和優(yōu)化工具制作的圣地亞哥大教堂的虛擬場景，不僅使參觀者可以看到復(fù)原的教堂外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部復(fù)原效果，還能更好的了解遺址本身及其文化。在日本利用漫游交互軟件重現(xiàn)了日本犬山城，犬山城遺址是日本的國寶，能讓參觀者自由選擇觀看場景和想要了解的文化，不僅注重了建筑模型本身的重現(xiàn)，還注重了周圍環(huán)境的還原，體現(xiàn)嘗試數(shù)字化保護(hù)遺址和傳播遺址文化的一種方法。

在國內(nèi)，許多地方已經(jīng)開始數(shù)字化建設(shè)，比如故宮博物院的端門數(shù)字館，“數(shù)字導(dǎo)覽”模塊下以高精度的三維建模故宮為基礎(chǔ)進(jìn)行互動演示，用高清屏幕將近百件故宮珍藏品，通過三維模型的方式進(jìn)行展示，從而觀看細(xì)節(jié)和了解信息，進(jìn)行親密的接觸，最大程度的還原了文物，構(gòu)建的虛擬多寶閣，可以讓更多人學(xué)習(xí)和觀賞。公開的220號洞窯中借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行全景漫游，將墻壁中因自然原因變黑的佛像展示在眼前，并且可以隨意放大壁畫中任意部位，已有180多個洞窯實現(xiàn)數(shù)字化，將古老的敦煌跨越時空展示給全世界，實現(xiàn)文化遺址的數(shù)字化保護(hù)、傳承與交流。在2021年的春節(jié)聯(lián)歡晚會上，劉德華的節(jié)目首次采用了AI+VR裸眼3D演播室技術(shù)，共建立了4個虛擬建模場景。劉德華演唱的時候與經(jīng)過處理的三維效果元素進(jìn)行了有效的互動，讓觀眾感覺更加真實，從而體驗了一場身臨其境的視覺盛宴。

二、研究目的

通過三維場景漫游動畫確切的來說是一種表達(dá)展現(xiàn)的手段，以廣泛的、綜合性強(qiáng)的方式給人們展現(xiàn)場景，根據(jù)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)來對場景籌劃安排和表現(xiàn)的更生動、更立體的一種表達(dá)展現(xiàn)手段，制作客家文化風(fēng)情漫游動畫可以讓人們從多個方位，多視角的觀看土樓村落的布局和細(xì)微之處，分解土樓村落的特色，并且土樓村落場景還可以模擬光線、天氣、聲音等，從而起到一種陶醉式的場景漫游感受，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)與我國傳統(tǒng)客家土樓村落相結(jié)合起來。

為土樓村落今后的開拓和發(fā)展給予了更加合理和行之有用的方法，向人們展示立體的場景漫游效果，使人們可以體驗中國美麗的客家土樓村落風(fēng)光，欣賞客家祖先們留下的精神文明遺產(chǎn)，感受土樓建筑的鬼斧神工，使身心得到放松，增加土樓曝光度，也起到了宣揚(yáng)文化和體驗文化的作用。

三、研究內(nèi)容

本項目從技術(shù)分析、需求分析、設(shè)計實現(xiàn)三個方面對長城遺址虛擬漫游動畫進(jìn)行研究說明：首先從技術(shù)分析方面，進(jìn)行詳細(xì)介紹長城遺址虛擬漫游動畫所需要的技術(shù)，并將所有的技術(shù)進(jìn)行比較，選擇最適合本場景的技術(shù)進(jìn)行說明;然后從需求分析方面，進(jìn)行查閱相關(guān)資料，了解長城遺址的內(nèi)容，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場的報道，掌握基本地形地貌，對特殊的外形進(jìn)行特殊研究，以保證準(zhǔn)確性。最后從設(shè)計實現(xiàn)方面，根據(jù)需求分析設(shè)計對長城遺址進(jìn)行功能、場景等設(shè)計，再進(jìn)行三維建模、場景搭建和材質(zhì)貼圖，最大程度的還原長城遺址場景，并進(jìn)行漫游動畫的燈光環(huán)境設(shè)置、交互實現(xiàn)、音樂特效、鏡頭測試、運(yùn)行測試、渲染測試等。

長城遺址虛擬漫游動畫詳細(xì)研究如下：

1.分析開發(fā)工具，研究三維建模技術(shù)、虛擬漫游技術(shù)、三維動畫技術(shù)的各自優(yōu)勢，總結(jié)出使用的工具及關(guān)鍵技術(shù)。

2.根據(jù)查閱的相關(guān)資料和現(xiàn)場報道，進(jìn)行相關(guān)分析，確定出設(shè)計地點及建筑尺寸、風(fēng)格、環(huán)境。

3.根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行三維幾何建模，進(jìn)行材質(zhì)貼圖，導(dǎo)出FBX模型。

4.豐富場景設(shè)計，編寫腳本代碼，利用第一、三人稱鏡頭模擬視角進(jìn)行觀看，點擊場景出現(xiàn)文字說明和語音說明，實現(xiàn)相應(yīng)交互設(shè)計，碰撞檢測是加上相應(yīng)的碰撞體、剛體等，實現(xiàn)自然界中人不能穿越墻壁的效果，達(dá)到更為真實的漫游體驗。

5.為符合人的邏輯思維和動畫整體要求對漫游動畫鏡頭進(jìn)行反復(fù)測試，并進(jìn)行渲染測試，以保證漫游動畫的質(zhì)量。

四、創(chuàng)新點與特色

1.沉浸式視覺震撼力：三維建模技術(shù)構(gòu)建的長城遺址三維模型，極大程度的還原了長城遺址建筑，避免了常規(guī)拍攝無法實現(xiàn)的長城遺址建筑的所有細(xì)節(jié)問題。根據(jù)虛擬漫游技術(shù)搭建大型的場景，不僅吸引觀看者看到每處建筑的細(xì)節(jié)，還可以使觀看者具有沉浸式體驗，從而產(chǎn)生視覺震撼力。

2.有利于宣傳長城遺址和文明游覽：加入相關(guān)交互設(shè)計，擺脫枯燥乏味的文字介紹，在漫游動畫的交互中讓更多人了解長城，了解建立長城的偉人，學(xué)習(xí)他們勤奮、智慧、堅韌不拔的精神和意志，從而保護(hù)長城遺址和傳播遺址文化，還能學(xué)習(xí)的文明游覽的好品質(zhì)，增加了一種保護(hù)遺址和傳播遺址文化的數(shù)字化方式。

3.有利于真實、動態(tài)的漫游體驗：在長城遺址漫游動畫中，通過3D環(huán)繞和第一、三人稱的鏡頭，可以使觀看者從多個角度、方位等自由觀看場景的每處細(xì)節(jié)，來看到“活”起來的長城遺址，獲得良好的旅游視覺體驗和真實環(huán)境體驗。

4.有利于資源共享：不僅使長城遺址脫離時間、條件、地域的限制，而且讓更多人有機(jī)會參與到學(xué)習(xí)和研究上，節(jié)省了人力、物力，成為保護(hù)遺址和傳播遺址文化強(qiáng)有力的手段。

參考文獻(xiàn)

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[2]李虹，陸培培.基于Unity3D的虛擬動畫系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（08）：164-168.

2021年度全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“長城遺址虛擬漫游動畫的設(shè)計與實現(xiàn)”206號;

作者簡介：

黨倩倩200110 山東濟(jì)南 女 漢 山東協(xié)和學(xué)院研究方向 數(shù)字媒體技術(shù) ?本科 學(xué)生

韓玉潔 200012 山東濟(jì)南 女 漢 山東協(xié)和學(xué)院研究方向 數(shù)字媒體技術(shù) ?本科 學(xué)生

趙艷 198204山東費縣 女 漢 山東協(xié)和學(xué)院 研究方向 影視動畫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù) 碩士 副教授