虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在旅游中的運(yùn)用
——以余東古鎮(zhèn)虛擬漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐為例

◇史敏麗 宋思潼

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)生成一種可對(duì)參與者直接施加視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)感受，并允許其交互地觀察和操作的虛擬世界的技術(shù)，可使用戶產(chǎn)生身臨其境的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，醫(yī)生可以借助虛擬空間進(jìn)行手術(shù)預(yù)演，提高手術(shù)成功率；在軍事領(lǐng)域，作戰(zhàn)部隊(duì)可利用虛擬空間完成模擬訓(xùn)練等任務(wù)，從而大大降低軍隊(duì)演習(xí)成本；在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師可通過(guò)虛擬空間向用戶直觀展示設(shè)計(jì)方案，提升設(shè)計(jì)效率。

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，人們對(duì)傳統(tǒng)文化的認(rèn)同感不斷增強(qiáng)，人們了解傳統(tǒng)文化的方式不再滿足于文字和圖片，而是希望能走進(jìn)文化傳承地，親身感受傳統(tǒng)文化。借助互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，人們足不出戶就可以借助虛擬場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的虛擬游覽。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合了多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維仿真技術(shù)等的新技術(shù)。因此，設(shè)計(jì)師可將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于古鎮(zhèn)文化傳播中，對(duì)古鎮(zhèn)的建筑、環(huán)境、地形等在虛擬空間內(nèi)進(jìn)行還原，結(jié)合數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)將古鎮(zhèn)當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)文化以視頻、音頻等形式記錄下來(lái)，并融入虛擬空間，讓用戶在虛擬空間中漫游古鎮(zhèn)，前往古鎮(zhèn)的各個(gè)景點(diǎn)，通過(guò)與虛擬場(chǎng)景的交互了解古鎮(zhèn)，感受古鎮(zhèn)的傳統(tǒng)文化。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用

20世紀(jì)40年代，美國(guó)最早開(kāi)始對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行研究。起初，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被應(yīng)用于對(duì)宇航員和飛行員的模擬訓(xùn)練。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用也逐漸轉(zhuǎn)向民用，集中在用戶界面、感知、硬件和后臺(tái)軟件四個(gè)方面[1]。20世紀(jì)80年代以前，由于技術(shù)的限制，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。20世紀(jì)90年代以后，由于各項(xiàng)技術(shù)的突破與發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了快速發(fā)展，并成為一個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)域。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療、旅游、游戲等領(lǐng)域。在旅游領(lǐng)域，借助逼真的虛擬場(chǎng)景，人們足不出戶就能體驗(yàn)到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)景。在國(guó)外，越來(lái)越多的人愿意接受并嘗試虛擬現(xiàn)實(shí)旅游。

2016年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被正式列入我國(guó)《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄（2016版）》。在旅游行業(yè)，設(shè)計(jì)師可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)實(shí)體景觀進(jìn)行再現(xiàn)或者移植，利用交互式平臺(tái)構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)漫游與人工漫游之間的自如切換，為游客在人機(jī)交互的界面中打造充滿沉浸感的全景漫游體驗(yàn)[2]。此外，虛擬校園、虛擬古鎮(zhèn)系統(tǒng)方面的研究取得較多成果，比如：學(xué)者李遇涵開(kāi)發(fā)了具有三維顯示、在線虛擬漫游、信息管理和服務(wù)功能的虛擬校園漫游系統(tǒng)，用戶可以全方位參觀校園環(huán)境，產(chǎn)生身臨其境的體驗(yàn)，極大地促進(jìn)了校園形象的宣傳和信息管理[3]；學(xué)者仲于姍將Unity3D引擎作為虛擬校園漫游系統(tǒng)的主要開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使用Autodesk Maya軟件的三維建模技術(shù)，解決了目前在虛擬校園漫游系統(tǒng)中存在的場(chǎng)景仿真效果不佳、信息獲取量較小、開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了三維虛擬校園漫游系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[4]；學(xué)者蔡舟對(duì)最短路徑算法與TSP算法結(jié)合的自動(dòng)漫游算法進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于3D交互式的虛擬古鎮(zhèn)旅游系統(tǒng)[5]。在國(guó)內(nèi)，一些特色古鎮(zhèn)也利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)古鎮(zhèn)虛擬漫游系統(tǒng)，以提高旅游宣傳效果。比如，廣西揚(yáng)美古鎮(zhèn)利用三維數(shù)字模型對(duì)古鎮(zhèn)景觀進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換與還原，使用攝像機(jī)動(dòng)畫(huà)，通過(guò)攝像機(jī)視角帶領(lǐng)用戶在揚(yáng)美古鎮(zhèn)虛擬場(chǎng)景中漫游，欣賞揚(yáng)美古鎮(zhèn)的景色，但用戶不能自由操控視角，缺少虛擬漫游體驗(yàn)的自由度。整體來(lái)看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍處于發(fā)展階段，一些技術(shù)瓶頸還有待突破，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展中。

二、古鎮(zhèn)虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知、沉浸感、交互性等特征，與傳統(tǒng)媒體相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有除了視聽(tīng)感知之外的力覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知、觸覺(jué)感知，甚至還有嗅覺(jué)感知，同時(shí)可使用戶在虛擬環(huán)境中擁有更為真實(shí)的沉浸感與存在感，突破了傳統(tǒng)媒介中用戶被動(dòng)接受信息的狀態(tài)，賦予了用戶更大的自主權(quán)與決定權(quán)，能讓用戶身臨其境，如身處現(xiàn)實(shí)世界一般，獲得全新的感知體驗(yàn)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的上述特性，筆者將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入古鎮(zhèn)旅游開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出了適用于多種平臺(tái)的古鎮(zhèn)虛擬漫游系統(tǒng)。

本次實(shí)踐以江蘇余東古鎮(zhèn)為對(duì)象，通過(guò)田野調(diào)查、焦點(diǎn)訪談、文獻(xiàn)研究等方法了解余東古鎮(zhèn)傳統(tǒng)文化與非物質(zhì)文化遺產(chǎn)傳承現(xiàn)狀，并拍攝與創(chuàng)作余東古鎮(zhèn)傳統(tǒng)文化紀(jì)錄片，實(shí)現(xiàn)對(duì)余東古鎮(zhèn)傳統(tǒng)文化的初步記錄與保護(hù)。通過(guò)實(shí)地測(cè)量與取景獲得余東古鎮(zhèn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用數(shù)字技術(shù)將古鎮(zhèn)標(biāo)志性建筑進(jìn)行數(shù)字化建模，還原古鎮(zhèn)風(fēng)貌。同時(shí)，還將數(shù)字模型和音視頻相融合，完成古鎮(zhèn)虛擬空間的設(shè)計(jì)。運(yùn)用Unity3D引擎將余東古鎮(zhèn)虛擬模型與音視頻相結(jié)合，將余東古鎮(zhèn)紀(jì)錄短片在虛擬的余東劇場(chǎng)中的幕布上進(jìn)行展現(xiàn)，通過(guò)人機(jī)交互方式打破空間的距離，以提升用戶的感知和體驗(yàn)，增強(qiáng)交互的趣味性，讓用戶進(jìn)入虛擬空間觀賞余東古鎮(zhèn)的景色，了解余東古鎮(zhèn)的傳統(tǒng)文化。

三、余東古鎮(zhèn)虛擬漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）余東古鎮(zhèn)景觀的數(shù)字化模型再現(xiàn)

余東又被稱(chēng)作“鳳城”，始于唐朝，至今已有一千多年的歷史。20世紀(jì)50年代初，余東文藝興盛，余東劇場(chǎng)建成后，省內(nèi)外的劇團(tuán)紛紛前來(lái)演出，南通金沙、呂四、三余等地的戲迷常來(lái)觀看，整個(gè)劇場(chǎng)洋溢著文藝氣息。余東古鎮(zhèn)中的建筑雖在歷史的變革中遭受損壞，但在相關(guān)部門(mén)的修繕下依然煥發(fā)著生機(jī)。通過(guò)對(duì)余東古鎮(zhèn)標(biāo)志性建筑——余東劇場(chǎng)周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)余東劇場(chǎng)周邊的建筑以石板路為軸呈對(duì)稱(chēng)分布。在實(shí)踐調(diào)研中，筆者利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍，對(duì)建筑的外觀、布局等進(jìn)行采集，以獲得較為全面、準(zhǔn)確的建筑信息，并對(duì)建筑細(xì)節(jié)進(jìn)行拍攝取樣，獲得高質(zhì)量的圖像資料，然后對(duì)獲取的素材進(jìn)行審查、篩選、分類(lèi)、整理，使得到的三維模型貼圖素材能還原真實(shí)材質(zhì)效果。以搜集的建筑景觀信息為基礎(chǔ)，搭建余東古鎮(zhèn)數(shù)字模型，以余東劇場(chǎng)與余東古城墻的模型還原為主。以余東劇場(chǎng)為例，其整體模型創(chuàng)建可分為整體模型與室內(nèi)細(xì)節(jié)模型兩大部分。根據(jù)建筑信息，確定余東劇場(chǎng)的整體比例，利用多邊形建模工具制作余東劇場(chǎng)的基礎(chǔ)模型，確?；A(chǔ)模型比例準(zhǔn)確后，搭建模型的外部結(jié)構(gòu)，例如樓梯、屋檐、屋頂?shù)?，同時(shí)根據(jù)余東劇場(chǎng)室內(nèi)場(chǎng)景布局與裝飾，一步步完善室內(nèi)各區(qū)域模型。針對(duì)余東古鎮(zhèn)整體風(fēng)貌的呈現(xiàn)，主要以幾個(gè)基礎(chǔ)房屋模型為樣本，調(diào)整與創(chuàng)建房屋結(jié)構(gòu)，并按現(xiàn)實(shí)街道與房屋布局進(jìn)行整合。整體模型創(chuàng)建完成后，運(yùn)用拍攝的細(xì)節(jié)素材圖繪制材質(zhì)貼圖，為模型賦予材質(zhì)，提升模型的真實(shí)性與美觀度。

（二）余東古鎮(zhèn)傳統(tǒng)文化的影像呈現(xiàn)

對(duì)余東古鎮(zhèn)文化的呈現(xiàn)整體分為兩部分。一是對(duì)余東景觀建筑文化的呈現(xiàn)。筆者利用單反相機(jī)、無(wú)人機(jī)等器材，多角度、多維度地對(duì)余東古鎮(zhèn)進(jìn)行拍攝，以余東古街為線索，以余東城墻與余東劇場(chǎng)為關(guān)鍵點(diǎn)，以余東古鎮(zhèn)中的居民為焦點(diǎn)，結(jié)合建筑景觀特色，運(yùn)用不同的景別、角度、構(gòu)圖，充分展現(xiàn)余東古鎮(zhèn)的整體風(fēng)貌、空間布局、風(fēng)俗習(xí)慣與人文精神。二是對(duì)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的記錄，比如通東民歌。通東民歌是一種流傳于南通海門(mén)北部地區(qū)的民間音樂(lè)，包括勞動(dòng)號(hào)子、小調(diào)歌謠、賀房說(shuō)令等，語(yǔ)言生動(dòng)形象，具有濃郁的江海風(fēng)韻和鄉(xiāng)土氣息，反映了當(dāng)時(shí)勞動(dòng)人民的思想感情和審美情趣。通過(guò)深入訪談通東民歌的傳承人、當(dāng)?shù)氐拿耖g藝人及藝術(shù)家，探尋余東古鎮(zhèn)的發(fā)展歷史與傳統(tǒng)文化，了解余東民歌的傳承發(fā)展與藝術(shù)特性，將訪談過(guò)程、余東建筑風(fēng)貌影像、余東歷史影像素材融合為表現(xiàn)余東古鎮(zhèn)文化的紀(jì)錄短片，并將其融入余東古鎮(zhèn)虛擬漫游系統(tǒng)，以豐富虛擬漫游系統(tǒng)的表現(xiàn)形式與文化內(nèi)涵。

（三）余東古鎮(zhèn)虛擬漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.場(chǎng)景布局與光影效果

Unity3D引擎是實(shí)時(shí)3D互動(dòng)內(nèi)容創(chuàng)作和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，用戶可以通過(guò)此平臺(tái)完成游戲和三維互動(dòng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。在本次設(shè)計(jì)中，筆者使用Unity3D引擎進(jìn)行開(kāi)發(fā)，借助其優(yōu)秀的兼容性，將三維數(shù)字模型與視頻相融合，讓用戶在游覽余東古鎮(zhèn)虛擬場(chǎng)景的同時(shí)，了解余東古鎮(zhèn)的傳統(tǒng)文化。在虛擬漫游系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前，筆者將前期創(chuàng)作的三維數(shù)字模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎，并進(jìn)行整理分類(lèi)，進(jìn)一步優(yōu)化與調(diào)整模型的空間布局，場(chǎng)景布局完成后開(kāi)始著手燈光的設(shè)置。場(chǎng)景燈光能更好地還原現(xiàn)實(shí)的光影效果，提升用戶在虛擬漫游中的真實(shí)感。在燈光設(shè)置上，根據(jù)不同區(qū)域的空間特性，采用不同光源組合實(shí)現(xiàn)光影效果。余東古鎮(zhèn)南城門(mén)至余東劇場(chǎng)的區(qū)域整體面積跨度不大，建筑布局緊湊，各個(gè)位置的大致光照強(qiáng)度相同，因此使用環(huán)境光統(tǒng)一場(chǎng)景的光線強(qiáng)度，獲得統(tǒng)一的光線方向，使其與現(xiàn)實(shí)光照相符。同時(shí)，筆者還調(diào)整優(yōu)化環(huán)境光的照射角度，使建筑、樹(shù)木等產(chǎn)生陰影，并以現(xiàn)實(shí)為參照，通過(guò)調(diào)整陰影的各項(xiàng)參數(shù)，提高畫(huà)面的真實(shí)感。在余東劇場(chǎng)內(nèi)部，由于缺少自然光的直射，劇場(chǎng)內(nèi)光線較弱，因此應(yīng)對(duì)光源進(jìn)行搭配使用。比如：在窗戶附近使用區(qū)域光，以照亮窗戶區(qū)域形成高光，從而還原真實(shí)狀況；在劇場(chǎng)兩側(cè)使用低強(qiáng)度的點(diǎn)光源，還原燈光照射效果，照亮整個(gè)劇場(chǎng)內(nèi)部；劇場(chǎng)內(nèi)的頂棚、門(mén)窗、座椅以木質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，反光性弱，整體色調(diào)偏暖色，因此在室內(nèi)整體燈光設(shè)置上，應(yīng)保持亮度、色調(diào)與現(xiàn)實(shí)相符，營(yíng)造出更貼近現(xiàn)實(shí)的室內(nèi)光照氛圍。

2.以第一人稱(chēng)視角對(duì)空間進(jìn)行呈現(xiàn)

第一人稱(chēng)視角指用戶看到的是游戲人物雙眼直接觀察到的畫(huà)面，是增強(qiáng)沉浸式體驗(yàn)的最佳途徑。在第一人稱(chēng)視角下，用戶的代入感更強(qiáng)，且看到的虛擬場(chǎng)景中的物體更為直觀，有利于提升用戶的主觀體驗(yàn)。但部分用戶會(huì)因雙眼接收到的運(yùn)動(dòng)信息與小腦中得到的信息相沖突，從而產(chǎn)生眩暈感。當(dāng)用戶經(jīng)過(guò)多次體驗(yàn)后，眩暈感會(huì)逐漸消除。在此次研究中，用戶可以第一人稱(chēng)視角穿梭于余東古鎮(zhèn)的街巷中，且可自由選擇場(chǎng)景。在余東劇場(chǎng)內(nèi)，用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊不同的播放按鈕，實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻的播放或切換屏幕中正在播放的數(shù)字視頻，通過(guò)觀看視頻了解余東古鎮(zhèn)傳統(tǒng)文化。為了能讓用戶在虛擬漫游的過(guò)程中實(shí)時(shí)感知自身所處的空間位置，筆者還設(shè)計(jì)與制作了地圖輔助模塊，該模塊可為用戶提供地圖導(dǎo)航，通過(guò)將空中攝像機(jī)與角色位置屬性進(jìn)行綁定，實(shí)時(shí)反饋人物所在位置和人物周邊建筑，進(jìn)一步提升用戶在漫游過(guò)程中的交互體驗(yàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在旅游業(yè)中，可讓人們足不出戶就能游覽各種旅游景點(diǎn)，了解各地的歷史文化，有利于促進(jìn)傳統(tǒng)文化的傳播和建筑風(fēng)貌的保護(hù)。當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍存在一定的局限性，其最大的難點(diǎn)在于模型數(shù)據(jù)的精細(xì)度與實(shí)時(shí)反饋速度之間的矛盾。要想更好地提升用戶的使用體驗(yàn)，則需要提升三維數(shù)字模型的精度，但由于受到計(jì)算機(jī)性能的制約，模型精度越高，對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力要求就越高，運(yùn)行的實(shí)時(shí)性就越差，最終會(huì)影響用戶的感官體驗(yàn)。然而，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，其低延遲、高傳輸速率、高穩(wěn)定性的特性，可在一定程度上提升虛擬漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，加快虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，從而促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。