青銅器VR作品開發(fā)技術(shù)與實踐

楊艷萍 傅駿 魏靈玥 戴旺 傅馨竹 藺虹賓

摘 要：【目的】國家提倡使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)為文化強國建設(shè)提供有力支撐。開發(fā)青銅器VR作品是弘揚傳統(tǒng)文化的重要體現(xiàn)?！痉椒ā吭陂_發(fā)青銅器VR作品的素材準備階段，首先，選用光影魔術(shù)手、錄音專家、BBFlash等軟件處理文本、圖片、聲音和視頻等素材。其次，選用FreeCAD、3DSmax、Scultrips來繪制場館、青銅器三維模型，導出為fbx、babylon等格式備用。最后，使用Unity3D、萬維引擎來開發(fā)作品，分別發(fā)布成.exe和網(wǎng)頁版?！窘Y(jié)果】開發(fā)出的青銅器VR作品達到預期效果，讓青銅作品借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)“活起來”，有效踐行了傳統(tǒng)文化創(chuàng)新發(fā)展的理念?！窘Y(jié)論】開發(fā)青銅器VR作品是系統(tǒng)性工作，需要多方面支持，要嚴格遵循素材準備、三維建模、開發(fā)與發(fā)布的流程，結(jié)合具體設(shè)計方案選擇相應(yīng)的設(shè)計軟件。

關(guān)鍵詞：青銅器；VR作品；開發(fā)技術(shù)

中圖分類號：TP391.9；TS934? ?文獻標志碼：A? ?文章編號：1003-5168（2023）09-0027-04

Abstract： [Purposes] The state advocates the use of virtual reality technology to provide strong support for the cultural power. The development of bronze VR works is an important embodiment of carrying forward traditional culture. [Methods] In the material preparation stage of developing VR works for bronze ware， firstly， software such as NEO iMAGING， sound recording expert and BBFlash were used to prepare materials such as text， pictures， sound and video. Secondly，F(xiàn)reeCAD， 3DSmax and Scultrips were used to draw the stadium and bronze three-dimensional model ，which were used to export to FBX， Babylon and other formats for backup. Finally， we choose Unity3D and the world dimension engine to developed works which were published as EXE and web version. [Findings] It was proved that the VR bronze ware works achieved the expected effect， which made the bronze ware works“Come to life” with the help of virtual reality technology， and effectively promoted the innovation and development of traditional culture. [Conclusions] The development of bronze ware VR works is a systematic work， which needs support from many aspects. The process of“Material preparation-3d modeling-development and release” should be strictly followed， the corresponding design software system is selected according to the concrete design scheme.

Keywords： bronzes; VR works;develop technology

0 引言

2022年11月，工業(yè)和信息化部、教育部等五部委聯(lián)合發(fā)布《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃（2022—2026年）》（以下簡稱《行動計劃》）。《行動計劃》重點任務(wù)“加速多行業(yè)多場景應(yīng)用落地”中的“虛擬現(xiàn)實+文化旅游”領(lǐng)域提出，推動文化展館、旅游場所、特色街區(qū)開發(fā)虛擬現(xiàn)實數(shù)字化體驗產(chǎn)品，讓優(yōu)秀文化和旅游資源借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)“活起來”。

本研究以省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題“你好，青銅器”流程為依托，可選用不同軟件，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將青銅器融入VR環(huán)境中，豐富作品文化內(nèi)涵，助力弘揚中國傳統(tǒng)文化。

1 素材準備

開發(fā)VR作品所需素材有圖片、文字、聲音、視頻等，對收集到的素材處理后才能使用。Everything可在秒級甚至毫秒級對全盤資料文件名進行查找，TextSeek可對多種格式的正文內(nèi)容實現(xiàn)關(guān)鍵詞快速查找。

1.1 文字

文字素材在VR作品中既可純文字展示，也可在圖片中展示。在aconvert.com中將pdf文檔轉(zhuǎn)化為可編輯文本。使用字體時不要侵犯版權(quán)，“字由”提供免費字體，可供選擇。對中文和漢語翻譯時，選用DeepL翻譯，可實現(xiàn)多種語言的相互轉(zhuǎn)換。利用百度AI開放功能制作了“人工智能圖像識別小幫手軟件（2019SR0504972）”，通過OCR技術(shù)將圖片轉(zhuǎn)換為文字，正確率接近100%。

1.2 圖片

可選用“億圖腦圖”或“知犀”來制作思維導圖、流程圖?！肮庥澳g(shù)手”擁有自動曝光、亮度對比度、飽和度等調(diào)圖參數(shù)，能輕松實現(xiàn)背景虛化、局部上色、褪色舊相等數(shù)碼暗房特效，還提供海量精美邊框素材。“光影魔術(shù)手”的“摳圖”功能包括自動摳圖、手動摳圖、形狀摳圖、色度摳圖等。在使用自動摳圖功能時，用戶可使用“自動筆”在需要保留的部分畫線、用“刪除筆”在需要刪除的部分畫線，經(jīng)過細節(jié)整理后進行保存，就可獲得無背景的png格式圖片。利用“光影魔術(shù)手”的自動摳圖功能對照片進行處理，處理前后的對比如圖1所示。

1.3 聲音

聲音素材的處理包括從視頻中提取、合成片段及聲音格式的轉(zhuǎn)換。使用錄音專家可將視頻中的文字提取出來，實現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換，還可將文字轉(zhuǎn)化為音頻，甚至可將某一部分聲音素材提取出來。本研究利用百度AI人工智能技術(shù)制作的小程序“人工智能技術(shù)利器軟件（2020SR0453598）”，實現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換，并生成MP3文件。

1.4 動畫

ScreenToGif可實現(xiàn)錄制gif動圖，支持錄制屏幕、攝像頭錄制。編輯器對錄制的導入動畫逐幀進行編輯，能編輯畫面，也能調(diào)整幀數(shù)。

1.5 視頻

可選用PotPlayer軟件觀看下載的視頻素材，界面簡潔，兼容多種格式，支持字幕切換、音軌切換、倍速播放等。錄制的視頻選用英國Blueberry Software公司開發(fā)的BBFlashBackPro軟件，幫助用戶錄制屏幕中的所有動態(tài)圖像。只要錄制、編輯時，可添加片頭、片尾、字幕、高亮、指示燈，發(fā)布的格式要滿足設(shè)計需要。

2 三維建模

利用AIGC技術(shù)設(shè)計青銅器園區(qū)。選用開源軟件FreeCAD繪制場館、涼亭等建筑物及門窗、展柜、畫框等模型場。選用開源軟件Scultrips繪制鼎、簋、匜、三星堆面具等青銅器。完成模型貼圖后，輸出為fbx或babylon格式備用。

2.1 園區(qū)設(shè)計

利用AIGC技術(shù)對園區(qū)進行設(shè)計。Artificial Inteligence Generated Content（AIGC）是利用人工智能技術(shù)生成文字、圖像、視頻、音頻、游戲等內(nèi)容的［1］。研究團隊利用AIGC技術(shù)設(shè)計的青銅器園區(qū)初稿如圖2所示，后期在此基礎(chǔ)上進行詳細設(shè)計。

在手機上應(yīng)用AIGC技術(shù)，可選用Dream by WOMBO（夢境生成）、夢幻AI畫家。

2.2 場館模型繪制

青銅器展館、亭臺樓閣等建筑物及門窗、展柜、畫框等模型有確定尺寸，可選用機械類三維軟件進行繪制，常用的商業(yè)機械三維軟件有Solidworks、UG、Creo等，開源軟件有DesignSpark、FreeCAD等。FreeCAD是法國Matra Datavision公司開發(fā)的、基于OpenCASCADE的開源CAD/CAE工具，常用于機械、建筑、船舶等行業(yè)的繪圖，生成、進入需要繪制草圖的平面，創(chuàng)建相對于當前圖形距離或角度的平面，繪制的基本形狀有點、直線、多線段、圓、圓弧、矩形等，只能對封閉圖形（所有點都有連接）進行拉伸、旋轉(zhuǎn)操作［2］。

2.3 青銅器模型

繪制藝術(shù)類三維模型建模可選用3DSMax、Maya、Zbrush等商業(yè)軟件。開源藝術(shù)類三維軟件有Sculptris、Blender等。Scultrips是從一個球體或平面開始，用Crease折痕、Rotate旋轉(zhuǎn)、Scale縮放、Draw雕刻、Flatten撫平等筆刷工具繪制各類藝術(shù)三維模型，使用Reduce Brush降低網(wǎng)格密度、Subdivide All細分模型、Mask繪制遮罩、Symmetry對稱開關(guān)等，實現(xiàn)精細繪制。利用開源藝術(shù)類軟件 Scultrips繪制三星堆面具模型如圖3所示。

3 VR作品開發(fā)

用Unity和萬維分別制作“你好，青銅器”VR作品。當用戶靠近青銅器時，觸發(fā)激活文本、語音、圖片和視頻等素材，進行深入學習，通過“知識問答”來檢驗學習效果。

3.1 開發(fā)引擎

VR作品的原生開發(fā)引擎有Unity3D、UnrealEngngine、CryEngine、VRPlatform等，要求開發(fā)者具

有良好的編程能力和較高的英語水平，能熟練安裝

SDK，以適應(yīng)不同的硬件或發(fā)布成各種版本。OpenVR是由 Valve公司開發(fā)的VR設(shè)備通用API，不關(guān)注硬件設(shè)備造成的差異。

3.2 利用Unity3D開發(fā)

Unity3D開發(fā)流程如下，素材導入、場景布置、編寫腳本并調(diào)試、發(fā)布，要求電腦配置較高，保證編輯過程流暢［3］。

3.2.1 素材導入 。①導入Unity3D素材。右鍵Project/Assets，選擇Import Package，導入標準包Standard，分類在Favorites中。點擊菜單“Window/Asset Store”，導入商城資源。②導入項目收集和制作的素材。音頻可直接試聽，能顯示時長，圖片導入時默認為Texture格式，選中Texture后在Inspector/TextureType/Apply中轉(zhuǎn)換為Sprite（2DandUI）。要注意的是，模型素材必須為.fbx格式。

3.2.2 場景布置。根據(jù)AIGC設(shè)計的園區(qū)初稿，在Unity3D中利用地形Terrian繪制園區(qū)的三維模型，添加花草樹木、湖泊波浪。添加風區(qū)Wind Zones組件，導入繪制好的5個青銅器展館三維模型，布置在園區(qū)模型內(nèi)，為燈具添加Light組件。檢查模型位置是否正確，調(diào)整優(yōu)化布局，完成場景布置。在 Unity3D中布置的“專題館”展館如圖4所示。

3.2.3 腳本與調(diào)試。目前，Unity3D只支持C#語言。為實現(xiàn)靠近“虢季子白盤”時電視墻dsq自動播放“虢季子白盤.mp4”，離開青銅器時電視墻dsq停止播放，觸發(fā)代碼如下。

private void OnTriggerEnter（Collider other）

{

if （other.tag == "Guojizibaipan"）

dsq.VideoClip=“虢季子白盤.mp4”;

dsq.gameObject.SetActive（true）;

}

private void OnTriggerExit（Collider other）

{

dsq.gameObject.SetActive（false）;

}

在Visual Studio中編寫腳本并調(diào)試。若腳本有修改，保存后再次運行。

3.2.4 發(fā)布。Unity3D項目發(fā)布成.exe的步驟如下，選擇File/Build Settings，點擊Add open scene添加場景，將啟動場景放在第一個。選擇需要發(fā)布的平臺，點擊Build，在彈窗中設(shè)置路徑、名稱后點擊保存。

3.3 利用萬維引擎開發(fā)

萬維引擎開發(fā)VR作品的一般流程如下，素材導入、場景布置、填寫Excel表格并調(diào)試、發(fā)布。上述過程是在www.cool360.com中直接完成。

3.3.1 素材的導入。導入圖片、聲音和視頻素材后，萬維引擎為每個素材賦予一個ID號，以便調(diào)用。導入園區(qū)、場館等模型的格式必須為.babylon。在萬維引擎的“資源面板”中，右鍵點擊“上傳”，導入三維模型。

3.3.2 場景布置。在萬維引擎的“資源面板”中選中babylon，右鍵選擇“加載”，導入園區(qū)、場館等模型，放置青銅器，同時調(diào)整位置、比例、優(yōu)化。

3.3.3 腳本與調(diào)試。萬維引擎不用編寫腳本，只用填寫Excel表格，就可實現(xiàn)復雜的邏輯和各種功能。為實現(xiàn)青銅器“知識問答”功能，在Excel表中D列和H列填寫的內(nèi)容見表1。

[D列 H列 GUI事件， 2D畫布.知識問答.下一題， 點擊 *題干=“所謂“藏禮于器”體現(xiàn)了青銅器的哪種功能：” *選項1=“A.裝飾功能” *選項2=“B.文化功能” *選項3=“C.社會功能” *選項4=“D.宗教功能” *正確答案=C ]

由表1可知，“知識問答”的正確答案為“C”。用戶選擇答案C時，答案C按鈕將變灰，提示“答對啦！”。萬維引擎中設(shè)置的青銅器知識問答如圖5所示。

萬維引擎的Excel表格每3 s自動保存一次。當用戶修改Excel表格內(nèi)容時，不用采取保存操作，避免因未保存而出現(xiàn)丟失的情況。

3.3.4 發(fā)布。在萬維引擎中點擊“發(fā)布”，將獲得一個網(wǎng)址，用戶可通過網(wǎng)址來訪問VR作品。

4 結(jié)語

《行動計劃》提出“以虛擬現(xiàn)實新業(yè)態(tài)推動文化經(jīng)濟新消費，為制造強國、網(wǎng)絡(luò)強國、文化強國和數(shù)字中國建設(shè)提供有力支撐，不斷滿足人民群眾對美好生活的需要”。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)文旅產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景。

“你好，青銅器”VR作品成功研發(fā)后，用戶可自主控制游覽順序及文本、語音、圖片和視頻等一個或多個方式，適用于不同年齡階段人群，讓用戶在沉浸式環(huán)境中學習青銅器的知識和制造技術(shù)，充分體現(xiàn)現(xiàn)代VR作品的特色和優(yōu)勢，弘揚傳統(tǒng)文化，增強民族自豪感。

在開發(fā)制作VR作品的各個環(huán)節(jié)中，均有多個軟件和技術(shù)可供選擇，應(yīng)綜合考慮功能和價格，作出恰當?shù)倪x擇，對收集到的素材和免費試用軟件一定要注意知識版權(quán)保護范圍。

參考文獻：

［1］翟尤，李娟.AIGC發(fā)展路徑思考：大模型工具化普及迎來新機遇［J］.互聯(lián)網(wǎng)天地，2022（11）：22-27

［2］李振廣.基于FreeCAD的粒子模擬三維建模軟件平臺研究［D］.成都：電子科技大學，2021.

［3］孔吉宏，丘恩華，呂毅松，等.基于Unity的水電站安全操作仿真平臺設(shè)計［J］.電子設(shè)計工程，2022（23）：66-70.