沉浸式VR非遺展廳的研究與實(shí)現(xiàn)

李晶瑩 蘇龍生 李邦浚 梁展鏗

摘要：現(xiàn)代社會(huì)生活方式和價(jià)值觀念的改變，使得年輕一代對(duì)傳統(tǒng)文化的興趣和認(rèn)可度降低，導(dǎo)致非遺文化的傳承面臨困難。文章針對(duì)以上問(wèn)題，提出以“沉浸式VR體驗(yàn)”為主題設(shè)計(jì)VR非遺展廳平臺(tái)，包含全景漫游、路徑導(dǎo)覽、非遺介紹和3D模型展示等功能。該Web平臺(tái)內(nèi)嵌3D虛擬空間交互展示，有助于用戶多維度、多形式和多層次觀覽非遺文化寶貴成果，實(shí)現(xiàn)非遺文化資源的數(shù)字化存儲(chǔ)、展示、保護(hù)和傳承，也為線下傳統(tǒng)非遺展覽館提供了一種新興發(fā)展方向與技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：VR；沉浸式；非遺；虛擬空間

中圖分類號(hào)：TP391.9? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

非遺文化是不同民族、不同地域、不同人文風(fēng)俗之間層層積累的智慧結(jié)晶。而現(xiàn)如今，一方面，由于經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的制約和多種現(xiàn)代文化藝術(shù)的沖擊，傳統(tǒng)非遺文化市場(chǎng)逐漸沒(méi)落［1］。另一方面，教材對(duì)其所傳授內(nèi)容不夠形象生動(dòng)，了解渠道較少，導(dǎo)致青少年對(duì)非遺文化的自信度與認(rèn)可度降低，進(jìn)一步衍生出人才嚴(yán)重流失、非遺文化并沒(méi)有得到良好的發(fā)揚(yáng)與傳承的問(wèn)題。因此，督促青少年對(duì)非遺文化的學(xué)習(xí)和保護(hù)迫在眉睫。

5G時(shí)代下，元宇宙在社會(huì)上興起，技術(shù)人才用VR、AR和MR相關(guān)技術(shù)打造仿真模擬平臺(tái)。此類平臺(tái)跟其他平臺(tái)相比，具有真實(shí)性、可視性和觸感性等優(yōu)點(diǎn)［2］。故本文針對(duì)上述非遺文化所面臨的現(xiàn)狀和所存在的問(wèn)題，運(yùn)用全景相機(jī)攝錄相關(guān)非遺文化場(chǎng)景、器具和技藝等，結(jié)合非遺項(xiàng)目本身的材質(zhì)、色彩、圖案等特色元素，通過(guò)數(shù)字技術(shù)手段，將非物質(zhì)文化遺產(chǎn)融入三維立體模型，再通過(guò)Unity3D、720云或Pano2VR等工具構(gòu)建三維全景環(huán)境，包括設(shè)計(jì)導(dǎo)覽索引、全景漫游和人機(jī)交互等功能，最后實(shí)現(xiàn)多維的沉浸式VR非遺展廳。

1 沉浸式VR非遺展廳的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用軟硬件設(shè)備為用戶打造一個(gè)與現(xiàn)實(shí)隔絕開(kāi)來(lái)的仿真虛擬世界。主要的軟件技術(shù)有計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和人工智能交互技術(shù)等；常用的硬件有手柄、VR眼鏡和頭盔。該技術(shù)主要通過(guò)VR相機(jī)進(jìn)行場(chǎng)景采集，結(jié)合開(kāi)發(fā)者個(gè)性化設(shè)計(jì)，最終打造仿真多維虛擬環(huán)境。該技術(shù)具有多維性、交互性和虛擬性等多種特點(diǎn)，為用戶提供了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)上的沉浸式體驗(yàn)。

1.2 基于WebGL的圖形渲染技術(shù)

WebGL是一種在CPU上運(yùn)行的繪圖標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。利用諸如Three.js、Cesium.js和Babylon.js等開(kāi)發(fā)框架，用戶可以在多種兼容網(wǎng)站上進(jìn)行2D圖像和3D場(chǎng)景渲染，無(wú)需插件。該技術(shù)通過(guò)在圖像處理單元中應(yīng)用著色代碼，以高像素在瀏覽器中顯示，能夠創(chuàng)建復(fù)雜的三維模型、場(chǎng)景和游戲。使用HTML5和JavaScript技術(shù)實(shí)現(xiàn)加速渲染操作，只需瀏覽器和文本操作框，大大提高了界面的流暢性。

2 沉浸式VR非遺展廳的系統(tǒng)總體架構(gòu)

本項(xiàng)目采用網(wǎng)站搭建和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，以全景漫游為主，建模為輔，構(gòu)造了一個(gè)呈現(xiàn)多樣化、層次鮮明化、結(jié)構(gòu)條理化的系統(tǒng)。如圖1所示，該系統(tǒng)主要分為5個(gè)模塊，分別為非遺保護(hù)概述、路徑導(dǎo)覽、非遺介紹、非遺模型展示以及沙盤(pán)地圖模塊。非遺保護(hù)概述以文字、圖片和視頻的形式描述非遺之歷史、類別和價(jià)值，讓用戶初步認(rèn)識(shí)非遺文化。路徑導(dǎo)覽以圖標(biāo)、文字和導(dǎo)覽圖的形式展現(xiàn)場(chǎng)景信息、路標(biāo)指引和導(dǎo)覽選擇。非遺介紹以文字、圖片、視頻展示英歌舞、潮劇和木偶戲等非遺文化內(nèi)容。開(kāi)發(fā)者同時(shí)用相機(jī)提前拍攝非遺物品和場(chǎng)景，根據(jù)拍攝內(nèi)容對(duì)其大小、紋理和材質(zhì)，以建模的方式對(duì)非遺模型進(jìn)行展示。用戶可點(diǎn)擊具體瀏覽，促進(jìn)對(duì)非遺文化的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。該系統(tǒng)通過(guò)區(qū)域平面圖、手繪圖和區(qū)域衛(wèi)星圖等形式制作沙盤(pán)地圖來(lái)顯示全景圖的方位和場(chǎng)景關(guān)系，實(shí)現(xiàn)漫游場(chǎng)景豐富性和可選擇性。

3 沉浸式VR非遺展廳的實(shí)現(xiàn)

3.1 3D模型展示設(shè)計(jì)

模型建模主要通過(guò)blender實(shí)現(xiàn)。本文的3D模型展示空間設(shè)計(jì)邏輯如圖2所示，首先新建文件，shift+A鍵進(jìn)行初始化立體圖形選擇，其次通過(guò)各種操作對(duì)圖形“加工”。常用模式有：物體模式、編輯模式和雕刻模式。操作對(duì)象有點(diǎn)、線和面。操作類型有旋轉(zhuǎn)、縮放、變換、填充和抓起等。若想對(duì)整個(gè)物體進(jìn)行操作則選擇物體模式，若想對(duì)點(diǎn)邊面進(jìn)行操作則選擇編輯模式或雕刻模式進(jìn)行相關(guān)操作。在建模過(guò)程中，工程師還可以在視圖右上角選擇視圖著色方式并選擇相應(yīng)的視角進(jìn)行查看，完成對(duì)模型的著色渲染等操作。至此，一個(gè)完整的模型即可成功建成。

虛擬3D模型以js文件作為渲染載體，在文件中使用代碼將模型導(dǎo)入虛擬三維空間環(huán)境。首先，實(shí)例變量聲明，進(jìn)行頁(yè)面異常檢測(cè)，如若檢測(cè)異常，則再次進(jìn)行變量聲明，如若正常，則使用方法進(jìn)行初始化三維場(chǎng)景（背景顏色、環(huán)境光照和相機(jī)位置）。值得注意的是，html中的modeIUrl要提前填入模型的路徑，否則會(huì)導(dǎo)致初始化失敗。其次，設(shè)置3D模型動(dòng)畫(huà)控制。本項(xiàng)目主要進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)放縮、監(jiān)聽(tīng)鼠標(biāo)和模型動(dòng)畫(huà)等設(shè)計(jì)，通過(guò)代碼“renderer.render（scene， camera）;”實(shí)現(xiàn)初始化渲染，將設(shè)置好的像素比例、畫(huà)布尺寸和色彩校正渲染呈現(xiàn)出來(lái)。最后，通過(guò)代碼“function setContent（object） {object.updateMatrixWorld（）;}”導(dǎo)入實(shí)景環(huán)境。

3.2 非遺展廳實(shí)景集成

非遺展廳實(shí)景主要通過(guò)pano2VR集成實(shí)現(xiàn)。具體步驟如下：首先照片導(dǎo)入，有上下、左右和前后6個(gè)模塊，選擇自動(dòng)功能，導(dǎo)入全景相機(jī)拍攝的一組照片，即可通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)調(diào)整位置和旋轉(zhuǎn)瀏覽圖片［3］。在功能框選擇熱點(diǎn)導(dǎo)入，在全景圖選擇位置，雙擊鼠標(biāo)添加熱點(diǎn)標(biāo)題，之后導(dǎo)出全景圖，可自由選擇格式如.jpg或.jpeg，同時(shí)圖片質(zhì)量選擇100，生成html5源文件。在生成文件之后，點(diǎn)擊其index.html模塊，相應(yīng)地進(jìn)行熱點(diǎn)同步導(dǎo)入即可，最后瀏覽檢查相應(yīng)的熱點(diǎn)導(dǎo)入和旋轉(zhuǎn)功能是否齊全。

3.3 交互設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的交互熱點(diǎn)設(shè)計(jì)多樣化，如表1所示，主要有文本、音頻、圖片、視頻、3D物品和超鏈接。對(duì)于全景VR環(huán)境而言，針對(duì)不同對(duì)象文本即會(huì)彈出相關(guān)的文字介紹；音頻即瀏覽時(shí)所到達(dá)的位置會(huì)播放背景音樂(lè)或講解視頻，提高用戶的沉浸感；超鏈接即通過(guò)點(diǎn)擊可跳轉(zhuǎn)第三方平臺(tái)網(wǎng)頁(yè)的鏈接［4］。對(duì)于虛擬VR空間而言，圖片即全景展示中真實(shí)存在的圖片內(nèi)容；視頻即在虛擬空間中所展示的嵌入式播放平面視頻；3D物體即其中具體物品可點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)式展示的虛擬模型。交互熱點(diǎn)的存在使得系統(tǒng)內(nèi)容更加形象生動(dòng)，提高了用戶的代入感。

3.4 實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的沉浸式VR非遺展廳

本項(xiàng)目是以網(wǎng)站的成果形式展現(xiàn)，內(nèi)容包含全景三維空間、虛擬模型3D展示和相關(guān)文字介紹等。全景三維空間內(nèi)置模型展示板塊如圖3所示，模型則通過(guò).js代碼文件導(dǎo)入全景環(huán)境，全景三維空間則是導(dǎo)出html5本地項(xiàng)目源文件后配置在網(wǎng)站中。網(wǎng)站開(kāi)發(fā)除了需要前端樣式生成，還需要部署服務(wù)器，具體步驟如下：安裝配置運(yùn)行環(huán)境，本機(jī)虛擬環(huán)境設(shè)置，項(xiàng)目同步服務(wù)器，使用端口和IP進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試無(wú)誤后把nginx作為反向代理，能夠通過(guò)域名訪問(wèn)該網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的沉浸式VR展廳，給用戶帶來(lái)多設(shè)備、多平臺(tái)和多瀏覽器的友好體驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)日益革新，尤其是VR技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，非遺文化也該邁出新的一步。本文從非遺文化的保護(hù)和發(fā)揚(yáng)層面出發(fā)，為用戶打造一個(gè)沉浸式非遺文化展廳。該平臺(tái)在重現(xiàn)用戶三感的情況下拓展了了解非遺文化的渠道，打破舊的傳播方式，引領(lǐng)用戶向三維網(wǎng)絡(luò)媒體發(fā)展［5］。沉浸式非遺文化展廳搭建了實(shí)景環(huán)境空間，實(shí)現(xiàn)了交互功能，給用戶帶來(lái)了身臨其境的瀏覽與人機(jī)交互體驗(yàn)，滿足了用戶對(duì)了解非遺文化的進(jìn)一步需求［6］。除此之外，本文通過(guò)運(yùn)用多項(xiàng)技術(shù)，大大提高了平臺(tái)非遺內(nèi)容的觀賞性和趣味性。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 王雪芬）

Research and realization of immersive VR intangible cultural heritage exhibition hall

LI? Jingying， SU? Longsheng， LI? Bangjun， LIANG? Zhankeng

（Foshan University， Jieyang 528200， China）

Abstract：? Changes in lifestyle and values in modern society have reduced the interest and recognition of the younger generation in traditional culture， resulting in difficulties in the inheritance of non-heritage culture. In order to address the above problems， the paper proposes to design a VR non-heritage exhibition hall platform with the theme of “immersive VR experience”， which includes the functions of panoramic roaming， path guiding， introduction of non-heritage and 3D modeling display， etc. The web platform is embedded with 3D virtual space interactive display， which helps users to have a multi-dimensional and interactive display. The Web platform is embedded with 3D virtual space interactive display， which helps users to view the valuable achievements of non-heritage culture in multi-dimension， multi-form and multi-level， realizes the digital storage， display， protection and inheritance of non-heritage cultural resources， and also provides an emerging development direction and technical reference for offline traditional non-heritage exhibition hall.

Key words： VR; immersion; intangible cultural heritage; virtual space