基于文化遺產的虛擬現實人機交互設計應用研究

王凱 張搴

摘 要：本文從滎陽故城遺址的現狀入手，追溯滎陽故城豐富的歷史文化背景，通過虛擬現實展示滎陽故城遺址，并對文化遺產的保護、繼承和傳播尋找新方案。在新的時代背景下，通過虛擬現實展現滎陽故城遺址的漢代文化遺產，增強民族文化自信和文化自豪。

關鍵詞：文化遺產;虛擬現實;滎陽故城遺址

1 滎陽故城遺址的介紹

滎陽故城遺址位于河南省鄭州市北部惠濟區古滎鎮，從春秋開始就是中原地區重要的政治經濟文化活動中心。滎陽故城遺址西臨世界文化遺產絲綢之路起點洛陽，南臨世界文化遺產中國大運河通濟渠鄭州段，北臨黃河，東臨黃河濕地，中國大運河與黃河交匯于此。滎陽故城遺址從公元前六七世紀開始就是鄭國當時的政治經濟文化中心，漢代是滎陽故城遺址發展的黃金時期，形成了漢代官辦冶鐵中心。

2 滎陽故城遺址的現狀

滎陽故城遺址，現存城墻、漢代冶鐵遺址、漢代城池、漢代居民、漢代運河遺址。通過虛擬現實人機交互展現考古發掘的漢代碎片化遺址，在還原現存的漢代殘垣斷壁的同時，虛擬現實交互設計可以對場景進行交融性的整合并清晰展現出來。

3 還原滎陽故城遺址的難度和意義

滎陽故城遺址位于黃河和大運河的交匯處，大運河的前身是滎陽故城遺跡西的鴻溝。大運河和黃河帶來便捷交通往來的同時，也讓位于交通樞紐的滎陽故城遺址成為兵家必爭之地和洪水泛濫之地。戰亂和洪水使得滎陽故城現今保存的多為明清建筑。滎陽故城漢代冶鐵遺址是漢代中原地區最大的官辦冶鐵機構，它也是推動農業發展的重要保障。

4 應用虛擬現實人機交互實現文化遺產保護的意義

在虛擬現實廣泛應用的今天，虛擬現實藝術有了更多的展現可能。交互藝術是藝術家與工程師通過一個技術平臺，為觀眾創造一個虛擬的互動體驗空間。交互活動在不同的領域中進行，指引訪問者通過不同的方式進行自我創造。[1]滎陽故城虛擬現實交互設計通過虛擬現實營造出真實的自然環境和歷史場景，再通過人機交互技術創新和交互方式設計創新讓用戶獲得全新的體驗。

4.1 滎陽故城虛擬現實的歷史沉浸感

沉浸是使用戶感覺完全置身于虛擬世界中，被虛擬世界所包圍，沉浸感來自真實的歷史還原，并在現代審美的基礎上進行再創造，滎陽故城虛擬現實對于圖像的制作，渲染以及藝術再創造上力圖還原歷史，營造漢代古城自然逼真的畫面，讓體驗者感受到漢代生活的立體場景畫面。

4.2 滎陽故城虛擬現實的自然交互感

滎陽故城虛擬現實采用多通道的語音指令、手勢操作和動作捕捉的自然人機交互設計，讓體驗者獲得自然交互感的同時，實現對未知世界的探索和對漢代歷史文化的了解。多模態自然交互讓用戶在虛擬環境可即時交互并產生與真實世界一樣的感覺。

4.3 滎陽故城虛擬現實的藝術想象感

滎陽故城虛擬現實場景根據考古發掘的現場數字信息，結合漢代文物的數據，通過大數據的收集和分析把漢代滎陽故城遺址描繪得更形象生動。教授兼作家Donald Norman說：“當技術滿足了基本需求，用戶體驗便開始主宰一切。”[2]在學習和體驗的過程中虛擬現實不僅滿足人們對于虛擬世界的好奇，在游走于漢代滎陽故城的虛擬世界的同時滿足人們對未知的好奇，對文化遺產的學習，增強人們對文化遺產的認識。

5 滎陽故城遺址虛擬現實人機交互實現的方法

5.1 滎陽故城遺址資料搜集，建立滎陽故城漢代建筑模型

從滎陽故城遺址的實地考察與測繪入手。從分析現有考古現場，聯系考古發掘的幾處遺址之間的關系，重建考古遺址的單個外部格局，內部形式，從建筑材料和建筑裝飾技法進行數據記錄，并以中原地區其他漢代考古發掘作為參考，為滎陽故城虛擬現實重建打下堅實的數據基礎。

5.2 滎陽故城模型制作，建立模型貼圖數據庫

利用相關軟件進行計算機建模，創建滎陽故城城墻、漢代冶鐵、運河、漢代民居的場景，還原漢代滎陽故城，復原漢代的歷史場景畫面，搭建滎陽故城城門、西城門內外的生活場景和自然景觀。將單體建筑模型導入相對應的空間位置，營造出完整的滎陽故城生態畫面。

5.3 場景渲染，創建漢代滎陽故城的自然歷史場景

通過地理數據收集，漢代古城的自然選址分析，在尊重歷史真實的背景下，創建古城的自然背景，在模型制作后需要提前利用烘焙技術對貼圖進行優化處理再渲染。借助虛幻4強大的實時渲染功能，不同于其他三維軟件的單一視角渲染模式，虛幻4可以在編輯器中提供所見即所得的模型實時渲染效果。[3]

滎陽故城虛擬現實交互設計加入音效來增強現場感。真實環境中音效至關重要，由于聲音的傳播有助于人們獲得較強的空間感，在虛擬場景中加入鳥聲、叫賣聲等自然聲音，可以增強場景的立體空間感，強化體驗的真實感。

5.4 滎陽故城虛擬現實交互設計制作

虛擬現實目前主流的設備是依靠手勢識別、語音交互、動態捕捉，通過最新的多模態人機交互方式，實現漢代滎陽故城場景的真實還原，讓人們獲得更多的體驗感和沉浸感。

6 結語

滎陽故城遺址虛擬現實交互設計，通過滎陽故城遺址的復原和藝術再創造，發揮虛擬現實的想象性，結合虛擬現實交互設計的自然交互方式讓體驗者獲得真實的沉浸體驗，滎陽故城遺址的虛擬現實交互設計向人們展示了神秘的漢代古城，還原這座漢代絲綢之路，運河上的漢代政治經濟文化古城，展現中華文化魅力，增強民族文化自信，向世界傳播中華民族優秀的文化遺產的魅力。

參考文獻：

[1] 李涵.信息時代的蛻變——新媒體藝術的交互性及其市場發展[J].美與時代，2013.

[2] Stephen P.Anderson .怦然心動——情感化交互設計指南[M].侯景艷，譯.北京：人民郵電出版社，2015.

[3] 趙康.基于GIS的虛擬景觀平臺設計與實現[J].測繪科學，2017.

作者簡介：王凱（1985—），河南鄭州人，2016級研究生，研究方向：數字媒體與動畫。

指導老師：張搴