虛擬現實技術在隋唐洛陽城文化體驗中的應用研究

卿小英　張楠

虛擬現實技術在隋唐洛陽城文化體驗中的應用研究

卿小英，張楠

摘 要 伴隨著文化產業不斷發展，傳統文化的深度體驗將會成為旅游產業發展的新趨勢。隋唐洛陽城作為隋唐時期河洛文化中最輝煌的一部分，具有很高的研究價值，而虛擬現實技術為文化體驗提供了一個合適的載體和手段。傳統文化與VR技術結合是有著非常廣闊的應用前景。故以隋唐時期的都城營造、建筑形制以及日常生活環境為文化的研究對象，利用三維軟件復原出數字化的虛擬空間，結合虛擬現實技術使受眾進行沉浸式的隋唐洛陽城文化體驗。本項目從頭戴現實設備以及移動設備兩個端口進行了VR場景資源的制作，為傳統文化體驗與虛擬現實技術結合的應用與推廣做出了有價值的探索。

關鍵詞 虛擬現實技術;隋唐洛陽城;沉浸式;文化體驗

引用本文格式 卿小英，張楠.虛擬現實技術在隋唐洛陽城文化體驗中的應用研究 [J].創意設計源，2019（6）：27-31.

Research on the Application of Virtual Reality Technology in Cultural Experience of Luoyang City in Sui and Tang Dynasties

QING Xiaoying，ZHANG Nan

Abstract With the continuous development of the cultural industry， the in-depth experience of traditional culture will become a new trend in the development of the tourism industry.As the most brilliant part of heluo culture in Sui and Tang dynasties， Luoyang city has high research value， while virtual reality technology provides a suitable carrier and means for cultural experience. The combination of traditional culture and VR technology has a very broad application prospect.In this paper， capital construction， architectural form and daily living environment in the Sui and Tang dynasties are taken as cultural research objects， and digital virtual space is restored by 3D software. Combined with virtual reality technology， audiences can have immersive cultural experience of Luoyang city in the Sui and Tang dynasties. In this project， VR scene resources were produced by wearing reality devices from the beginning and two ports of mobile devices， which made a valuable exploration for the application and promotion of the combination of traditional cultural experience and virtual reality technology.

Key Words Virtual reality technology;Sui and Tang Luoyang city;Immersion;Cultural experience

[基金項目] 本文系河南省2019年度社科聯調研課題“VR技術在隋唐時期河洛文化體驗中的應用研究”（項目編號：SKL-2019-1184）階段性成果。

一、引言

伴隨著文旅產業的不斷發展，對于傳統文化的深度體驗將會成為旅游產業發展的新趨勢。隋唐洛陽城作為河洛地區歷史文化體驗中最為重要的對象，在文化旅游深度開發中具有很高的研究價值。但是，一方面由于歷時久遠，當時的城市形態與文化隨著戰亂與時代變遷已經無處可尋;另一方面，復原的部分建筑以現代化的城市環境作為背景，并不能夠提供給游人完整的隋唐城市文化體驗。因此，面對如此豐富的歷史文化與旅游資源，如何采取適當的手段對其進行傳承與開發，是我們亟待解決的問題。而虛擬現實技術的介入為隋唐洛陽城文化體驗提供了一個合適的載體和手段。虛擬現實技術依托于新的信息技術手段，以營造多感官體驗的虛擬環境，使受眾產生“身臨其境”的奇妙感受。虛擬現實技術所具有的沉浸性、交互性、想象性等特征，使其與歷史文化傳承、保護與開發等項目的結合提供了可能。我們可以預見，在即將到來的5G時代，歷史文化資源的再現與發展和虛擬現實技術的結合將有著非常廣闊的應用前景。

二、虛擬現實技術應用于隋唐洛陽城文化體驗的優勢

（一）虛擬現實的概念與特征

虛擬現實（Virtual Reality），顧名思義就是虛擬化的“現實”。它是一個由計算機圖形技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多學科先進技術相結合的新的研究領域。虛擬現實技術是通過計算機創建出一個虛擬環境，借助于一定的設備，使用戶們進入到這個虛擬環境中，以身臨其境的方式對其進行體驗的一種手段。由于這個虛擬環境是在計算機中模擬生成的，我們在現實世界中不能直觀感受它的存在，因而被稱作虛擬現實。

虛擬現實技術擁有三個最為重要的特征，分別是沉浸性、交互性和想象性。虛擬現實技術的沉浸性是指用戶在計算機生成的虛擬環境中，通過視聽觸等多感官模擬體驗，獲得一種接近真實的身臨其境的感知體驗的效果，這種沉浸性能夠帶給體驗者跨越時空的“真實”效果，因而使其成為文化體驗中最為重要的特征;虛擬現實技術的交互性指的是用戶與虛擬場景中各種對象之間相互作用的能力，它是進一步提升虛擬環境沉浸感、真實感的一個重要因素;虛擬現實技術的想象性指的是通過虛擬場景帶給用戶的沉浸性、交互性體驗，體驗者可以進一步通過自己的邏輯推斷與聯想等思維過程，去構想虛擬環境中并未直接呈現的信息乃至畫面，這成為文化整體性體驗以及文化想象的重要特征。

（二）虛擬現實技術在隋唐洛陽城文化體驗中的應用方向

因其具有的多層次、全方位的沉浸式體驗特征，虛擬現實技術給文旅產業以及文化體驗帶來了更多的可能。比如虛擬現實技術應用于文化遺產保護方面，當前我國文化遺產保護面臨著許多可控和不可控的問題，如人為因素、風化殘損等。利用虛擬現實技術和文化遺產保護相結合，可以實現高精度、交互性強，可以廣泛運用于多類型的文化遺產保護與展示方式，比如數字化保存、虛擬修復、宣傳展示、深層次體驗、數字博物館等，從而解決文化遺產保護中的傳統問題。文物高清圖片、三維數據都可以借助VR技術展現出來，并通過增加互動環節和娛樂元素，調動觀眾的興趣。既有利于減少人為損耗增強對文物古跡的保護力度，又能夠增加文化遺產的展示機會，提升文化遺產的經濟價值。

再如，虛擬現實應用于文化旅游。文化旅游是以人文歷史資源體驗為主要內容的活動，包括歷史遺跡、建筑、民族藝術和民俗、宗教等方面。文化旅游的目的是使旅游者能夠深度體驗文化魅力、實現文化的傳播與發展。文化展示不單只有靜態的物體、動態的視頻，更多的是通過演繹、語言、風俗等深層次的體驗來體現，而這些文化僅用最傳統的靜態展示是無法直觀體驗的，因此虛擬現實技術的介入是對文化旅游發展的促進。通過VR情景交互式體驗、虛擬歷史場景的再現，能使靜態的文化通過唯美的視覺藝術、原真的語言，與體驗者進行深層次的交互體驗。

三、基于虛擬現實技術的隋唐洛陽城文化體驗項目開發與應用

洛陽具有悠久的歷史文化資源以及豐富的人文資源，在文旅產業發展方面具有很大的優勢。然而，目前洛陽文旅產業的發展面臨著文化旅游開發不充分、文化體驗方式相對單一的問題。大部分的文化資源都只能通過實物靜態展示或闡述性的展示等方式來進行體驗，這種傳統的文化體驗方式并不能夠提供受眾以全方位、立體式、沉浸式的方式感知文化，交互性較差，因而很難產生更深層次的文化感染力。我們有必要借助于虛擬現實技術探索一條新的對于洛陽文化資源體驗的方式。

本項目擬對隋唐時期洛陽城市空間、建筑形制、環境氛圍依據相關歷史資料及研究成果進行視覺要素方面的復原，同時搜集創作具有隋唐時期風韻的音樂、環境聲效等聽覺要素，借助虛擬現實體驗設備為觀眾提供更真實、更生動、交互性更強的虛擬現實文化體驗。借助于此種技術，隋唐時期洛陽的城市文化得以生動的“再現”，同時可以讓觀眾以沉浸式的方式進行文化體驗，從而將洛陽的歷史文化具體化、生動化地進行傳承、保護與發展。

（一）隋唐洛陽城文化視覺要素的搜集與分析

1.都城空間形制與布局

隋唐洛陽城的平面圖呈方形，分為外城、皇城、宮城三重城垣，城垣由夯土筑成，城墻下有石板砌成的下水道。外城城垣四面共開辟有八座城門，城內街道縱橫相交，由街道分割成眾多里坊，形成棋盤式城市布局。（圖1）

“隋代洛陽城建成之初，城內共有103坊3市。”[1]里坊形制大多數為接近方形的長方形，里坊四周均有坊墻，坊墻高度約為1.5m。面朝天街一側的坊門形制稍大，體量應更為宏偉。城內的街道寬度不一，體現了一定的等級差別，坊內東北向與南北向兩條道路在坊中部“十”字交叉形成十字街，將坊平均分為四份，依據中心街道修筑建筑，具體可參考洛陽老城十字街。

2.建筑形式與構造

隋唐時期的建筑以夯土和木構建筑為主，根據考古記載與推測，隋唐東都“城垣殘存部分，都可以看出是由七厘米到十五厘米的夯土層構成的”。[2]隋唐建筑總體而言的屋頂坡度平緩;歇山頂的房屋收山很深，出檐深遠，常用疊瓦脊和鴟尾，并配有精美的懸魚，瓦當剪邊;斗拱比例較大，既分擔了寬闊屋頂的重力，其雄健的外形還體現著盛世狀態;素雅的白色外墻上，襯應著人字拱、棰枋形立柱，直欞窗和板門，使得隋唐時期的建筑穩重華美。

3.建筑色彩

隋唐時期建筑顏色的主體色基本為黑色、白色、紅色，輔助色綠色、藍色、灰色，黃色為皇室特用的色彩。黑色、灰色、藍色、綠色主要是屋頂所用的黑瓦、灰瓦、藍色琉璃瓦和綠色琉璃瓦的顏色。黑瓦質地緊密，經過打磨，表面光滑，多用于宮殿和寺廟屋頂;而灰瓦較為疏松，多用于普通民居建筑，隨著燒制技術的進步，還有綠色和藍色的琉璃瓦以及綠色琉璃磚。墻面的色彩使用上，隋唐時期的建筑一律采用朱紅與白色的組合，產生了鮮艷悅目、簡潔明快的色彩美。皇宮寺院用黃、紅色調，紅、青、藍等為王府官宦之色，民舍只能用黑、灰、白等色，如王維的輞川別業、白居易的廬山草堂。

（二）隋唐洛陽城虛擬場景規劃與建構設計

1.虛擬場景的規劃與布局

基于上述有關隋唐時期城市文化視覺要素的整理與分析，本次項目計劃完成隋唐城中局部的里坊數字化虛擬場景復原與建構，包括部分坊墻、坊門、兩條街道。其中一條街道為南北向主路，一條為次級道路。十二處獨棟建筑其中四處的功能劃分如下：百川齋的功能是私塾，用于展示隋唐時期教育學習的環境;霓羽坊的功能是樂坊，用于展示隋唐時期禮樂氛圍;雅香樓的功能是酒樓，用于展示隋唐時期市井生活氣息;梵華記的功能是胡人商鋪，體現出隋唐時期的開放性、包容性，展現西域風情特點。

2.虛擬場景中的建筑形式

通過對隋唐時期的宮殿、佛殿、“七天建筑”建筑形制進行分析與歸納，確定本項目建筑主體的形制要素，分別為：灰瓦、疊瓦脊、歇山屋頂、鴟尾、朱紅與白色的墻面色彩搭配、直欞窗、適度夸大屋頂的比例、深遠的挑檐、斗拱、人字拱、二層建筑的欄板等。此次項目中以單體建筑為主，餐飲功能的酒樓設定為二層小樓，模型建立過程中使用了大量的參考資料，項目成員們就建筑樣式、柱網的分布、斗拱的結構、窗戶的樣式、鴟吻的樣式、顏色、比例等方面進行了反復商榷。在確保現階段情況下最大程度上還原隋唐時期建筑的恢弘氣勢，為后續虛擬體驗的真實沉浸感打下基礎。

3.虛擬場景文化氛圍的還原

對場景的還原應當是以還原隋唐時期的文化氛圍為目的的，因而虛擬場景的還原不僅需要考慮到宏觀的規劃與布局、建筑形制盡量符合隋唐時期的規制，還需考慮到微觀生活場景中的配飾、家具、裝飾是否符合隋唐時期的文化氛圍，從而能夠給觀者帶來更加整體的文化體驗。

“百川齋”為私塾的設定，所以建筑周圍種植著正直而有氣節的竹子，映襯著讀書人不屈不撓的堅韌品質。建筑室內迎面供奉著孔子掛像，陳設著幾案、方形燈、方形簡約藻井天花、斗拱、棰枋形立柱、板門、直欞窗。隨著時間的推移投下斑駁的竹影，通過這些要素營造出書聲瑯瑯的讀書氛圍。（圖2）

隋唐時期是相對穩定發展的時期，立國之初便設有教坊，培養了大批音樂家，音樂技能逐漸傳入民間，這一時期音樂活動得到了高度發展。因而在本次項目中設立了“霓羽坊”這一樂坊的功能體驗空間。室內除了斗拱、棰枋形立柱、板門、直欞窗、方形燈、幾案這類隋唐時期基本配置外，還陳設有編鐘等樂器，華麗的天花藻井和墻面裝飾。霓羽坊的燈光設計中融入了一定現代設計元素，為夜間模式體驗營造出了綺麗的效果。（圖3）

“雅香樓”是整個項目中唯一一棟兩層樓建筑，一層設有柜臺、酒架、簡約的天花吊頂裝飾、六張四方桌和若干條形椅。開窗較多，板門上直欞窗位置較多，整體內部空間通透而又明亮，與外部環境融合多，希望通過這樣的空間布置營造出緊湊、忙碌、熙攘的市井生活氣息。（圖4）

“梵華記”設定為胡人商鋪，為了配合胡人圍坐以及能歌善舞的生活習慣，在室內布置上除了基本配置之外，采用圍合式幾案擺放形式，并陳設有箜篌等樂器，墻面裝飾著西域元素壁畫、字畫、地毯等。整體空間開窗較少，外部光照較少，主要依靠內部方形地燈來進行照明，試圖營造出神秘的西域風情。（圖5）

（三）隋唐洛陽城虛擬文化場景的體驗方式設計

文化體驗方式的設計也是本項目所考慮的核心問題。面對傳統的文化體驗方式的單一性、文化傳播效率低等問題，在建構及復原了隋唐洛陽城虛擬文化場景資源之后，本項目還設計了三種不同的體驗方式，分別是：對都城空間布局的全景圖漫游體驗、對虛擬場景的沉浸式漫游體驗以及對建筑文化的增強現實體驗，以保證文化體驗的直觀性、層級性以及文化傳播的廣度與深度。

1.對都城空間布局的VR全景圖式漫游體驗

隋唐時期洛陽城的布局富有中國傳統都城文化的典型特征，類似于之前所介紹的外城城垣四面共開辟有八座城門，城內街道縱橫相交，由街道分割成眾多里坊，形成棋盤式城市布局的特征。為了能夠使這種文化體驗為更多人所感知，同時根據線下我們所處的移動互聯網時代的特征以及手機終端巨大的持有量和無與倫比的傳播潛力，本項目將隋唐洛陽城的虛擬場景制作成了VR全景圖式的文化體驗系統。受眾通過手機掃碼即可進行移動端的隋唐洛陽城虛擬文化體驗，這種形式更有利于項目的傳播與推廣。移動端項目中盡可能多的嵌套四個主要體驗節點的外部環境、內部空間、不同季節、不同天氣情況、不同時間段的空間信息以及部分知識點的直觀注解，使得受眾能夠較為全面、深入地進行移動端隋唐洛陽城文化體驗。（圖6）

2.對虛擬場景的沉浸式漫游體驗

全景圖式的漫游體驗在文化傳播方式與效率上具有重要的意義，然而受限于移動設備的配置以及交互方式等因素，這種文化體驗方式并不能夠給受眾提供沉浸式的體驗感受。而對于隋唐洛陽城市文化的體驗，不僅體現在城市布局與建筑形制等視覺方面，還體現在對于微觀的場景氛圍的綜合感知層面。所以，針對于這種特定的文化體驗需求，本項目通過使用頭戴顯示設備、手柄以及虛擬現實軟件平臺建立了沉浸式的文化體驗方式，這種體驗方式“一方面要具備比較高級、理想、復雜的虛擬現實環境，另一方面要有高效的實時性和更多的自然交互特征”，[3]因而能夠加強文化感受的直觀性。

利用三星玄龍頭戴現實設備與光輝城市MARS2018虛擬現實平臺，我們將所制作的虛擬場景資源進行了沉浸式體驗方式的建構。受眾可以通過頭盔以及手柄，“真實”地在虛擬的隋唐洛陽城中進行自由游歷、360°無死角地觀察、多感官沉浸式的文化體驗，通過視覺、聽覺、觸覺等多感知角度，整體性地體驗隋唐時期洛陽城內的日常生活文化。

3.對建筑文化的增強現實體驗

VR全景圖式的體驗方式以及沉浸式漫游體驗方式給人帶來的感受是微觀的、小尺度的，即人是進入到場景當中去感知空間與氛圍的細節。但隋唐時期洛陽城從其規劃布局與體量，再到單體建筑的形制都是我國古代都城營造史中最為重要的文化要素，因而如何能夠以宏觀的尺度去考量及體驗這些文化細節，同時又不依賴于大型顯示設備的介入成為本次項目有關文化體驗方式設計的另一問題。

得益于虛擬現實技術的發展，增強現實技術（Augmented Reality）因其將虛擬場景與現實場景相結合的特征，成為了一種新的文化體驗方式而實現，它能夠“將虛擬物體融合到現實環境中，并能支持用戶與其進行交互”[4]，用戶可以利用一些交互手勢在現實場景中放大、縮小、旋轉、替換虛擬場景，從而能夠在不同尺度上去觀察虛擬場景中所承載的文化細節。

在本項目中，為了能讓更多受眾從宏觀角度體驗隋唐洛陽城中的單體建筑形制、色彩、構造上所體現的文化，特通過圖像識別技術，運用Unity3D引擎和相關的增強現實SDK，開發了隋唐洛陽城建筑文化體驗的APP。用戶可以通過APP，對準識別圖進行掃描，稍等片刻就會在識別圖的指定位置上出現相應的虛擬場景資源，用戶可通過轉動識別圖，或者推進及拉遠手機，來觀察不同角度和尺度下的隋唐洛陽城中的建筑形態。（圖7）

結語

本文通過對虛擬現實技術在隋唐洛陽城文化體驗中的應用研究，雖然只還原了里坊一隅，但是相對系統的梳理了隋唐洛陽城城市布局、建筑形制特點以及隋唐時期的民俗文化，為傳統文化的視覺轉換、數字化歷史文化復原、傳統文化的體驗方式、線上文化旅游方式等做出了有價值的探索。相信隨著5G時代的來臨，以及人工智能、大數據、物聯網等技術的進一步發展，有關虛擬現實技術在文旅產業發展與文化體驗上的應用還將具備更大的潛力，這為我們的進一步研究指明了方向。

參考文獻

[1]趙曉軍.從寧仁坊考古看隋唐洛陽城里坊的形態結構[J].洛陽師范學院學報，2018（9）：43-47.

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[3]黃穎.基于Unity3D虛擬現實技術的岳麓書院3D漫游設計[D].長沙：湖南大學，2016.

[4]師國偉，王涌天，劉越，等.增強現實技術在文化遺產數字化保護中的應用[J].系統仿真學報，2009，21（7）.

卿小英 張楠

洛陽理工學院