淄博花燈會(huì)虛擬化呈現(xiàn)研究

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摘 要：淄博花燈會(huì)作為中國國家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)代表性項(xiàng)目，在信息化時(shí)代中需要得到更好的傳承。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)新其傳承方式，進(jìn)一步拓展花燈會(huì)文化的傳播空間和載體，弘揚(yáng)了中華傳統(tǒng)文化。

淄博花燈藝術(shù)是漢族傳統(tǒng)手工藝術(shù)之一，淄博市也是中國傳統(tǒng)花燈的故鄉(xiāng)之一，其出產(chǎn)花燈漢民族風(fēng)格濃郁，地域特色鮮明。為傳承發(fā)揚(yáng)淄博花燈會(huì)這一國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將其場景進(jìn)行虛擬呈現(xiàn)，便于網(wǎng)絡(luò)傳播。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概況

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)開始逐步商業(yè)化，民用化，普通民眾都可以在輔助設(shè)備的幫助下進(jìn)行虛擬體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中擁有集成的用戶控制系統(tǒng)，如人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測設(shè)備、鍵鼠、操縱桿等用于人機(jī)交互，處理聽覺、視覺等生理感覺有關(guān)的各式仿真處理和反饋系統(tǒng)，用戶進(jìn)行對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行感受的信息顯示系統(tǒng)，包括顯示器、音響設(shè)備、或者更進(jìn)一步拓展，可輔助頭盔設(shè)備營造更真實(shí)氛圍的座椅等。其中，頭盔式顯示器是用戶使用的主要和基礎(chǔ)產(chǎn)品形式。

二、淄博花燈會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)化呈現(xiàn)的原理

淄博花燈會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)場景的實(shí)現(xiàn)，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出虛構(gòu)的花燈會(huì)場景。不同與現(xiàn)實(shí)環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所構(gòu)造的虛擬空間環(huán)境中，空間中的每一個(gè)點(diǎn)都擁有X，Y，Z的三個(gè)用于定位的坐標(biāo)數(shù)值，三個(gè)數(shù)值中的坐標(biāo)、色彩、法線、以及不同動(dòng)作關(guān)系和模擬的物理關(guān)系等數(shù)據(jù)信息。與現(xiàn)實(shí)世界相比，虛擬現(xiàn)實(shí)中的空間屬性是絕對(duì)的，而現(xiàn)實(shí)中的空間是相對(duì)的。基于這些訊息數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)中的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過軟件通過外部設(shè)備將所需的用戶在現(xiàn)實(shí)世界運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的相對(duì)數(shù)據(jù)在虛擬環(huán)境中使用者的位置，最后經(jīng)過軟件的合成實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中模擬現(xiàn)實(shí)世界的使用者的位置和動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的人機(jī)交互。

三、淄博花燈會(huì)三維虛擬呈現(xiàn)前期準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)人員首先需對(duì)淄博花燈會(huì)進(jìn)行實(shí)景調(diào)研，并查閱相關(guān)資料以確保未來制作出效果的正確性。除必要的資料搜集，需要同時(shí)查閱相關(guān)藝術(shù)類資料，力圖設(shè)計(jì)出符合中國風(fēng)格的藝術(shù)化界面形象。

1.實(shí)地考察資料

（1）對(duì)花燈會(huì)功能分區(qū)進(jìn)行分類

淄博花燈飲譽(yù)古今，有著兩千多年歷史。當(dāng)今的花燈會(huì)引入現(xiàn)代光影技術(shù)，建設(shè)了光影小品、裸眼3D、動(dòng)能球等現(xiàn)代光影展示區(qū)。根據(jù)花燈會(huì)現(xiàn)場展示內(nèi)容，將淄博花燈會(huì)劃分為下面幾個(gè)部分：花燈戲展示、花燈展覽園區(qū)，猜燈謎和DIY花燈。

（2）實(shí)地拍攝圖像資料

在花燈會(huì)現(xiàn)場，通過航拍獲取準(zhǔn)確的花燈會(huì)全景圖。在整體布局資料搜集完成后，首先采集多數(shù)著名花燈的照片，為后續(xù)建模采集素材。

（3）調(diào)研和查閱相關(guān)圖文資料

經(jīng)過調(diào)研，花燈園區(qū)中的部分花燈景觀擁有深厚寓意，或借助河湖等地形塑造獨(dú)特氛圍。因此設(shè)計(jì)時(shí)向有關(guān)人員了解部分大型主題花燈的設(shè)計(jì)理念并前往博物館查閱相關(guān)資料，從而存儲(chǔ)關(guān)于淄博花燈會(huì)的軟硬資料。

（4）錄制音頻素材

除了視覺素材，設(shè)計(jì)者同時(shí)需要使用專業(yè)錄音設(shè)備對(duì)花燈會(huì)中的各種聲音，如現(xiàn)代機(jī)械的聲響、鳥鳴或人聲等進(jìn)行了錄制，以確保后期音效素材的充足。

2.淄博花燈會(huì)虛擬場景的設(shè)計(jì)

在完成前期資料后，應(yīng)確定了制作淄博花燈會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)場景的基本要點(diǎn)，并進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。

通過整理前期準(zhǔn)備的圖片和文字資料，將園區(qū)的整體設(shè)計(jì)圖進(jìn)行規(guī)劃，確立了虛擬現(xiàn)實(shí)花燈會(huì)場景的幾個(gè)分區(qū)。中央?yún)^(qū)域花燈戲展示分區(qū)、猜燈謎長廊分區(qū)，大型主題花燈展覽園區(qū)和虛擬火車快速游覽分區(qū)。分工任務(wù)并細(xì)化每個(gè)園區(qū)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，并借助實(shí)地走訪時(shí)的照片繪制出藝術(shù)概念設(shè)計(jì)圖。

四、淄博花燈會(huì)虛擬呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)過程

1.通過三維建模技術(shù)構(gòu)筑花燈會(huì)實(shí)體場景

MAYA建模軟件是一款功能強(qiáng)大的3D建模軟件。它可以制作各種三維的靜物，也可以制作三維的各類動(dòng)畫。

制作淄博花燈會(huì)場景時(shí)，主要有以下幾個(gè)步驟：建模、附加材質(zhì)和貼圖，設(shè)置燈光。由于制作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是將三維模型在設(shè)計(jì)引擎中進(jìn)行燈光設(shè)置和渲染，因而專用于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的三維場景模型不需要在三維建模軟件中調(diào)整和設(shè)置燈光。

（1）三維建模人員需要分工進(jìn)行場景建模和道具建模，三維模型的構(gòu)造是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要部分之一。在構(gòu)筑淄博花燈會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)場景時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中花燈會(huì)場景進(jìn)行采集和整理，通過采集的數(shù)據(jù)在三維建模軟件上復(fù)制出真實(shí)場景的三維模型，依照現(xiàn)實(shí)景物制作貼圖和材質(zhì)，并根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)?chuàng)造三維懸浮式導(dǎo)航。設(shè)計(jì)人員只需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，即可以完成與實(shí)際場景大致相同的三維實(shí)體。設(shè)計(jì)人員首先分工制作了各個(gè)分區(qū)的三維場景，最終合并三維場景完成體積建模。

（2）在一個(gè)完成體積建模的三維場景中，材質(zhì)的附加和三維貼圖使三維模型獲得真實(shí)的圖案顯示。將前期走訪拍攝的圖片資料進(jìn)行細(xì)致修改，將其轉(zhuǎn)化為適合三維模型的材質(zhì)或貼圖。在PS軟件中設(shè)計(jì)完成模型貼圖后，在MAYA軟件中通過分配新材質(zhì)（assign new material）設(shè)置中進(jìn)行材質(zhì)和貼圖設(shè)置，進(jìn)入在常規(guī)材質(zhì)屬性（common material attribute）中進(jìn)行材質(zhì)或貼圖的附加。

2.通過虛幻四（unrealengine4）引擎創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)交互

虛幻引擎和Unity引擎是當(dāng)今常見可用于制作虛擬現(xiàn)實(shí)場景的三維引擎，在軟件中導(dǎo)入三維模型后，經(jīng)過簡單操作即生成虛擬現(xiàn)實(shí)場景。

（1）創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境工程文件

創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)交互時(shí)，首先在三維建模軟件中制作好淄博花燈會(huì)三維模型且準(zhǔn)備好聲音效果，進(jìn)入虛幻引擎中，新建一個(gè)工程文件，打開文件并在初始設(shè)置中選擇虛擬現(xiàn)實(shí)選項(xiàng)。初步設(shè)置完成后，在將提前在外部制作的三維場景模型、三維角色模型以及音視頻資源等文件放入統(tǒng)一的工程文件夾中。通過搜索，從網(wǎng)絡(luò)上尋找符合中國風(fēng)格，并且舒緩平穩(wěn)的背景音樂（如果有充足的時(shí)間，可以自制音樂）植入場景工程文件。這些背景音樂能令觀眾在游覽過程中更加心曠神怡。將上述文件導(dǎo)入工程文件后，可以開始進(jìn)行藍(lán)圖設(shè)置。

（2）創(chuàng)建藍(lán)圖并利用藍(lán)圖可視化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互內(nèi)容

虛幻引擎中的藍(lán)圖可視化系統(tǒng)是一個(gè)是使用基于節(jié)點(diǎn)的界面從虛幻編輯器中創(chuàng)建游戲可玩性元素的完整的游戲腳本系統(tǒng)。通過使用藍(lán)圖，設(shè)計(jì)人員幾乎可以創(chuàng)作任何包括虛擬現(xiàn)實(shí)在內(nèi)的任何游戲元素的原型，以及實(shí)現(xiàn)或修改這些元素。

通過藍(lán)圖的編輯，設(shè)計(jì)人員對(duì)視覺，聽覺，交互等效果進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，并設(shè)置虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)交流。

（3）虛擬立體聲及音效音樂設(shè)計(jì)

在三維場景建設(shè)完成，并初步建設(shè)出虛擬現(xiàn)實(shí)場景后，設(shè)計(jì)聲音效果以保證沉浸感。三維虛擬聲音系統(tǒng)即虛擬立體聲。虛擬立體聲，實(shí)質(zhì)上是通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)具有立體感的聲音效果。當(dāng)用戶直接聽到這些虛擬環(huán)境中的聲音后，不僅可以聽到聲音的音色、音調(diào)與響度隨著用戶的交互進(jìn)行變化外，也能感受到聲音的來源方向。

虛幻引擎（unrealengine）4通過引擎的優(yōu)化從而簡化了創(chuàng)造和修改環(huán)境聲（Ambient Sound）Actor，從而實(shí)現(xiàn)了三維虛擬聲音技術(shù)的過程。環(huán)境聲擁有各種屬性，通過對(duì)音頻屬性的修改和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)符合現(xiàn)實(shí)世界規(guī)律的環(huán)境聲：距離用戶位于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的坐標(biāo)越遠(yuǎn)的聲音會(huì)越小。

在虛幻引擎的模式（Modes） 面板的 所有類（All Classes） 下選擇環(huán)境聲（Ambient Sound）Actor，并將其導(dǎo)入其構(gòu)筑的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境創(chuàng)作界面中后，開始對(duì)各類屬性進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過對(duì)衰減（Attenuation）、調(diào)制（Modulation）和音頻體積（Audio Volume）三個(gè)屬性的設(shè)置。在通過以上三個(gè)方面，使用前期收集并導(dǎo)入工程內(nèi)的音效資源，在設(shè)置面板中進(jìn)行不同屬性的設(shè)置，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)三維虛擬聲音。

五、淄博花燈會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)是將虛擬環(huán)境使用特殊形式向用戶提供交互式展示的過程。它將需要展示給使用者的效果根據(jù)場景內(nèi)用戶虛擬位置確定的“攝影機(jī)”位置呈現(xiàn)在用戶的頭戴設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)效果。

將虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的“攝影機(jī)”進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，經(jīng)過一系列各種軟硬件之間的協(xié)調(diào)工作并整合數(shù)據(jù)。在最后，完成系統(tǒng)的預(yù)渲染和封裝，制作出最終的淄博花燈會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)。使用虛擬現(xiàn)實(shí)配套設(shè)備并打開此系統(tǒng)，即可進(jìn)入淄博花燈會(huì)虛擬環(huán)境場景并進(jìn)行虛擬漫游。以上是虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的呈現(xiàn)和淄博花燈會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)化過程。

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作者簡介：

張?zhí)煊瑁校?000年7月，山東濟(jì)南人，本科，山東協(xié)和學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生，主要研究方向?yàn)椋簲?shù)字媒體技術(shù)，藝術(shù)繪畫等。

陳瑞曇，2000年5月，女，漢，山東濟(jì)寧，學(xué)生，本科，數(shù)字媒體技術(shù)方向

張桂霞，1980年9月，女，漢，山東濟(jì)南，副教授，碩士，數(shù)字媒體技術(shù)方向，論文指導(dǎo)老師

基金：山東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：基于VR技術(shù)的淄博花燈會(huì)體驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（項(xiàng)目編號(hào)：s201913324001）