基于虛擬現(xiàn)實(shí)抗聯(lián)紅色文化展演設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

李宇奇 蒲 鑫* 劉輝禮 張 杰 謝文舉

（長春工程學(xué)院，吉林 長春130012）

1 概述

本次基于楊靖宇紀(jì)念館北抗聯(lián)紅色文化VR 漫游設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)功能：楊靖宇虛擬紀(jì)念館中三維地形和天空的構(gòu)建，建筑，石碑及圍墻等模型的構(gòu)建。用戶可以通過使用鼠標(biāo)和鍵盤對虛擬場景進(jìn)行控制，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)碰撞檢測，達(dá)到在虛擬場景中漫游的效果。隨著用戶對鼠標(biāo)和鍵盤的操作，用戶可以看到紀(jì)念館中的各個(gè)地方的景色及石碑上的碑刻。虛擬紀(jì)念館漫游系統(tǒng)應(yīng)該真實(shí)的展示紀(jì)念館中的古建筑，碑刻等各種三維物體的特征。系統(tǒng)還要求逼真的展現(xiàn)各種三維物體在光照下的材料質(zhì)感和外形結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到使用戶在使用過程中可以產(chǎn)生處在真實(shí)環(huán)境中的效果。本系統(tǒng)最終希望達(dá)到的目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)具備固定路徑漫游的功能，在運(yùn)行時(shí)可以自動(dòng)繞設(shè)置好的路徑進(jìn)行漫游。

（2）整個(gè)漫游場景應(yīng)該盡量簡單，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)場景加載較快，用戶在漫游時(shí)，可以觀察到清晰的碑刻圖片。

（3）在進(jìn)行場景建模時(shí)，模型和真實(shí)的物體應(yīng)該盡可能的相似，使楊靖宇紀(jì)念館的景觀在電腦上真實(shí)的展現(xiàn)出來，從而使用戶可以看到一個(gè)真實(shí)的楊靖宇紀(jì)念館。

（4）界面簡單，一目了然，用戶可以從界面上清楚的看到系統(tǒng)的功能及操作方法，盡量做到不同層次的用戶都可以在虛擬場景中漫游。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與抗聯(lián)紅色文化的結(jié)合

圖2 跟隨相機(jī)的設(shè)置界面

（5）系統(tǒng)具備交互漫游的功能，用戶可以從各個(gè)方向和角度觀察虛擬的場景，并通過鼠標(biāo)和鍵盤改變視點(diǎn)，對楊靖宇虛擬紀(jì)念館進(jìn)行漫游，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)碰撞檢測和小地圖導(dǎo)航。

2 VR 漫游具體設(shè)計(jì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用需要從兩方面去說，一方面，用戶們?nèi)ネㄟ^觸覺、視覺等感官在傳統(tǒng)的界面中進(jìn)入到虛擬世界來進(jìn)行交互；另一方面，用戶們佩戴相關(guān)的傳感器在利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建的虛擬世界中去感知。根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，分為四類：桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

2.1 VRP 文件的導(dǎo)入

在3DS MAX 中經(jīng)過渲染和烘焙之后，就需要通過VRP 三維互動(dòng)平臺來進(jìn)行后續(xù)的工作。導(dǎo)入到軟件里之后，這時(shí)我們可以看到我們設(shè)計(jì)的場景中包含的模型總數(shù)、模型名稱等相關(guān)信息，接著我們可以在這個(gè)場景中對我們構(gòu)建的模型進(jìn)行改變，例如模型的位置和刪除某模型等操作。

2.2 VRP 三維互動(dòng)平臺創(chuàng)建相機(jī)

為了人們可以更好的體驗(yàn)到真實(shí)感，在場景中身臨其境，以第一人稱的行走相機(jī)對場景內(nèi)的景物進(jìn)行仔細(xì)觀察，由于景物都是經(jīng)過處理的，與實(shí)物有著高相似度；能運(yùn)用跟隨相機(jī)來模擬導(dǎo)游給你講解的過程，根據(jù)預(yù)設(shè)的路線來了解楊靖宇博物館；通過繞物旋轉(zhuǎn)相機(jī)可以對自己感興趣的景物進(jìn)行全方位的觀察；可以通過動(dòng)畫相機(jī)來瀏覽某個(gè)位置的場景動(dòng)畫，為了讓用戶更有真實(shí)的感覺。

導(dǎo)入場景文件之后，在界面中會(huì)有創(chuàng)建對象這一選項(xiàng)框，單擊后選擇相機(jī)，選擇跟隨相機(jī)，會(huì)彈出對話框，命名此相機(jī)使用，填寫完，我們會(huì)進(jìn)入到設(shè)置跟隨相機(jī)的參數(shù)界面（圖2），可以設(shè)置水平視角、遠(yuǎn)近裁剪面、相機(jī)的移動(dòng)速度、相機(jī)的跟蹤物體以及跟蹤物體的視點(diǎn)高度等參數(shù)，設(shè)置完成后可通過F5 鍵運(yùn)行，根據(jù)效果調(diào)整參數(shù)，這樣跟隨相機(jī)就攝制完成了。

2.3 創(chuàng)建骨骼動(dòng)畫和設(shè)置漫游路徑

在創(chuàng)建跟隨相機(jī)中，我們需要設(shè)置一個(gè)骨骼動(dòng)畫人物來進(jìn)行跟隨。

同樣是在“創(chuàng)建對象”的菜單里面，選擇“骨骼動(dòng)畫”后選擇“角色庫”，系統(tǒng)中將會(huì)有六種人物模型，我們選擇“亞洲職業(yè)裝男士2”，之后雙擊鼠標(biāo)左鍵，再點(diǎn)擊確定，骨骼動(dòng)畫就會(huì)插入到我們的場景當(dāng)中。在骨骼動(dòng)畫插入后，我們需要進(jìn)行預(yù)設(shè)動(dòng)作，因?yàn)楫?dāng)人物在按我們路徑漫游時(shí)會(huì)出現(xiàn)平移的現(xiàn)象，所以我們雙擊添加的骨骼動(dòng)畫進(jìn)入設(shè)置界面，單擊“動(dòng)作”選擇“動(dòng)作庫”，這里的動(dòng)作都是與角色庫中的人物相匹配，我們雙擊“原地行走”，單擊確定后這個(gè)動(dòng)作就加入到了人物身上。但是，還需要將這個(gè)動(dòng)作設(shè)為默認(rèn)動(dòng)作，這樣就可以達(dá)到在預(yù)設(shè)的路徑上行走。為了達(dá)到真實(shí)的感覺，再按照上面的步驟添加一個(gè)“站立交談”的動(dòng)作，由于想要把這個(gè)動(dòng)作插入到行進(jìn)的過程中，所以需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)腳本，進(jìn)行設(shè)置定時(shí)器去完成骨骼動(dòng)作的切換，就是讓默認(rèn)動(dòng)作停止，去播放“站立交談”這一骨骼動(dòng)畫，之后繼續(xù)播放默認(rèn)動(dòng)作。

為了讓用戶以第三人稱視角來瀏覽楊靖宇紀(jì)念館，骨骼動(dòng)畫設(shè)置完成后，需要設(shè)置漫游路徑，讓骨骼動(dòng)畫按我們預(yù)設(shè)的路徑來行進(jìn)。同樣在“創(chuàng)建對象”的界面中，選擇“形狀”后，單擊“折線- 路徑”進(jìn)行創(chuàng)建錨點(diǎn)、刪除錨點(diǎn)和添加錨點(diǎn)，這些錨點(diǎn)都有指定的坐標(biāo)，隨著的移動(dòng)錨點(diǎn)，其坐標(biāo)也會(huì)隨之改變，并且可以在錨點(diǎn)設(shè)置腳本，讓其到達(dá)制定的錨點(diǎn)做我們想要做的動(dòng)作。由于手動(dòng)添加的錨點(diǎn)比較曲折，在運(yùn)行時(shí)骨骼動(dòng)畫在行走時(shí)顯得不自然，所以需要調(diào)整路徑平滑指數(shù)，調(diào)整后骨骼動(dòng)畫的行走就比較真實(shí)。之后要選擇綁定物體，點(diǎn)擊選擇，找到插入的骨骼動(dòng)畫進(jìn)行綁定，這樣的骨骼就會(huì)按照路徑來行走，而且為了美觀，可以點(diǎn)擊名稱前面的折線，把路線圖進(jìn)行隱藏，讓場景更加真實(shí)。

圖3 創(chuàng)建按鈕

2.4 開啟碰撞檢測

三維虛擬場景中的模型，由于這些模型都是虛擬的，所以當(dāng)設(shè)置的骨骼在場景中會(huì)出現(xiàn)直接穿過模型等在現(xiàn)實(shí)世界中不會(huì)出現(xiàn)的情況。為了用戶的體驗(yàn)感，這樣的現(xiàn)象就不能存在。所以需要用到VRP 三維互動(dòng)平臺中的碰撞檢測。

VRP 三維互動(dòng)平臺中的碰撞檢測是比較人性化的。在創(chuàng)建行走相機(jī)的時(shí)候，在設(shè)置界面中有一項(xiàng)是形狀、碰撞，在這里點(diǎn)擊行走模式，這里系統(tǒng)默認(rèn)開啟碰撞檢測，所以說在這個(gè)軟件中的碰撞檢測的開啟時(shí)非常容易的。

2.5 添加背景音樂

VRP 三維互動(dòng)平臺中，為了讓用戶在通過第三人稱視角瀏覽場景時(shí)不顯得無聊，可以插入音樂來豐富我們的感知，有更強(qiáng)的代入感，而且還可以插入人物的講解，讓用戶更加了解住段歷史。

首先需要準(zhǔn)備一段背景音樂和一段人物簡介的講解。進(jìn)入到軟件的操作界面，打開腳本編輯器，先編寫一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)，目的是方便引用這段音樂；之后在錨點(diǎn)到達(dá)的腳本中可以添加這段音樂并設(shè)置關(guān)閉其他聲道的音樂。由于需要插入一段人物簡介的音樂，所以之前設(shè)置的定時(shí)器腳本中讓其播放這段簡介，這段簡介要換一個(gè)聲道，并且需要關(guān)閉背景音樂的聲道。這段簡介的時(shí)間需要與之前的插入的“站立交談”時(shí)間大致相同，這樣使用戶的體驗(yàn)更真實(shí)。

2.6 創(chuàng)建按鈕

VRP 三維互動(dòng)平臺中創(chuàng)建按鈕（圖3）是在“初級界面”，在“初級界面”點(diǎn)擊“創(chuàng)建新面板”后選擇“按鈕”，會(huì)進(jìn)入到它的設(shè)置界面，對其位置、貼圖、標(biāo)注、透明以及鼠標(biāo)事件等。在按鈕的控件屬性中對其進(jìn)行命名，按鈕的位置、大小可以隨意改變，但是要根據(jù)布局來調(diào)整；剛創(chuàng)建的按鈕底色是白色，可以通過貼圖功能來美化按鈕，看起來更加美觀；標(biāo)注是將想要賦予這個(gè)按鈕的功能來注明；鼠標(biāo)事件就是來讓的按鈕“活起來”，可以設(shè)置按鈕右鍵單擊、左鍵單擊、右鍵雙擊、左鍵雙擊等操作后會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果。可以利用這個(gè)技術(shù)將上文創(chuàng)建的相機(jī)進(jìn)行切換、音樂的播放與暫停等功能。

3 結(jié)論

主要對楊靖宇紅色文化紀(jì)念館VR 漫游進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在VR漫游設(shè)計(jì)的過程中，首先根據(jù)楊靖宇紀(jì)念館的圖片信息數(shù)據(jù)，對楊靖宇紀(jì)念館進(jìn)行了基礎(chǔ)三維建模，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的楊靖宇紀(jì)念館固定漫游設(shè)計(jì)，根據(jù)需要用不同的方法完成了紋理貼圖的工作，使整個(gè)虛擬場景顯得比較逼真，便于提高用戶的體驗(yàn)感。為了使整個(gè)VR 漫游系統(tǒng)具有交互性，對楊靖宇紀(jì)念館的交互漫游模塊以及場景優(yōu)化進(jìn)行了設(shè)計(jì)。