基于VR技術的“重走一大路”虛擬漫游系統的研究與應用

陳希赟 方玉燕 柏敏杰

摘 要：基于VR技術的“重走一大路”虛擬漫游系統使用Unity作為系統主要開發工具，并使用3Ds Max軟件制作人物和場景模型。本項目VR技術的實現得益于Unity引擎及SteamVR和VRTK這兩款VR開發插件的支持，并使用C#語言進行VR交互開發。通過佩戴VR頭顯設備，便可完成與場景中人物以及問答界面之間的交互。該項目研發完成后主要應用于高校思政教育及紀念建黨百年。

關鍵詞：紅船;黨建;虛擬現實;交互

中國共產黨即將迎來建黨百年，紅色文化也越來越受到人們的重視，激勵著中華兒女為理想和信仰拼搏奮斗。南湖紅船是中國共產黨誕生的標志，昭示著時代的高度與發展的方向，勉勵我們沿著南湖紅船開辟的革命航道奮勇前進。嘉興南湖革命紀念館館長張志松在2011年接受浙江日報采訪時告訴記者，紅船先后已接受2200多萬人次瞻仰。據數據統計顯示，截至2019年12月31日，中國共產黨黨員總數為9191.4萬名，突破9000萬。習近平總書記曾說過，如果我們的黨員同志能夠來到南湖看一次展覽，聽一次黨課，學一次黨章，觀一次專題片，瞻仰一次紅船，重溫一次入黨誓詞，有助于精神傳承、思想升華。

作為南湖紅船畔的黨員，我們考慮以紅船為載體，利用VR技術實現虛擬化“重走一大路”與紅船瞻仰。打破地域限制，依托數字媒體技術向全國廣大黨員同志再現南湖紅船風采，可在全體黨員中開展“游紅船、悟初心”教育活動，傳播紅船精神。通過虛擬現實技術中的沉浸性、交互性和多感知性等特點再現我黨誕生這一偉大歷史時刻，激發黨員同志愛黨、敬黨的感情。另通過對嘉興市革命紀念館、各大中小院校的調查研究，現在關于南湖紅船、黨建的展示都是基于視頻或全景顯示，沒有VR技術所能夠帶來的沉浸式交互體驗。通過VR這種新穎的瀏覽方式，可以讓體驗者的印象更深刻，南湖紅船宣告了中國共產黨的誕生，該項目研發具有很大社會意義。

1 項目設計

本項目主要用VR技術實現虛擬化重走一大路，再現南湖紅船一大場景。用戶帶上VR頭盔后，即到達獅子匯渡口乘坐游船游覽南湖，繼而登上湖心島瞻仰南湖紅船。利用VR技術可以逼真再現一大代表登島上船的路線以及中共一大開會的場景。紅船精神所昭示的是永不褪色的精神豐碑，利用VR技術可以身臨其境地感受“紅船劈波行，精神聚人心”的時代精神。更能展現我黨是如何在風雨飄搖、生靈涂炭、民族危在旦夕時肩負起實現中華民族偉大復興的歷史使命。

1.1 項目主要制作內容

本項目研發重點在于場景制作和交互設計。場景制作主要利用3Ds Max軟件，交互設計主要是在Unity軟件中合成場景并通過C#語言實現交互功能。

（1）通過實地調研，利用3D美術技術建構南湖景觀、紅船模型;

（2）結合歷史資料，利用3D美術技術建構中共一大代表人物模型，完成3D對象骨骼組合的有機運動;

（3）通過實地調研并結合歷史資料，利用3D美術技術，再現船內中共一大會議場景;

（4）利用U3D技術完成場景搭建，用戶可以在任何場景中實現沉浸式漫游和交互式學習;

（5）用戶可通過虛擬現實穿戴設備沉浸式進入一大會場，選擇代表角色通過視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，用戶在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而了解一大代表人物生平事跡，學習一大會議精神。

1.2 漫游流程設計

進入虛擬場景后，用戶先在第一場景中觀看一段介紹黨史的視頻資料。隨后跳轉到第二場景，在獅子匯渡口登船漫游至南湖主場景，漫游者根據提示使用手柄登上湖心島，開始問答交互。當完成所有問答后，會自動跳轉至劇情模式，暗示漫游者進入紅船內部。在紅船內部可以進行人物交互，了解一大代表人物生平。當完成設定的主線后，漫游者可以使用手柄在整個南湖場景中自由游覽。

2 項目實現

項目研發的關鍵技術包括：

（1）3D美術：利用3Ds Max軟件制作紅船模型、一大代表人物模型，構建全景模型;

（2）U3D開發：利用Unity3D引擎搭建場景，開發虛擬現實系統，完成場景漫游;

（3）交互技術開發：通過C#腳本實現交互訓練功能，完成軟件平臺。

2.1 場景與人物建模

因在Unity中無法制作有細節的模型，所以需要通過3D Max來制作人物模型，在導出UV后通過BodyPaint 3D和Photoshop繪制貼圖，并把貼圖導入3D Max的材質球中進行貼圖，導出fbx格式后，導入Unity中使用。建筑場景和道具物品的制作方法相同。

Unity自帶的地形系統非常強大，可以使用Terrain地形模板來制作一些復雜地形的設計，如高山、湖泊和草原等。在建造場景地形時，主要運用Terrain模板中的Raise/Loewe Terrain和Brushes工具，這樣可以通過對部分地形的上升和下降來實現主要地形的搭建，再通過筆刷來一點點繪制和修改地形。水面則運用Unity中自帶的Environment資源包來進行實現，通過導入資源包可以手動將資源包中的水面資源拖入到場景相應位置中。場景中的復雜模型則是將事先建好的fbx模型文件拖入Unity中的Assets文件目錄下，再進行場景布置。

圖2 地形制作? 圖3 水面制作

2.2 虛擬漫游

2.2.1 定點漫游

進入南湖主場景后，場景地面、樹木和建筑等模型的Mesh Collider組件均為不可用，同時在地面上安置三個高亮的固定傳送點，當完成所有固定點交互要求后，高亮點消失，啟用場景內所有物體的Mesh Collider組件。

2.2.2 自由漫游

啟用場景地面Mesh Collider碰撞組件，在VRTK_SDKManager中創建一個空物體，并重命名為PlayArea，添加組件VRTK_Basic Teleport并設置相關屬性，傳送都是基于碰撞的，所以需要給要進行傳送的物體或區域添加Collider碰撞組件。如是禁止傳送，要在這些物體上設置Collider碰撞組件，并修改tag標簽為nopass為不可穿越，將PolicyList組件改為Ignore，提示射線為不可傳送的色彩。為防止在實際運行中穿模導致陷入模型中的情況，需在PlayArea中添加VRTK_TeleportDisableOnHeadsetCollision和VRTK_HeadsetCollision兩個組件進行組件控制。

2.2.3 360度環視

運用CameraRig組件可以控制攝像機隨著VR頭盔的旋轉而旋轉，并將旋轉軸的坐標信息反饋給綁定的對象上。

2.3 嵌入并播放視頻

Unity支持mov、mpg、mpeg、mp4等多種視頻播放格式，但是這些格式在導入Unity時，都會轉碼為ogv格式。因此為了節省轉碼時間，可直接將視頻轉化為ogv格式再導入Unity中。播放功能則是用到了Unity中的VideoPlay控件，主要運用常規的播放控制方法如：Play、Pause、Stop、isPlaying，isLooping等功能。

2.4 交互問答

在主劇情的推動下，漫游者需要在規定的路線上完成指定的問答后才能繼續前進。通過Unity的GUI制作UI界面，在Canvas中添加Text文字信息和Buttom按鈕提交。因為要避免手柄射線穿透導致無法點擊按鈕的情況，因此要在Canvas中加入VRTK的VRTK_UICanvas腳本。為了避免VR頭盔中的顯示問題，修改Canvas中的Render Mode為World Space，再通過判斷腳本來識別答案的正確與否。制作關卡點時，需給目標點添加VRTK_DestinationPoint腳本用來接收射線實現人物的移動以及下一個答題面板的出現，關鍵代碼如下：

2.5 劇情模式

創建一個可以引導用戶的暗示，制作一個劇情模式，使用Unity中的空物體為其附加一個Box Collider組件，放置于最后一個高亮點，完成交互問答最后一題時，觸發劇情腳本。在看完劇情后，通過銷毀代碼來銷毀不需要的模型，關閉mzdMove腳本，關鍵代碼如下：

2.6 人物模型交互

用戶可以使用手柄點擊人物模型，從而在跳轉出來的UI界面中看到所選人物的生平事跡。在Unity中為人物模型添加一個Mesh Collider組件，使其擁有碰撞體。結合VRTK插件中的檢測碰撞的API點擊實現人物生平UI界面的跳出和消失。在GUI的Canvas中添加兩個Image組件，賦予背景和人物貼圖材質，在Canvas中添加Text組件，添加人物生平文字介紹。添加答題按鈕Buttom組件，深入了解人物經歷。整理GUI排版設計，簡潔明了地呈現在人物模型身邊，以便用戶了解查看。為了不讓射線穿透GUI界面在需Canvas中添加VRTK_UICanvas腳本。

3 項目應用

在黨的重大紀念、主題教育活動期間，到南湖紅船緬懷革命先輩，看一次展覽、聽一次黨課、學一次黨章、觀一次專題片、瞻仰一次紅船、重溫一次入黨誓詞，已成為各級黨組織和黨員干部的優良傳統。[1]為回顧建黨歷史，紀念建黨百年，本項目以紅船為載體，利用VR技術可面向九千萬黨員同志實現虛擬化“重走一大路”并瞻仰紅船，感悟初心和使命。該項目搭配VR頭顯設備可廣泛應用于大中小院校、企事業單位、社區等基層黨組織以開展愛國教育，彌補廣大黨員同志不能親臨嘉興南湖的遺憾，其社會效益明顯。

但目前虛擬現實技術在黨建方面的應用還不廣泛，在中國知網檢索VR/虛擬現實+黨建，文獻結果不足20條。隨著“互聯網+”時代的發展，加強黨在新形勢下的建設，充分利用網絡信息將現實黨建的全部內涵在網絡虛擬世界中進行延伸，將網民網上及網下的互動相結合，虛擬黨建與現實黨建相結合，加強網絡黨內外的互動，積極發揮虛擬黨建的作用，采取正確的行動策略提高各級黨組織的網絡建設能力及黨員干部的網絡素質，不斷的豐富黨建的內容及形式，構建貫通虛擬黨建與現實黨建的工作運行機制顯得非常重要。[2]

VR黨建是互聯網+黨建教育的具體實踐和應用，利用新型的信息技術手段，將新媒體新技術融入到黨建工作中，將虛擬現實技術應用于黨建展覽館的設計與建設中，既能夠解決場地和時間對基層黨員參觀學習的限制問題，又能通過數字化的展覽館形式使黨建文化更加生動、有趣、便捷地展現在學習者面前。[3]

虛擬現實技術因其特點在高校黨建思想政治教育中尤具重大意義和價值。黨的建設是黨領導的偉大事業不斷取得勝利的秘訣，高校黨的建設更是中國共產黨建設中重要的組成部分。推動高校黨建的形式創新，對推進我國黨建的發展完善有著重要價值。[4]該項目應用在課堂教學中，可以將原本抽象的黨建思政概念變得生動、直觀、形象，立體畫面感的展示有助于加速學生對理論知識的理解和運用。習近平總書記指出，革命傳統資源是我們黨的寶貴精神財富，要把紅色資源利用好、把紅色傳統發揚好、把紅色基因傳承好。傳統的黨建思政社會實踐主要以參觀和考察“紅色旅游”景點和愛國主義教育基地、走訪新農村、社會調研、假期“三下鄉”社會實踐活動、社會公益活動、“青年志愿者”等活動形式進行展開。然而，從時間、空間和安全性等多因素考慮，很難讓所有學生都能走出去，因此難以將抽象的道理轉化為鮮活的故事、生動的例子，內化于心、外化于形，實現思政教育潤人心脾的目標。但通過VR技術可以彌補傳統課程教學的不足，通過視覺、聽覺等全方位立體化互動式學習體驗，打破傳統體驗式紅色教育的時空限制，真實再現紅色革命場景以引導學生矢志不渝聽黨話、跟黨走，增強使命擔當，爭做社會主義可靠接班人。

4 結語

本項目的研發和應用也是對中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《關于深化新時代學校思想政治理論課改革創新的若干意見》的貫徹和落實。該項目能有效緩解黨史、黨建理論學習的枯燥性，通過寓教于樂的學習方式更好地宣傳紅船精神，有利于提升學習者對黨史、黨建學習的積極性和趣味性，能更好地建立和培養起青年學生的社會主義價值觀。使用虛擬現實技術實現嘉興紅船一大會議的展示，通過虛擬現實設備的交互讓體驗者可以更好地在南湖紅船上體驗到當時一大會議的場景，讓體驗者可以更好地認識開展會議的人大代表。可以更好地通過虛擬現實技術中沉浸性、交互性和多感知性特性再現我黨誕生這一偉大歷史時刻。

參考文獻：

[1]葛慧君.大力弘揚“紅船精神”[N].光明日報，2017-11-02

[2]張安慶，王安吉.基于虛擬黨建與現實黨建相關性的分析[J].才智，2014，（35）：299.

[3]董楠楠，欒婷.基于虛擬現實技術的沈陽市社區教育——黨建展覽館的設計與研究[C].第十六屆沈陽科學學術年會論文集（理工農醫），2019-10.

[4]白惠敏，紀甜，呂咪，賴喜琳，肖愛，莫緒鵬，彭青和.智慧黨建結合VR技術建設高校黨建的可行性分析[J].現代信息科技，2019，3（6）：128-131.

作者簡介：陳希赟（1988—），女，漢族，浙江嘉興人，碩士，中級職稱，研究方向：人機交互。