茶思維模式下VR技術對校史館場景開發研究

肖世龍，張甜田，毛 容

（沈陽理工大學藝術設計學院，遼寧沈陽 110159）

隨著科技的進步，新興媒體也不斷涌現，發展最為迅猛的則是虛擬現實技術（簡稱：VR技術）。VR技術的日漸成熟，能夠廣泛運用在人類生活的方方面面。VR技術利用其交互性、和沉浸性的特性，讓人們更大限度的享受VR技術為人們帶來的紅利。VR技術的發展為瀏覽展館提供了新的體驗模式，極大的提高了展覽效果和管理方式，實現了信息數字化，正如茶葉的制作工藝和采摘流程也可以通過VR方式形象立體的展示在人們的眼前，使人不用實地考察便可了解情況。

1 茶思維下VR技術實踐研究

在虛擬再現產品的開發過程中，首先了解它的設計輔助工具：包括3D建模，場景交互和紋理貼圖等技術軟件配合，其次設計好產品研發的設計流程，最后結合設計工具和實驗流程，進行產品的研究開發，茶葉的煉制與烘焙構成正式需借助次技術得以完成。

利用茶葉的制造過程，以茶思維方式，能夠得以了解一套虛擬系統的實現不僅需要軟件設計工具的輔助，同時也離不開硬件設備的配合。軟件幫助建立和實現虛擬場景，硬件讓我們身臨其境的去體驗虛擬場景，只有兩者結合才能完美呈現虛擬再現系統。

1.1 軟件輔助技術

關于虛擬再現系統的開發，需要的三大支柱性軟件分別是3Dmax、Unity3D和Substance Painter。其中3Dmax主要是對三維模型的建立；Unity則是對3DMax導出的模型進行場景的渲染，音效的配置等交互性的功能設計；同時，需要平面設計師對設計所需的資料進行排版并使用Substance Painter對渲染好的模型進行貼圖和材質的紋理處理。

為給予體驗者一個真實感受，設計師需要運用3Dmax技術對場景進行1：1的模型建立，同時需要采用Unity3D做交互設計，而Substance Painter主要是負責平面貼圖的軟件，其目的是為了讓場景更具有真實的效果。

1.2 硬件輔助技術

虛擬現實系統的展示實現主要依據兩大硬件設備的輔助，目前使用最為普遍的是眼動儀和VR眼鏡配合手柄。

眼動儀是對眼部運動軌跡的記錄并提取數據，如觀察點、觀察時間和次數、眼睛的距離、瞳孔的大小從而研究人類的內部認知過程。主要是分析人類的眼動數據來研究人類的心理活動[5]，并通過數據分析，應用于方案設計中，對方案進行修改和提升。

1.3 設計方法流程

針對虛擬再現系統的開發，需要準確的需求分析，確定針對人群，進行實地考察參觀，建立模型的平面草圖。通過3DMax構建出尺寸準確的三維模型。根據場景的需求進一步確定整體所需的美術風格，從而進行場景、界面等方面的設計，在有需求的情況下進行界面動效制作；還將對3DMax構建出的素模賦予材質、紋理貼圖等。導入Unity3D引擎，在Unity3D引擎中，利用steamVR、VRTK等插件進行跳轉模擬，對場景環境光效、天空盒等進行設計，然后對三維模型整體效果進行整合，開發各模塊功能并進行模塊代碼編寫，配合符合場景的音樂和特效增強最終效果，最后導出exe文件生成虛擬再現仿真應用案例，經過對案例的反復體驗，并對其進行反復改進，最終發布。

2 茶思維下校史館虛擬系統構建研究-以沈陽理工大學為例

科技發展的腳步已經越來越快，如今傳統制茶工藝以突破傳統模式，正在以高新的技術和新媒體等正在積極融入大眾的生活。而校史宣傳工作也可以通過這樣的途徑來吸引更多不同年齡層的群眾，例如開設校史微博、微信公眾號小程和數字檔案網站等，通過這些常見的新媒體平臺，拓寬校史的宣傳渠道，進而推動我校校史館的創新和發展。VR技術的引進在檔案宣傳建設中具有重大意義，可以幫助公眾實時查詢其所需要的檔案信息，并且可以零距離的與宣傳部門進行溝通交流，更深層次的了解校史，走進校史，同時通過新媒體VR技術可以提高檔案宣傳部門提升檔案服務的質量，實現檔案信息的復制、存儲、傳遞。為了更好的探究VR技術在展覽館當中的應用，以沈陽理工大學校史館為研究對象例進行分析。

2.1 調研準備

開發校史館虛擬再現系統，首先需要大量的時間和精力，由于許多資料缺失或保存不完整需要對學校的歷史資料進行收集整合和多方面考證。其次對校史館的場館進行勘察測量，在保證場館高度還原的前提下進行細節上的增減優化和豐富，對資料進行整理并確定虛擬場館的結構規劃、尺寸確定、路徑規劃、墻面裝飾、信息版位置設計、圖版的風格設計等。采取文獻法、走訪法、實地考察法、資料收集法、跨學科綜合研究法等調研方法。

2.2 設計實現

虛擬校史館的建立是充分利用虛擬現實技術自身的優勢來解決實體校史館所存在的問題。主要結合計算機圖形學、人體交互、傳感技術、人工智能等多領域學科知識設計并建立了虛擬校史館實驗平臺。充分利用虛擬現實技術的交互性和沉浸性原理使用戶能夠突破時間和空間的局限完成對虛擬校史館的參觀。

模型的建立：場館模型建立主要分為兩部分，第一部分是對模型中的單一物品進行設計，如序廳中的路標、校訓石等，用3D max軟件進行構建，第二部分是按照前期的場館數據設計和場館規劃，使用unity引擎構建場館內的基本環境。

場館功能的實現，虛擬仿真校史館是一個相對完善的系統。要實現場館的仿真效果就要對場景環境光效進行優化渲染烘焙；利用Reflection Probe（反射探針）也就是常見的物理反射現象，來模擬反射周邊物體的光照信息讓物體本身受周圍物體的光照或材質的影響來達到模擬光照效果。

2.3 茶思維模式下的總體方案論述

以茶葉種植、培育、采摘、制作、加工、成品構成、到飲用，都是需不同的步驟得以完成，各個流程配合的重要性可見一斑，而聯想到校史館構建的過程其實也不外乎如此，更是需要層層配合，各方面均需做到干凈利索。而學校實際場館規模較小，不利于資料的整理和宣傳推廣。因此需要對實體場館進行擴大再設計，并安排各個板塊，以起到更好的宣傳作用和資料的收藏。根據對場館中十個板塊的數據統計和調查結果，進行整體方案設計。其整體場館設計風格主要以懷舊為主要基調，并對每個場館的布置和闡述方式進行微調。

序廳設計，包括總導覽圖、導向牌、警示牌等指引類功能導覽，這種導覽方式主要是依據傳統的標識語言，在所有公共區域或特定環境中設置樹立并引導游客參觀瀏覽的指示符號，從而形成有效的信息服務功能，

領導關懷展板上的圖片，采用縮略圖的方式展示給用戶，利用手柄選擇并點擊圖片或視頻，圖片就會放大，并以文字形式介紹該圖片的具體內容，并為用戶提供語音講解功能。

歷任領導板塊，展板對歷任領導基本信息進行介紹，并按照先后順序將領導的介紹以圖文方式進行展示，用戶點擊領導照片，會放大照片并出現相對應的領導介紹，伴隨語音講解。

歷史沿革板塊，提供相關的視頻觀看，手柄點擊播放視頻，視頻可放大也可縮小，同時以文字形式介紹時間軸上所播放視頻的具體歷史事件或意義，并為用戶提供給語音講解功能，缺點是視頻播放不能與語音講解同步進行。

沈陽理工大學具體分有14個學院，其每張展板上放置學院的標志以及重要事件，并提供語音講解。

優秀畢業生和榮譽室展板是學校榮譽的體現。優秀畢業生的介紹，以及一些杰出的校友，主要展示校友的榮譽介紹以及最新研究成果等信息。

校園風光展版完美的展現了校園的每一個角落以及四季校園的美景，帶上VR眼鏡，利用手柄點擊體驗校園美麗風光，給人身臨其境之感。

未來展望展板，是對學校未來規劃的一種期盼，以及發展目標，利用文字敘述，并語音講解。未來展望板塊前放置沈陽理工大學的校訓石，校訓石采用1：1的3D建模，可360°旋轉，全方位展示校訓。

沙盤是現在校區的展示，利用玻璃柜放置沙盤，用戶可以利用手柄點擊校區的任意部分，可放大并出現簡介。

3 茶思維模式下虛擬校史館建設方法與意義

3.1 茶思維下VR技術對虛擬場館的操作方法

VR技術下可以使其茶葉的制作工程清晰明白，使體驗的人能快速了解掌握制作的流程和工藝進展，以最短的實際迅速概論和把握茶葉購置的必須要素和精髓，在現實學校的校史館中，VR技術對虛擬場館的操作方法分為兩種：線上網頁版和線下VR版兩種。線上網頁版可以使用戶不受時空限制的對場館進行瀏覽，方便不同地點的用戶進行實時瀏覽交流；線下VR版可以增強用戶的體驗感，使參觀瀏覽場館效果更佳。

線上網頁版的虛擬校史館的操作方法需要在電腦和手機上下載項目АPP并進行用戶注冊、登錄。用戶通過本人電話號碼進行賬號注冊，點擊АPP進入項目選擇TEXT登陸自己的賬號即可對虛擬場館項目進行體驗；線上網頁版項目體驗操作簡單方便，只需一臺普通的電腦和手機下載或安裝項目АPP就可以足不出戶的對場館進行瀏覽和對校史資料的查詢；它不僅可以進一步擴大宣傳范圍，還可以提高用戶的利用率，使校史的宣傳方式更加廣泛。

VR眼鏡與手柄配合：將硬件設備調試好，確定定位器運轉正常，體驗者戴上VR眼鏡，視覺上完全沉浸式體驗參觀場館，視角會隨著頭部和身體的擺動、走動進行變化。由于在模型上加了碰撞體，因此射線只能指向空地而不能“穿墻而過”，這樣的設置更有真實性。食指扣動手柄下部的扳機，相當于按下“確認鍵”，除了場景跳轉外的大多數互動都由此按鍵來完成，其操作更加方便，對受眾群的包容的也更大，可以充分展示虛擬現實系統與體驗者之間的交互性。

3.2 VR技術對虛擬場館的意義

建立虛擬檔案館的優勢主要有以下幾點：一是它可以打破時間和空間的局限，只要戴上相應的設備，就可以第一人稱視角參觀檔案館；二是檔案館有許多珍貴的資料出于保護或稀缺等的原因，人們只能通過網絡圖片和一些文字資料了解，無法感受到原有資料的文化魅力，三是它模擬了真實的檔案館建設，并對其進行設計，滿足人們審美的同時還具有實用性，這樣可以讓參觀者更加的身臨其境；四是虛擬檔案館的建設，彌補了檔案資料管理和傳承的短板，增強公共檔案館的吸引力，同時，拉近人們與檔案館的距離

4 結束語

在未來伴隨著VR市場的標準逐漸統一，其軟件開發成本也會隨之降低，所以VR技術將會涉獵更加廣泛，逐漸滲透我們的生活，而我們要有信心和勇氣迎接VR時代帶來的歷史性的變革。