董亞莉 皮邦瀚 趙海英 謝燕

摘 要：本文以文化元素為對(duì)象，討論并研究了一種新的適用于傳統(tǒng)文化展呈的虛擬交互技術(shù)，探討利用該虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)將提取出的文化元素進(jìn)行展呈和再創(chuàng)作的過(guò)程。對(duì)這一過(guò)程的分析，不僅有利于幫助人們加深對(duì)文化內(nèi)涵的理解，而且對(duì)文物中優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承也起到了至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)文化;文化元素;虛擬交互

0 引言

文物是人類(lèi)在社會(huì)活動(dòng)中遺留下來(lái)的具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值的遺物和遺跡，它是人類(lèi)寶貴的歷史文化遺產(chǎn)。博物館是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)文化傳承與發(fā)展的有力見(jiàn)證機(jī)構(gòu)，其主要作用在于館藏文物的保護(hù)、研究和展呈?，F(xiàn)今的博物館文物研究已經(jīng)趨于全球化，不少?lài)?guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者都對(duì)館藏文物的文化內(nèi)涵做過(guò)深刻的研究解讀。但深入理解文化內(nèi)涵僅靠觀(guān)賞館藏文物和專(zhuān)家的文章解讀是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在文化大眾化傳播的今天，依靠新興數(shù)字技術(shù)進(jìn)行文化傳播是大勢(shì)所趨，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這其中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它的沉浸感式體驗(yàn)使其在眾多數(shù)字媒體技術(shù)中脫穎而出。其實(shí)，傳統(tǒng)文化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合的例子數(shù)不勝數(shù)，虛擬博物館、虛擬文化展廳、虛擬歌劇院等都是很好的體現(xiàn)，但將傳統(tǒng)文化中的基礎(chǔ)元素與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合的案例并不多，即使結(jié)合之后交互性也較差，若由此呈現(xiàn)的藝術(shù)效果不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求，反而對(duì)傳統(tǒng)文化產(chǎn)生負(fù)面的影響。

本文的研究意義在于將博物館文物中的文化元素與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，提出一種新的虛擬交互方式并對(duì)其技術(shù)細(xì)節(jié)作討論和研究，使與博物館文物中的文化元素有效結(jié)合，讓用戶(hù)的沉浸感和交互性體驗(yàn)更強(qiáng)烈，能更加深刻地感知文物的藝術(shù)性與文化內(nèi)涵。

1 文物中的傳統(tǒng)文化元素與DIY

我國(guó)的傳統(tǒng)文化種類(lèi)繁多、底蘊(yùn)深厚，如何將博物館館藏文物或數(shù)字化移動(dòng)文物中更為復(fù)雜的傳統(tǒng)文化元素合理運(yùn)用于交互設(shè)計(jì)，以更好地呈現(xiàn)并表達(dá)其文化內(nèi)涵，值得仔細(xì)推敲與斟酌。

筆者認(rèn)為，虛擬交互技術(shù)是一個(gè)非常新穎且實(shí)現(xiàn)效果較好的手段。因此，本文將探討如何通過(guò)虛擬交互技術(shù)與文物中的靜態(tài)文化元素的結(jié)合——例如如何將館藏文物中的圖案元素和數(shù)字化移動(dòng)文物中的圖案元素分解——來(lái)進(jìn)行理解性的交互和藝術(shù)性的再創(chuàng)作。為了更好地理解虛擬交互技術(shù)如何影響文化元素的呈現(xiàn)，本文將舉例對(duì)一些博物館文物中的文化元素及其內(nèi)涵進(jìn)行闡述。

文物中包含大量的圖案元素。我國(guó)的敦煌研究院從20世紀(jì)90年代起就與國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)始了“數(shù)字敦煌”的探索和研究，目前在文物圖像采集與保存、文物歷史復(fù)原、洞窟虛擬模擬、壁畫(huà)圖案創(chuàng)作等方面已經(jīng)取得并掌握了一套成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。而著名的舞劇《絲路花雨》也正是利用了敦煌壁畫(huà)，將這些文化元素從壁畫(huà)形式搬演進(jìn)舞臺(tái)，由靜態(tài)轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)，將這些文化元素賦予了新的生命力。[1]

其次，作為部分文物的民族服飾也是一種傳統(tǒng)文化元素，在一般的民族博物館中，大量的文物都是以民族服飾和器具的形式存在。不同的民族服飾在色彩、紋樣和構(gòu)成上都不盡相同，其中蘊(yùn)含的文化特色和寓意也不一樣。將不同的民族服飾上的這些元素進(jìn)行一定的解讀并表達(dá)出來(lái)，有利于人們對(duì)民族文化的理解和再創(chuàng)作。

剪紙也是一種很常見(jiàn)的傳統(tǒng)文化元素，在剪紙博物館中，大多數(shù)剪紙都有數(shù)字化的備份，這也使得我們?cè)诰€(xiàn)上博物館甚至移動(dòng)博物館中可以欣賞這些剪紙。剪紙的主題大多和中國(guó)的傳統(tǒng)節(jié)日春節(jié)有關(guān)，對(duì)于春節(jié)，中國(guó)人腦海里會(huì)出現(xiàn)一些抽象的概念，比如紅色，這種傳統(tǒng)的春節(jié)符號(hào)是我國(guó)勞動(dòng)人民千百年來(lái)生活與勞動(dòng)過(guò)程的積淀。[2]而剪紙正是利用紅色的紙張加上人類(lèi)的智慧和創(chuàng)造力將人們對(duì)春節(jié)的美好期望表達(dá)出來(lái)。

從以上例子可以看出，文物中的傳統(tǒng)文化元素種類(lèi)繁多，內(nèi)涵豐富，而且很多都體現(xiàn)著歷史發(fā)展過(guò)程中人們民對(duì)傳統(tǒng)文化的運(yùn)用和創(chuàng)新，這種創(chuàng)作過(guò)程正與DIY（Do It Yourself）制作相似。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，DIY即是在沒(méi)有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)限制的情況下，個(gè)人通過(guò)親身實(shí)踐對(duì)原材料進(jìn)行創(chuàng)作，從而打造出一份私人“作品”的過(guò)程。

2 如何通過(guò)虛擬交互技術(shù)進(jìn)行傳統(tǒng)文化元素的DIY

虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)可以說(shuō)是第四次工業(yè)革命時(shí)代下的產(chǎn)物，[3]未來(lái)的現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)將對(duì)包括人類(lèi)交流方式在內(nèi)的物質(zhì)文化生活產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)代高度興起的技術(shù)，它讓人沉浸在一個(gè)虛擬的場(chǎng)景，并對(duì)四周虛擬環(huán)境作出相應(yīng)感知和反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一方面需要感知和跟蹤用戶(hù)的肌肉運(yùn)動(dòng)、姿勢(shì)、語(yǔ)言等多個(gè)感官通道的輸入信息;另一方面對(duì)人類(lèi)的視、聽(tīng)、觸、嗅等多個(gè)感官通道如何感知真實(shí)世界進(jìn)行模擬;還可以由用戶(hù)的視點(diǎn)方位作為不同的輸入角度，快速為用戶(hù)提供人體各部位感官所能感受到的信息。人機(jī)交互是虛擬現(xiàn)實(shí)的核心技術(shù)之一，[4]對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的推廣和提高用戶(hù)的交互體驗(yàn)具有重要意義。由于傳感器和其他硬件技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。利用虛擬交互這種沉浸感強(qiáng)、交互性高的技術(shù)來(lái)進(jìn)行絲路文化元素的展示與傳播，既是文化元素新的數(shù)字化信息形式的呈現(xiàn)，也是國(guó)家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)傳承與保護(hù)的新興手段。

近年來(lái)，生產(chǎn)VR硬件設(shè)備的廠(chǎng)商逐漸增多，市面上的VR硬件設(shè)備也種類(lèi)繁多，HTC Vive是好評(píng)較多且用戶(hù)使用率較高的一套硬件設(shè)備。由此本文將介紹以HTC Vive為測(cè)試開(kāi)發(fā)硬件的傳統(tǒng)文化元素虛擬交互技術(shù)。

2.1 基于定位技術(shù)的文化元素感知

HTC Vive這套VR硬件設(shè)備配備有一套稱(chēng)為L(zhǎng)ighthouse的室內(nèi)定位系統(tǒng)，它是由兩個(gè)基站構(gòu)成，依靠這兩個(gè)基站里的紅外激光掃描頭配套的戴顯示器以及手柄上的接收點(diǎn)，即光敏傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)用戶(hù)的定位。這種良好的定位技術(shù)對(duì)于虛擬交互的重要性是可想而知的。依賴(lài)于這項(xiàng)技術(shù)，任何用戶(hù)都可以在有限的室內(nèi)空間隨意移動(dòng)，同時(shí)在虛擬空間中也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的位移，這種定位感知使得用戶(hù)的沉浸感和體驗(yàn)感大大增強(qiáng)。

以敦煌壁畫(huà)為例，在文化元素的虛擬交互中，我們可以用這些敦煌壁畫(huà)元素構(gòu)建一個(gè)藝術(shù)設(shè)計(jì)性較強(qiáng)的壁畫(huà)場(chǎng)景，在場(chǎng)景中有不同地域和風(fēng)格的壁畫(huà)，分布在不同的場(chǎng)景區(qū)域。當(dāng)用戶(hù)戴上頭顯設(shè)備體驗(yàn)該場(chǎng)景時(shí)，利用定位技術(shù)，其可以在條件允許的情況下在真實(shí)場(chǎng)景中四處走動(dòng)，虛擬場(chǎng)景中人物替身也會(huì)相應(yīng)地移動(dòng)，而此時(shí)用戶(hù)看到的是虛擬的壁畫(huà)場(chǎng)景，這就使得用戶(hù)在虛擬場(chǎng)景中產(chǎn)生真實(shí)的距離感。當(dāng)用戶(hù)要觀(guān)賞壁畫(huà)中的飛天元素時(shí)，他可以走近仔細(xì)查看并進(jìn)行下一步的交互，當(dāng)用戶(hù)要觀(guān)賞其他地域和風(fēng)格的壁畫(huà)時(shí)，他可以直接移動(dòng)到下一個(gè)位置。所以基于定位技術(shù)的開(kāi)發(fā)很好地解決了用戶(hù)距離感知不足的問(wèn)題，讓用戶(hù)能更自然地貼近壁畫(huà)中的文化元素，品味其內(nèi)涵。

2.2 基于手持移動(dòng)設(shè)備的文化元素交互提取

在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，有一個(gè)共同的理念是將傳統(tǒng)的桌面交互轉(zhuǎn)向用戶(hù)與環(huán)境的交互，其探討的主題是基于可移動(dòng)的手持設(shè)備的三維交互設(shè)計(jì)。在HTC Vive中，提供兩個(gè)可手持移動(dòng)的手柄，該手柄是可以實(shí)現(xiàn)3自由度的便捷移動(dòng)交互設(shè)備，配合定位系統(tǒng)可以讓用戶(hù)實(shí)現(xiàn)6自由度的操作。HTC手柄一共包含8個(gè)控制按鈕和環(huán)狀的光敏傳感器，有菜單按鈕、系統(tǒng)按鈕、扳機(jī)鍵和側(cè)面的手柄按鈕，其中心有一個(gè)圓形的觸摸板（touchpad），可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向的觸摸和按鍵操作。touchpad鍵是一個(gè)以中心為（0，0）點(diǎn)的直角坐標(biāo)系，四個(gè)端長(zhǎng)度都是1個(gè)單位，可接收觸摸和按壓兩種事件，通過(guò)SDK中的GetTouchDown以及GetPressDown兩個(gè)接口調(diào)用，觸摸或按壓會(huì)通過(guò)Unity3D中的GetAxis方法返回一個(gè)坐標(biāo)系中的點(diǎn)，由此可以判斷觸碰點(diǎn)的位置，觸發(fā)不同的事件，并根據(jù)角度或各種方法將按鍵切分為n個(gè)按鈕。

在面向傳統(tǒng)文化元素的虛擬交互技術(shù)中，文化元素的交互提取都依賴(lài)于手柄的操作。由于用戶(hù)處于文化元素豐富的虛擬場(chǎng)景之中，在觀(guān)賞元素的時(shí)候也要對(duì)其進(jìn)行操作，比如摘取元素進(jìn)行多角度觀(guān)賞，這時(shí)候就要用到手柄的扳機(jī)鍵。例如當(dāng)用戶(hù)處于按照某個(gè)文化主題構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景中時(shí)，若用戶(hù)在虛擬場(chǎng)景中觀(guān)看舞劇的同時(shí)，對(duì)演員身上的服裝產(chǎn)生了濃厚的興趣，用戶(hù)可以利用手柄走近角色，并用手柄觸碰正在表演的角色，此時(shí)該角色所穿著的服裝會(huì)以面板的形式展現(xiàn)出來(lái)，明確地告訴用戶(hù)該民族服飾的時(shí)代、類(lèi)屬和所包含的特點(diǎn)。

用戶(hù)在進(jìn)行主要交互功能感受傳統(tǒng)文化元素的同時(shí)，可以不拘泥于原文化主題的風(fēng)格，根據(jù)自己的想法對(duì)傳統(tǒng)文化元素進(jìn)行藝術(shù)性再創(chuàng)作，用戶(hù)可以對(duì)其中的壁畫(huà)、民族服飾、剪紙和地毯進(jìn)行一定的顏色填充。這時(shí)候會(huì)有幾種給定的配色方案，每種配色方案包含4～5種搭配起來(lái)比較和諧的顏色。在配色方案功能的設(shè)計(jì)中，手柄的touchpad的圓形設(shè)計(jì)和鍵位安排無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)該功能的最好方法。通過(guò)移動(dòng)手柄的交互，壁畫(huà)、民族服飾、剪紙、地毯等元素的文化內(nèi)涵及藝術(shù)價(jià)值可以很方便地呈現(xiàn)出來(lái)，甚至還能通過(guò)自己對(duì)該文化的理解，以一種創(chuàng)造性的交互方式改變這些文化元素的呈現(xiàn)方式。

2.3 基于射線(xiàn)的文化元素交互與體驗(yàn)

在虛擬交互技術(shù)的研發(fā)中，對(duì)于距離用戶(hù)較遠(yuǎn)的虛擬物體，不方便使用觸碰和摘取操作，這時(shí)候最常用的交互技術(shù)是射線(xiàn)交互，用戶(hù)在虛擬場(chǎng)景中可以使用手柄，并從手柄的頂端向手柄的朝向發(fā)射一條射線(xiàn)，該射線(xiàn)類(lèi)似激光指針，通過(guò)這束激光與物體的交點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程物體的交互。在常見(jiàn)的游戲引擎中一般都有射線(xiàn)的方法，但在虛擬交互技術(shù)中是通過(guò)應(yīng)用VRTK的Simple Pointer來(lái)實(shí)現(xiàn)。[5]簡(jiǎn)單指針（Simple Pointer）腳本從控制器尾部射出一個(gè)有色光束來(lái)模擬激光束，這在場(chǎng)景中指向物體很有用，它能判斷出所指向的物體以及物體距控制器射出光束位置的距離。另外一種貝塞爾曲線(xiàn)激光指針（Bezier Pointer）可以從控制器末端發(fā)出一個(gè)曲線(xiàn)（由游戲?qū)ο蠼M構(gòu)而成）到（任何高度的）地面上的一點(diǎn)。激光曲線(xiàn)的終點(diǎn)能夠彎曲到用戶(hù)看不見(jiàn)的對(duì)象頂部，可以用于傳送到各種高度的對(duì)象上。而在簡(jiǎn)單的射線(xiàn)操作中，如小場(chǎng)景同一水平高度的射線(xiàn)檢測(cè)，簡(jiǎn)單指針則比較常用。

將射線(xiàn)檢測(cè)用到傳統(tǒng)文化元素交互中，在有定位技術(shù)的同時(shí)，用戶(hù)有時(shí)候想要在虛擬場(chǎng)景中瞬間移動(dòng)，以更加方便地觀(guān)賞和實(shí)現(xiàn)交互體驗(yàn)，這時(shí)候可以用貝塞爾曲線(xiàn)激光指針進(jìn)行跨場(chǎng)景物體的跳躍瞬移。在對(duì)文化元素進(jìn)行顏色填充的時(shí)候，可以事先通過(guò)手柄選擇自己喜好的配色方案然后通過(guò)手柄發(fā)射的簡(jiǎn)單指針射線(xiàn)選中需要交互的元素面片，以改變?cè)撁嫫念伾?。?dāng)用戶(hù)想了解傳統(tǒng)文化元素中正在跳躍的舞蹈動(dòng)作時(shí)，用戶(hù)可以使用簡(jiǎn)單指針的射線(xiàn)遠(yuǎn)距離地選中正在舞動(dòng)的角色，通過(guò)扣動(dòng)扳機(jī)獲取該舞蹈的類(lèi)型、所屬地域、舞蹈特點(diǎn)等用戶(hù)感興趣的內(nèi)容。射線(xiàn)交互使一些遠(yuǎn)距離動(dòng)態(tài)的文化元素可以通過(guò)這種新穎的交互方式更簡(jiǎn)便地呈現(xiàn)在用戶(hù)面前。

2.4 基于著色器的文化元素著色

著色器即Shader，是一款在GPU上運(yùn)行的程序，用來(lái)對(duì)三維物體進(jìn)行著色處理，對(duì)光與影進(jìn)行計(jì)算和對(duì)紋理顏色進(jìn)行呈現(xiàn)，從而將游戲引擎中的一個(gè)個(gè)作為抽象的幾何數(shù)據(jù)存在的模型、場(chǎng)景和特效，以和真實(shí)世界類(lèi)似的光與影的形式呈現(xiàn)于玩家的眼中。我們?cè)趯?duì)傳統(tǒng)文化元素進(jìn)行交互的過(guò)程中，需要?jiǎng)?chuàng)造性地改變其著色器，使其更具趣味性。在射線(xiàn)檢測(cè)和碰撞體檢測(cè)之后，我們獲得了用戶(hù)想要交互的元素，此時(shí)我們可以任意改變其參數(shù)，而改變其顏色是最常見(jiàn)的手法，為了獲得較好的藝術(shù)性與觀(guān)賞性，我們采用著色器改變?cè)撐矬w的色彩和紋理，使其呈現(xiàn)出較好的藝術(shù)效果。對(duì)于地毯中的一個(gè)元素，我們可以通過(guò)射線(xiàn)將它選中，然后按照自己的想法改變它的顏色、紋理或者材質(zhì)。例如，我們?nèi)绻Ｍ恢粍?dòng)物呈現(xiàn)具有白色羽毛特質(zhì)的效果，我們可以通過(guò)著色器來(lái)調(diào)節(jié)它的顯示參數(shù)以呈現(xiàn)更好的展呈效果。利用著色器，我們可以將文物中各種不同的傳統(tǒng)文化元素中靜態(tài)的、單調(diào)的元素絢麗多彩地展現(xiàn)出來(lái)，增強(qiáng)用戶(hù)的視覺(jué)感官體驗(yàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種新的虛擬交互方式，并對(duì)其技術(shù)細(xì)節(jié)作了探討，以博物館文物中的傳統(tǒng)文化元素為對(duì)象，將其與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合，利用虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)將提取出的文化元素進(jìn)行展呈和再創(chuàng)作，這種技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合讓用戶(hù)的沉浸感和交互性體驗(yàn)更強(qiáng)烈，更能體會(huì)傳統(tǒng)文化元素的內(nèi)涵。在未來(lái)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)文化結(jié)合發(fā)展的過(guò)程中，新型的虛擬交互技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生很大的作用。

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