李子君,孫述平，王 濤

三明學(xué)院藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，福建三明，365000

1 相關(guān)研究與問題提出

紅色文化是由中國共產(chǎn)黨與人民群眾經(jīng)歷革命戰(zhàn)爭(zhēng)的洗禮保留下來的文化，對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀、價(jià)值觀是非常有幫助的[1]。一方面，紅色文化精神需要傳承，另一方面，面對(duì)現(xiàn)代科技、經(jīng)濟(jì)和信息化社會(huì)的快速發(fā)展和影響，紅色文化遺址的保護(hù)與傳承面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1.1 運(yùn)用VR虛擬技術(shù)傳播紅色文化

打造紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)，旨在通過對(duì)我國珍貴的紅色文化遺址進(jìn)行數(shù)字化處理和建立資料庫，從而達(dá)到與大眾共同分享的目的。我國自上世紀(jì)80年代開始開展紅色文化保護(hù)工作[2]，經(jīng)過幾十年的建設(shè)與開發(fā)，取得了較為顯著的成果，一些具有代表性的紅色文化數(shù)字資源庫陸續(xù)投入使用。雖然我國的紅色文化建設(shè)取得了一定成績(jī)，但問題仍然凸顯，表現(xiàn)為缺乏統(tǒng)一規(guī)劃平臺(tái)、重復(fù)性建設(shè)嚴(yán)重、區(qū)域發(fā)展不均等。在信息化和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代,加強(qiáng)對(duì)紅色文化保護(hù)的研究，利用現(xiàn)代科技手段保護(hù)和傳承紅色文化，顯得十分重要。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自1935年萌芽，到2016年在我國科技行業(yè)興起[3]。紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)有可觀的發(fā)展前景。該平臺(tái)運(yùn)用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建線上的紅色虛擬體驗(yàn)館。用戶登錄線上VR紅色文化研學(xué)平臺(tái)，戴上VR眼鏡就能足不出戶地瀏覽全國各地的紅色文化精髓，身臨其境的體驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。用戶若有計(jì)劃去現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)紅色文化，也能通過該平臺(tái)預(yù)先線上體驗(yàn)，預(yù)先認(rèn)知，提前制定計(jì)劃。紅色文化研學(xué)平臺(tái)應(yīng)用VR虛擬技術(shù)是數(shù)字化時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.2 以紅色文化促進(jìn)區(qū)域旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展

近年來，我國的紅色文化旅游產(chǎn)業(yè)在各區(qū)域陸續(xù)規(guī)劃發(fā)展。運(yùn)用紅色文化資源促進(jìn)旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一方面，傳承了紅色文化，另一方面，也發(fā)展了區(qū)域的旅游產(chǎn)業(yè)，使我國優(yōu)秀紅色文化與旅游經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。上杭縣古田鎮(zhèn)是著名的革命老區(qū)，有古田會(huì)議會(huì)址、古田會(huì)議紀(jì)念館、毛澤東才溪鄉(xiāng)調(diào)查紀(jì)念館等紅色文化基地，有當(dāng)年中央蘇區(qū)的“第一模范鄉(xiāng)”才溪鄉(xiāng)[4]。上一輩的共產(chǎn)黨人在古田鎮(zhèn)留下了諸多精神財(cái)富，古田會(huì)議奠定了中國共產(chǎn)黨政治工作的基礎(chǔ)，古田鎮(zhèn)作為福建地區(qū)重要的紅色文化基地之一，擁有獨(dú)特的自然條件、人文特質(zhì)，孕育了極其寶貴的紅色歷史文化資源。

本研究采用了架構(gòu)方法論，以結(jié)構(gòu)行為合一(Structure-Behavior Coalesce，SBC)架構(gòu)描述語言為工具[5]，將紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)作整體性的分析與設(shè)計(jì)制作，并建立一套系統(tǒng)的紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)模型，從結(jié)構(gòu)角度的觀點(diǎn)和行為角度觀點(diǎn)進(jìn)行紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的創(chuàng)建。依托此建模方法，把結(jié)構(gòu)和行為清楚地描述出來，讓紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)者與使用者一目了然。通過SBC，可以讓設(shè)計(jì)者在短時(shí)內(nèi)定出自己想要的結(jié)構(gòu)與行為，利用SBC的多層次和多層級(jí)原理，讓設(shè)計(jì)進(jìn)一步分解，讓下一階段(系統(tǒng)設(shè)計(jì))的設(shè)計(jì)人員清楚了解需求為何?！盵5]

2 研究原理與方法

SBC架構(gòu)建模工具是一套采用結(jié)構(gòu)與行為合一的六大金律來描繪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)行為，不僅描述其外部設(shè)計(jì)者與系統(tǒng)的行為面，也描述其行為和構(gòu)件的連接關(guān)系，是一套整合性的建模方法[6]。本節(jié)將運(yùn)用架構(gòu)描述語言工具制作模型，由上而下找出符合研究范圍的紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的“架構(gòu)階層”，接著透過聚合系統(tǒng)(Aggregated System)的分解找出構(gòu)件以及階層關(guān)系，直到無法再分解為止，有了階層關(guān)系，就可以制作紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的階層圖，然后再去探討每一個(gè)構(gòu)件所提供的操作以及構(gòu)件與構(gòu)件間的互動(dòng)關(guān)系,做成紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)構(gòu)件操作圖和構(gòu)件連接圖，再依據(jù)構(gòu)件與行為者的互動(dòng)關(guān)系制作結(jié)構(gòu)行為合一圖，最后分析每一個(gè)操作行為，透過互動(dòng)流程圖來了解構(gòu)件與構(gòu)件間的互動(dòng)順序、資料的傳遞以及關(guān)系。

2.1 SBC導(dǎo)向紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)圖原理

SBC導(dǎo)向紅色文化VR研究平臺(tái)設(shè)計(jì)圖原理可分為三點(diǎn)：紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)架構(gòu)階層圖、紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)框架圖、紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)構(gòu)件操作圖。

2.1.1 紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)架構(gòu)階層圖設(shè)計(jì)原理

將系統(tǒng)有階層性的分解，把一些較抽象意義的名稱分解成各個(gè)功能完整的構(gòu)件元素，直到各個(gè)構(gòu)件都已有較完整的功能，也就是無法再切割[7]。分解出來的紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)架構(gòu)階層圖如圖1所示，架構(gòu)階層圖是SBC的第一個(gè)金律，從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)(View of Structure)透過紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的架構(gòu)階層圖來進(jìn)行系統(tǒng)的階層與分解，可分解為三個(gè)階層：第一層為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)來源層，第二層為數(shù)據(jù)平臺(tái)統(tǒng)籌層，第三層為數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)層。

圖1 研學(xué)平臺(tái)架構(gòu)階層圖

接著將這三個(gè)設(shè)計(jì)層依據(jù)功能和性質(zhì)予以分解。第一層分解成“紅色文化資料庫”“資料整理組”兩個(gè)界面構(gòu)件，而“資料整理組”這個(gè)聚合構(gòu)件可再分解成“素材庫”“設(shè)計(jì)軟件庫”“設(shè)計(jì)者團(tuán)隊(duì)”構(gòu)件?！霸O(shè)計(jì)者團(tuán)隊(duì)”的部分則可分解為“圖片設(shè)計(jì)者”等五個(gè)構(gòu)件。

通過紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)架構(gòu)階層圖模型，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可進(jìn)入設(shè)計(jì)前期素材來源整理階段，成立資料整理組，創(chuàng)建紅色文化資料庫，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的相關(guān)資料，依據(jù)類別做整合分類，可分為視頻資料、文字資料、圖片資料等。本研究的資料完全基于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，同時(shí)探討使用互聯(lián)網(wǎng)這一平臺(tái)獲得的資料來構(gòu)建紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)的可行性。運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)獲取紅色文化相關(guān)資料的優(yōu)勢(shì)在于：來源廣、不受時(shí)空限制、相對(duì)傳統(tǒng)方式更高效、不必浪費(fèi)資源去現(xiàn)場(chǎng)勘察，這也為有心致力于紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)計(jì)劃的研究者提供了一個(gè)方便快捷的通道。不足之處在于：來源的真實(shí)性不能確定、可能造成版權(quán)問題、圖片資料的單一性、建筑物各個(gè)角度資料不能面面俱到、大部分紅色文化遺址缺失官方互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。本研究中所收集的有關(guān)紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的視頻資料、文字資料、圖片資料等來源于百度平臺(tái)。建立紅色文化資料庫后，進(jìn)行資料庫檢索方式的整理，完成此紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)檢索功能。資料庫建置可規(guī)劃為開放式資料庫，將所有基本資料，如素材編號(hào)、素材名稱、材質(zhì)、素材類別、圖片、視頻、3D影像等資料建置為素材資料表。

2.1.2 紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)框架圖設(shè)計(jì)原理

各個(gè)被分解出來的構(gòu)件可依不同的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)進(jìn)行分層，例如，系統(tǒng)按照1982年發(fā)明的MVC框架(Model View Controller,模型-視圖-控制器的縮寫)去做設(shè)計(jì)可分為三層，以利用各個(gè)不同結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)的呈現(xiàn)，經(jīng)分層后所得到的框架圖如圖2所示。框架圖是SBC的第二個(gè)金律，透過紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的構(gòu)件來說明此系統(tǒng)中所有構(gòu)件所組成的不同層級(jí)，框架圖忽略了層次的關(guān)系，只單純考慮構(gòu)件的結(jié)合，可用來解釋構(gòu)件組成的平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖2 分層后所得到的框架圖

紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的構(gòu)件共8個(gè)，分三層級(jí)，分別為“數(shù)據(jù)平臺(tái)來源層”“數(shù)據(jù)平臺(tái)統(tǒng)籌層”和“數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)層”，具體內(nèi)容見圖2。這8個(gè)構(gòu)件可以充分表達(dá)出紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的運(yùn)作方式。

2.1.3 紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)構(gòu)件操作圖設(shè)計(jì)原理

紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)有眾多的構(gòu)件操作圖，以圖片設(shè)計(jì)者為例，如圖3所示。圖片設(shè)計(jì)者通過紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)作讀取和編輯圖片資料的動(dòng)作，而此控制構(gòu)件接收加入編輯的圖片資料后，把圖片資料儲(chǔ)存在紅色文化資料庫中；使用者在瀏覽圖片資料時(shí)，也是通過此控制構(gòu)件接收資料并進(jìn)入紅色文化資料庫截取圖片資料，再反饋給上層的界面，使用者可發(fā)表評(píng)論，系統(tǒng)經(jīng)過處理后，也會(huì)儲(chǔ)存在紅色文化資料庫中。

圖3 構(gòu)件操作圖

圖片設(shè)計(jì)者把圖片資料輸入紅色文化資料庫之前，還需要對(duì)圖片資料進(jìn)行軟件處理，對(duì)象主體制作完成后需要制作貼圖才會(huì)有擬真效果，因此必須在素材庫中截取需要的圖片進(jìn)行貼圖，要注意的是截下來的圖通常不是工整的，因此在貼圖前需要利用Photoshop軟件處理圖片，完成修圖后，將處理好的圖片依照記錄的數(shù)據(jù)貼到對(duì)象上即可[8]。

紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，在上杭縣古田鎮(zhèn)選址考察中，選取古田會(huì)議會(huì)址作為平臺(tái)設(shè)計(jì)參考。在制作古田會(huì)議會(huì)址的過程中，數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)層的圖片設(shè)計(jì)者、模型設(shè)計(jì)者、特效設(shè)計(jì)者、剪輯設(shè)計(jì)者和載體設(shè)計(jì)者的工作是可以同步進(jìn)行的。模型設(shè)計(jì)者制作古田會(huì)議會(huì)址模型的第一步就是先從古田會(huì)議會(huì)址素材庫中尋找制作的對(duì)象，了解這個(gè)對(duì)象的外觀、特征以及比例尺寸，了解并記錄建筑物對(duì)象的特征后，便可依據(jù)觀看時(shí)所記錄的數(shù)據(jù)使用MAYA制作模型主體。制作模型的方法有很多種，如使用多邊形建?；蚴乔€建模都可以。在MAYA軟件中設(shè)計(jì)完模型后，可依據(jù)腳本進(jìn)行相關(guān)動(dòng)畫制作，導(dǎo)出AVI視頻文件交給特效設(shè)計(jì)者，特效設(shè)計(jì)者載入After Effects軟件中進(jìn)行特效合成設(shè)計(jì)，接著進(jìn)入剪輯設(shè)計(jì)者工作環(huán)節(jié)，在剪輯界面時(shí)，首先剪輯出完整視頻短片，在剪輯界面中添加古田會(huì)議會(huì)址文字介紹、語音介紹，設(shè)計(jì)出可供交互預(yù)覽的單獨(dú)片段若干，用于使用者進(jìn)入紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)之古田會(huì)議會(huì)址的鏈接源。載體設(shè)計(jì)者把圖片設(shè)計(jì)者、模型設(shè)計(jì)者、特效設(shè)計(jì)者和剪輯設(shè)計(jì)者所制作的各種資料整合在一起導(dǎo)出FBX格式，一同導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D界面中進(jìn)行程式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出古田會(huì)議會(huì)址VR界面，這也是紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)中最重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2 紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)方法

SBC導(dǎo)向紅色文化VR研究平臺(tái)設(shè)計(jì)方法可分為三點(diǎn)：紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)構(gòu)件連接圖、紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)行為合一圖和紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)互動(dòng)流程圖。

2.2.1 紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)構(gòu)件圖設(shè)計(jì)方法

構(gòu)件連接圖是SBC的第四個(gè)金律，通過紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)構(gòu)件連接圖，顯示平臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)各構(gòu)件之間的連接關(guān)系，通過連接關(guān)系，讓平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)變得清楚明了，且紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)內(nèi)的各構(gòu)件的互動(dòng)關(guān)系可一眼看出，如圖4所示。紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)構(gòu)件連接圖有圖片設(shè)計(jì)者、特效設(shè)計(jì)者、模型設(shè)計(jì)者、剪輯設(shè)計(jì)者和載體設(shè)計(jì)者等五個(gè)行為人，從這五個(gè)行為人與各構(gòu)件間所提供的操作與操作的互相連接，讓參與系統(tǒng)的人員立即了解整體系統(tǒng)構(gòu)件的互動(dòng)關(guān)聯(lián)。

圖4 構(gòu)件連接圖

2.2.2 紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)行為合一圖設(shè)計(jì)方法

利用結(jié)構(gòu)行為合一圖來表達(dá)系統(tǒng)內(nèi)各構(gòu)件元素和外部行為者的互動(dòng)行為，通過結(jié)構(gòu)行為合一圖可以知道整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)和行為觀點(diǎn)，讓所有參與系統(tǒng)的使用者、分析人員、設(shè)計(jì)人員等都可以了解目前階段的設(shè)計(jì)是否按照先前的想法在走，而其建模的方法就是把行為者的某項(xiàng)行為所需的構(gòu)件連起來，行為者可能多個(gè)，所以一張圖中就會(huì)有多個(gè)行為者。紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有多個(gè)結(jié)構(gòu)行為合一圖，研究以圖片處理者行為作為參考，如圖5所示。

圖5 結(jié)構(gòu)行為合一圖

2.2.3 紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)互動(dòng)流程圖設(shè)計(jì)方法

利用互動(dòng)流程圖來描述紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的各個(gè)行為在外部環(huán)境下如何和構(gòu)件以及構(gòu)件操作發(fā)生互動(dòng)關(guān)系，同時(shí)互動(dòng)流程圖也表達(dá)了互動(dòng)關(guān)系的發(fā)生順序，以及各構(gòu)件關(guān)系之間的資料傳遞，同時(shí)互動(dòng)流程圖也允許多個(gè)外部行為者、完成上述行為者和構(gòu)件及資料的傳遞?；?dòng)流程圖需要再把各個(gè)行為抽離出來，每個(gè)行為與外界環(huán)境行為者、構(gòu)件間的連接、構(gòu)件所提供的操作、資料傳遞的方向需按照時(shí)間順序畫出。紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)有多個(gè)互動(dòng)流程圖，以下針對(duì)紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)載體設(shè)計(jì)者的行為繪制互動(dòng)流程圖案例，如圖6所示。可以看出，紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)中載體設(shè)計(jì)者的行為與外界環(huán)境、構(gòu)件、操作間的互動(dòng)關(guān)系。

圖6 互動(dòng)流程圖

3 結(jié) 論

從紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)使用者的角度來看，使用者與紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)之間的互動(dòng)是靈活的，使用者到配有VR相關(guān)儀器的體驗(yàn)場(chǎng)所，戴上VR頭盔，就可以實(shí)現(xiàn)資料的查詢與訪問。程序訪問機(jī)制十分靈活簡(jiǎn)單，紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)可提供大量標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方法。從系統(tǒng)架構(gòu)導(dǎo)向紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的開發(fā)前景看，使用者界面具有相當(dāng)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可為用戶或程序提供多個(gè)復(fù)雜的視圖，以及系統(tǒng)架構(gòu)從前期的設(shè)計(jì)和規(guī)范化過程也簡(jiǎn)單易行和易于理解。由于SBC架構(gòu)描述語言中的六個(gè)架構(gòu)圖有強(qiáng)有力的、多方面的功能，已經(jīng)有效地支持許多案例應(yīng)用。與許多新技術(shù)一樣，風(fēng)險(xiǎn)就在于應(yīng)用，從事面向紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)者或相關(guān)機(jī)構(gòu)還不能令人信服，由于缺乏統(tǒng)一性，許多不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間不能通用。有面向紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)開發(fā)的機(jī)構(gòu)的專業(yè)人員認(rèn)為，成功開發(fā)這種系統(tǒng)的關(guān)鍵是正規(guī)訓(xùn)練。此外，面向?qū)ο笙到y(tǒng)架構(gòu)開發(fā)的有關(guān)原理才剛開始具有雛形，還需一段時(shí)間在可靠性、成本等方面被接受。目前紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)面對(duì)的使用平臺(tái)是公共VR虛擬體驗(yàn)館。使用者單獨(dú)購置VR虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔并不能廣泛推廣，大部分使用者會(huì)選擇到當(dāng)?shù)氐募t色文化VR虛擬體驗(yàn)館中，配合相關(guān)的VR設(shè)備才能保證虛擬現(xiàn)實(shí)真實(shí)場(chǎng)景的使用效果，在要求系統(tǒng)頻繁改變的環(huán)境下，關(guān)系系統(tǒng)的成本高且修改困難。所以，在前期的架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中支持“模式演變”(schema evolution)的功能很重要。從紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)科學(xué)方面看，沒有關(guān)于面向?qū)ο蠓治龅囊惶浊逦母拍钅Ｐ?，怎樣設(shè)計(jì)紅色文化VR研學(xué)平臺(tái)的其他應(yīng)用系統(tǒng)還不明確，還需要繼續(xù)深入探討，研究運(yùn)用系統(tǒng)架構(gòu)將在不同的應(yīng)用領(lǐng)域支持不同的應(yīng)用需求。