李妍　程璐璐　郭驍煊

關(guān)鍵詞：虛擬引擎技術(shù);蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館;紅色文化;數(shù)字化;場景設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）12-0157-02

信息化時(shí)代背景下，博物館、紀(jì)念館等一些展館作為現(xiàn)代文化積累與傳播的重要媒介，在教育研究和社會(huì)發(fā)展中占有較為重要的地位，但目前傳統(tǒng)的參觀方式已無法滿足現(xiàn)代受眾的需求[1-2]。因此文章利用虛幻引擎技術(shù)對(duì)蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館進(jìn)行數(shù)字化場景設(shè)計(jì)研究，希望能為受眾提供交互體驗(yàn)空間，并能打破傳統(tǒng)紀(jì)念館在時(shí)間、地域和參觀方式等方面的限制，從而能對(duì)甘肅紅色文化的傳播起到積極的促進(jìn)作用。

1虛幻引擎技術(shù)概述

虛幻引擎技術(shù)（UnrealEngine，以下簡稱UE）是一款實(shí)時(shí)引擎與編輯器，作為開發(fā)VR產(chǎn)品（特別是PC端）的常用引擎，它采用了最新的即時(shí)光跡追蹤、虛擬位移、HDR光照技術(shù)等新技術(shù)，通過NVIDIA的GeForce6800顯示卡與UE搭配，可以實(shí)時(shí)運(yùn)算出電影CG等級(jí)的畫面。目前，UE作為可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，正越來越多地被應(yīng)用在人們的日常生活中[3-4]。

2蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館概述

蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館坐落于甘肅省蘭州市七里河區(qū)華林坪以南、沈家?guī)X北麓，是為紀(jì)念1949年8月在蘭州戰(zhàn)役中犧牲的烈士而修建的。館展館面積1000平方米，由序廳、奏響西進(jìn)序曲、實(shí)施千里追擊、浴血南山之巔、聚殲青馬主力、歡慶西北解放、結(jié)束語等七個(gè)部分構(gòu)成，是全國181家重點(diǎn)烈士紀(jì)念設(shè)施保護(hù)單位，111家全國愛國主義教育示范基地，甘肅省文物保護(hù)單位和甘肅“中共黨史”教育基地。

3基于虛幻引擎技術(shù)的蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館數(shù)字化場景設(shè)計(jì)意義

當(dāng)前一些紀(jì)念館在數(shù)字保護(hù)與展示方面主要還停留在傳統(tǒng)三維建筑漫游的方式，不具備實(shí)時(shí)的交互性，帶給用戶的沉浸感也僅僅停留在影音效果的層面上。而利用UE不僅能夠?qū)⒁暵犜馗诱鎸?shí)、精致、整體地保存于計(jì)算機(jī)固件及互聯(lián)網(wǎng)中，更重要的是運(yùn)用“UE+紅色文化”，既以創(chuàng)新的形式弘揚(yáng)了革命精神，又能使受眾不用到紀(jì)念館實(shí)地就能夠在虛擬世界中漫游數(shù)字化場景，身臨其境般地去接受紅色文化精神帶來的思想熏陶[5]。將甘肅紅色文化通過數(shù)字化手段多維度地進(jìn)行展示，從而進(jìn)一步助力甘肅紅色文化的弘揚(yáng)與傳承。

4基于虛幻引擎技術(shù)的蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館數(shù)字化場景設(shè)計(jì)流程

文章以UE為主要開發(fā)平臺(tái)，借助3Dmax軟件對(duì)蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館的場景及館內(nèi)展品、浮雕等進(jìn)行模型創(chuàng)建，Unfold3D、SubstancePainter等圖像處理軟件對(duì)蘭州戰(zhàn)役館場景進(jìn)行還原設(shè)計(jì)，結(jié)合UE提供的SteamVR與VRTK等開發(fā)組件進(jìn)行腳本編寫，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)役紀(jì)念館的漫游、交互等功能。

4.1模型建立

為了盡可能還原蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館的場景，讓模型更加真實(shí)，首先對(duì)戰(zhàn)役館進(jìn)行實(shí)景拍攝和測(cè)量，利用3Dmax中創(chuàng)建的模型導(dǎo)入到Unity工程中，右擊Assets文件夾，選擇importnewAsset，選擇要導(dǎo)入的模型，在窗口中即可看到模型，展館場景的整體框架搭建和優(yōu)化，如圖1所示。其次，對(duì)館內(nèi)場景、結(jié)構(gòu)進(jìn)行逆向模型搭建。館內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單，但展品繁多，且各不相同，所以在針對(duì)展品進(jìn)行制作模型時(shí)采用分別建模處理再進(jìn)行集中搭建的方法，對(duì)所有資源進(jìn)行匯總、通過Unfold3DVSRS和SubstancePainter軟件對(duì)模型進(jìn)行UVW展開、控制行為編寫、算法優(yōu)化、校驗(yàn)。最后，將調(diào)試好的程序代碼導(dǎo)入U(xiǎn)E中，并對(duì)接到VR頭戴式設(shè)備進(jìn)行場景的性能測(cè)定和調(diào)試[6]。

4.2優(yōu)化處理

對(duì)室內(nèi)場景貼圖，前期主要通過人工拍攝進(jìn)行采集，為了讓模型更加真實(shí)，最大程度地增強(qiáng)室內(nèi)場景漫游的真實(shí)表達(dá)、豐富館內(nèi)三維模型的細(xì)節(jié)和材質(zhì)表達(dá)，需要對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化處理。包括：刪減不必要的面;區(qū)分結(jié)構(gòu)層次，將近觀和遠(yuǎn)觀的面區(qū)分出來，近觀的面要拉近顯示器仔細(xì)觀察是否有遺漏和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不足的地方，遠(yuǎn)觀要盡量使用Lod，看看是否可以使用貼圖細(xì)節(jié)來代替模型細(xì)節(jié)，減少運(yùn)算量;關(guān)聯(lián)的所有模型打包為一個(gè)組，使里面的物體具有相同的參數(shù)坐標(biāo)系，修改時(shí)相互制約影響，不至于讓比例失調(diào)而失真。

同時(shí)，為了增強(qiáng)視覺表達(dá)的效果，需要對(duì)人工采集的貼圖進(jìn)行調(diào)整，包括對(duì)貼圖進(jìn)行裁剪和矯正，突出其表現(xiàn)形式。首先，貼圖的裁剪和矯正。人工采集照片時(shí)，由于拍攝空間、燈光、技術(shù)的差異導(dǎo)致照片會(huì)出現(xiàn)視角偏移、變形，從而與模型不符。因此需要對(duì)物體的照片進(jìn)行裁剪和矯正。其次，色彩美感均勻調(diào)整。由于采集的貼圖燈光的問題，導(dǎo)致貼圖的明暗效果欠佳，其色彩有一定的損耗，因此通過調(diào)整紋理的明暗、色彩平衡、柔和度，從而增加三維模型的真實(shí)性。最后，將通過修正的貼圖加入貼圖材質(zhì)庫，進(jìn)行統(tǒng)一管理。場景設(shè)計(jì)中模型表面紋理的真實(shí)程度對(duì)場景的真實(shí)感起到至關(guān)重要的作用，所以往往需要進(jìn)行模型優(yōu)化和制作紋理貼圖來保證視覺上的真實(shí)性和游覽時(shí)的流暢程度。模型后期處理主要由Unfold3D VS RS和Substance Painter完成。如圖2為紋理貼圖優(yōu)化處理。

此外，借助虛幻示意圖形（UMG）UI設(shè)計(jì)器，創(chuàng)建基本的圖形界面。系統(tǒng)中控制部分采用UE中的藍(lán)圖（Blueprint）節(jié)點(diǎn)界面的可視化腳本編程模塊，完成蘭州戰(zhàn)役館虛擬漫游過程中的行走、游覽等交互功能的實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。讓用戶可以在場景中漫游，并與一部分展品進(jìn)行交互。

4.3功能實(shí)現(xiàn)

將已建立好的三維模型以及貼圖以STL格式導(dǎo)出，再導(dǎo)入3D Build中檢測(cè)導(dǎo)出模型是否有破損。若無破損面則直接將模型導(dǎo)入U(xiǎn)E中，反之則將模型導(dǎo)入到3DsMax中進(jìn)行修復(fù)模型，并且以FBX格式將修復(fù)好的模型導(dǎo)出。對(duì)于重復(fù)的模型，只保留一個(gè)。著重處理復(fù)雜的模型，為保證更為逼真的視覺效果，再將處理完畢后的模型放入場景中反復(fù)修正。

1）燈光布置：在場景中添加光源時(shí)，需要留意在體驗(yàn)和瀏覽虛擬場景時(shí)應(yīng)盡量避免可移動(dòng)光源和光源重疊對(duì)用戶造成的不適感。根據(jù)所收集和實(shí)地探訪所獲得的照片進(jìn)行相應(yīng)的燈光布局與調(diào)整。采用自發(fā)光材質(zhì)的模型燈或燈組來替代實(shí)際的燈光組合，實(shí)現(xiàn)場景優(yōu)化和資源的合理利用。

2）添加視頻：在Content Browser中展開SourcesPanel，然后在Content下創(chuàng)建一個(gè)名為Video（名字可自?。┑奈募A。在Video文件夾上點(diǎn)擊右鍵并選擇Show in Explorer。把test.MP4視頻文件放進(jìn)去將視頻文件拖入項(xiàng)目的Content/Video文件夾。將視頻文件放置在項(xiàng)目的Content/Movies文件夾中可確保視頻正常打包。調(diào)用資源test，將其打開并將File Path指向Content/Movies文件夾中視頻文件的位置。創(chuàng)建媒體播放器，打開并勾選play on open。拖進(jìn)一個(gè)plan到場景中，按住Ctrl選中Sound Wave和Media Texture資源，將它們放置在關(guān)卡中的靜態(tài)網(wǎng)格體上，此操作將自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)材質(zhì)并將其應(yīng)用到靜態(tài)網(wǎng)格體。選擇plan添加組件media sound，編譯并添加媒體播放器資源。新建一個(gè)藍(lán)圖playmedia，將藍(lán)圖拖進(jìn)場景并運(yùn)行。

3）添加影音效果：首先準(zhǔn)備好素材，UE支持wav格式，不支持mp3格式。最好命名為英文，中文也可以，導(dǎo)進(jìn)來之后UE會(huì)把wav文件識(shí)別為Sound Wave格式。在UE中可以用Ambient Sound這個(gè)物體或者給其他物體添加的Audio組件來播放，圖4為測(cè)試效果圖。

5結(jié)語

運(yùn)用前沿的科技手段來弘揚(yáng)紅色文化精神，無論是在商業(yè)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值還是在社會(huì)價(jià)值上，都有著較為廣闊而光明的應(yīng)用前景。文章基于UE對(duì)蘭州戰(zhàn)役紀(jì)念館進(jìn)行數(shù)字化場景設(shè)計(jì)研究，從更貼近技術(shù)前沿和更提升人類感知的角度增強(qiáng)線上體驗(yàn)者的交互感、沉浸感，在傳承與發(fā)揚(yáng)紅色文化精神的同時(shí)，以數(shù)字化的形式保護(hù)和展示歷史文化，不僅具有積極的技術(shù)價(jià)值與社會(huì)意義，而且更有利于促進(jìn)地方紅色文化的弘揚(yáng)與傳承。