郭奕航 黃佳 莫尚劍 賀溪

摘 要：依據(jù)景觀基因理論和數(shù)字技術(shù)對(duì)紅色文化數(shù)字展館的設(shè)計(jì)路徑進(jìn)行探索，在科學(xué)識(shí)別和充分挖掘紅色文化景觀基因特征的基礎(chǔ)上，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸性、交互性以及想象性的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)湖南長(zhǎng)沙中共湘區(qū)委員會(huì)舊址的數(shù)字展館設(shè)計(jì)實(shí)踐，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)路徑對(duì)提升紅色文化體驗(yàn)感和強(qiáng)化展館教育功能的成效，以期為紅色文化的保護(hù)利用、紅色文化的傳承弘揚(yáng)提供新思路。

關(guān)鍵詞：景觀基因；紅色文化；數(shù)字展館設(shè)計(jì)

基金項(xiàng)目：本文系長(zhǎng)沙學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目“湘村文化基因挖掘與數(shù)字博物館設(shè)計(jì)研究——以湘江古鎮(zhèn)群為例”、湖南省教育廳資助科研項(xiàng)目“景觀基因理論視角下‘文夕大火前長(zhǎng)沙歷史城區(qū)數(shù)字化修復(fù)研究”（21B0765）、長(zhǎng)沙市重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目“長(zhǎng)沙段湘江古鎮(zhèn)群數(shù)字化重建技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)虛擬旅游的產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)”（kq2011002）的研究成果。

紅色文化數(shù)字展館是重要的紅色教育開展平臺(tái)之一，其設(shè)計(jì)理念與常規(guī)的博物館和文化館存在顯著差異，其設(shè)計(jì)需要強(qiáng)調(diào)紅色主題展覽的教育價(jià)值與傳承意義。

一、景觀基因相關(guān)概述

（一）景觀基因

景觀基因可以理解為一處景觀所特有的、區(qū)別于其他景觀的內(nèi)在文化因子，是景觀“遺傳”的基本單位，即某種代代傳承的、區(qū)別于其他景觀的因子[1]。作為景觀的組成元素和文化載體，通過(guò)識(shí)別、提取、分析等過(guò)程，景觀基因適用于對(duì)文化景觀進(jìn)行深層次的剖析，且可以利用數(shù)字技術(shù)構(gòu)建三維模型景觀基因庫(kù)，將理論與設(shè)計(jì)實(shí)踐緊密結(jié)合，同時(shí)助力文化的傳播與傳承。

（二）湖南紅色文化景觀基因

基于景觀基因理論，從空間布局、綜合環(huán)境、文化特征三個(gè)層面對(duì)紅色文化進(jìn)行分類，建立景觀基因的識(shí)別體系，例如地理位置和地域單元屬于空間布局類、地形地貌和水文條件屬于綜合環(huán)境類。文化特征是該體系的關(guān)鍵，主要包括紅色文化特征與地域文化特征。地域文化特征涵蓋歷史沿革、風(fēng)貌習(xí)俗、民間藝術(shù)等。紅色文化特征一方面有紅色革命人物、紅色建筑及景觀、紅色文物等，另一方面包括紅色故事、革命精神、革命傳統(tǒng)等（表1）。依據(jù)個(gè)體屬性特征的差異，建立類別標(biāo)準(zhǔn)、細(xì)化的指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上通過(guò)修繕革命舊址、再現(xiàn)紅色場(chǎng)景、講好紅色故事等方法，將紅色文化景觀基因融入數(shù)字展館設(shè)計(jì)中[2]。

二、湖南紅色文化數(shù)字展館設(shè)計(jì)所需技術(shù)及設(shè)計(jì)流程

（一）所需技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性與想象性的特質(zhì)，通過(guò)增強(qiáng)沉浸感、融入交互設(shè)計(jì)和虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)，可使展館中的數(shù)字展品變得真切和生動(dòng)，使參觀的用戶有仿佛穿越時(shí)空的體驗(yàn)感，從而更好地鑒賞紅色文物、認(rèn)識(shí)紅色人物、品讀紅色故事。紅色文化數(shù)字展館能營(yíng)造出逼真的自然環(huán)境和歷史環(huán)境，讓參觀者在感受紅色文化魅力的同時(shí)，獲取高于藝術(shù)欣賞且更具深度的情感認(rèn)同，從而獲得愉悅的視聽感受。參觀者沉浸在三維虛擬空間中，通過(guò)操控VR頭盔和手柄來(lái)獲取視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等在場(chǎng)感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能以虛實(shí)相生的形式對(duì)歷史場(chǎng)景進(jìn)行擬真化呈現(xiàn)，并在體驗(yàn)內(nèi)容中設(shè)置交互式的視頻圖文介紹或互動(dòng)游戲，演繹紅色歷史文化，解碼紅色遺產(chǎn)背后的精神密碼，營(yíng)造真實(shí)的在場(chǎng)感受，促使參觀者接受深度的紅色文化熏陶。通過(guò)人機(jī)交互的形式與虛擬環(huán)境中的人物、展品交流，參觀者能獲取所需的知識(shí)與信息。

（二）設(shè)計(jì)流程

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的紅色文化數(shù)字展館設(shè)計(jì)流程分為三個(gè)階段：一是針對(duì)設(shè)計(jì)場(chǎng)地的景觀基因數(shù)據(jù)開展信息采集，二是構(gòu)建虛擬場(chǎng)館的空間信息體系，三是對(duì)模型進(jìn)行輕量化處理。紅色文化所在地的景觀基因數(shù)據(jù)包括紅色遺址、紅色文物、文化特征、地理特征等，可通過(guò)實(shí)地走訪、文獻(xiàn)查閱、專人訪談等方式搜集。這些數(shù)據(jù)既是年輕人開展黨史、國(guó)史、改革開放史、社會(huì)主義發(fā)展史學(xué)習(xí)的寶貴資源，也為后續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了科學(xué)依據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容，是區(qū)別不同紅色文化數(shù)字展館的典型代表特征[3]。

例如，紅色遺址的空間信息數(shù)據(jù)包括整體高度信息、空間深度信息和表面紋理信息等。不同類型、不同精度的空間數(shù)據(jù)需采用不同的采集方法，如使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影、多角度感應(yīng)等技術(shù)獲取對(duì)象的高精度整體環(huán)境，有效可靠地記錄三維空間數(shù)據(jù)；使用三維激光掃描技術(shù)，能記錄地面建筑、雕像的空間關(guān)系和結(jié)構(gòu)形態(tài)。采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)需根據(jù)對(duì)象特征進(jìn)行優(yōu)化處理，突出并增強(qiáng)識(shí)別度，方便后續(xù)完成模型的三維重建。通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)得出的三維模型網(wǎng)格面數(shù)往往達(dá)到千萬(wàn)級(jí)別，不利于互聯(lián)網(wǎng)傳輸，因而需要對(duì)模型采取拓?fù)?、多?xì)節(jié)層次優(yōu)化處理，直到保留豐富的模型特征，且每秒運(yùn)行幀數(shù)不低于60。

三、湖南紅色文化數(shù)字展館的設(shè)計(jì)內(nèi)容

本文以中共湘區(qū)委員會(huì)舊址（以下簡(jiǎn)稱舊址）為研究對(duì)象開展設(shè)計(jì)實(shí)踐，其數(shù)字展館的設(shè)計(jì)按照“數(shù)據(jù)采集—數(shù)字化建?！S模型優(yōu)化—交互設(shè)計(jì)”的路徑實(shí)施，完成舊址紅色文化資源的數(shù)字化重建與展示。

（一）虛擬場(chǎng)景建構(gòu)

1.景觀基因挖掘與提取

構(gòu)建紅色文化數(shù)字展館，首先要對(duì)舊址的景觀基因進(jìn)行挖掘和提取，尤其是紅色文化特征。對(duì)相關(guān)歷史文獻(xiàn)資料與實(shí)地情況展開比對(duì)和測(cè)量，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類并建立指標(biāo)體系，構(gòu)建舊址的紅色文化數(shù)據(jù)庫(kù)。其次，挖掘故居的空間布局和綜合環(huán)境信息。故居為具有典型南方風(fēng)格的二進(jìn)三開間傳統(tǒng)長(zhǎng)沙民居，院前的水渠與清水塘相連，水塘后方廣場(chǎng)上建有毛澤東雕像?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)景數(shù)據(jù)采集關(guān)注舊址的空間和紋理特征，采用南方測(cè)繪自主研發(fā)的智航SF700A無(wú)人機(jī)從70米高度對(duì)舊址及周邊關(guān)聯(lián)區(qū)域進(jìn)行正射影像采集，獲取空間布局、地形高差等數(shù)據(jù)。受樹木遮擋等因素影響，需補(bǔ)充部分區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，而該類數(shù)據(jù)的采集依靠可穿戴式三維移動(dòng)掃描設(shè)備VLX完成。將空中和地面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并，最終大幅提升三維模型的細(xì)節(jié)與精度。

2.模型重建

數(shù)字展館中的模型通常分為整體區(qū)域模型、特定建筑模型和特殊對(duì)象模型三個(gè)類別，其模型的數(shù)字化重建亦有所區(qū)別。對(duì)舊址及其周邊約4萬(wàn)平方米的區(qū)域進(jìn)行三維模型重建，主要依靠無(wú)人機(jī)傾斜攝影與空三解算技術(shù)；對(duì)中心廣場(chǎng)雕像的還原，則需要無(wú)人機(jī)和單反相機(jī)聯(lián)合作業(yè)，對(duì)雕像進(jìn)行360度環(huán)繞拍攝。對(duì)獲取到的9 000多張高清正射影像進(jìn)行解算，得到的模型網(wǎng)格面數(shù)卻高達(dá)2 000多萬(wàn)，因此必須對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化，在保留模型特征的同時(shí)，盡可能減少網(wǎng)格面數(shù)，減少場(chǎng)景資源消耗。對(duì)于標(biāo)識(shí)性強(qiáng)且被樹木遮擋的對(duì)象，例如清水塘石碑，最好通過(guò)激光掃描來(lái)獲取。通過(guò)三維激光掃描儀獲取的石碑模型數(shù)據(jù)十分精確，能反映物體表面的細(xì)微起伏與紋理變化，但其受地面環(huán)境的干擾較大，解算時(shí)需先刪除無(wú)關(guān)噪點(diǎn)，抽稀環(huán)境點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)離散點(diǎn)云進(jìn)行清除，以實(shí)現(xiàn)模型精確生成。依據(jù)采集的三視圖、外部特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)故居的三維模型進(jìn)行細(xì)節(jié)修正。此外，建筑外墻、室內(nèi)木制隔斷和石墩等對(duì)象的表面紋理需要單獨(dú)采集、修正，并賦予模型，以保證模型的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)與實(shí)景高度一致。

3.模型優(yōu)化

為了獲得更加流暢的用戶體驗(yàn)，通常需要針對(duì)三維場(chǎng)景模型進(jìn)行多細(xì)節(jié)層次（LOD）優(yōu)化處理。場(chǎng)景中優(yōu)化后的清水塘石碑模型，網(wǎng)格數(shù)從近500萬(wàn)降至4萬(wàn)多，但仍可能會(huì)耗費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行資源。為了合理分配場(chǎng)景資源，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)其實(shí)施了四個(gè)級(jí)別的LOD優(yōu)化處理。其中，LOD0的面數(shù)為41 425，LOD1的面數(shù)為9 617，LOD2的面數(shù)為1 029，LOD3的面數(shù)為124。石碑在畫面屏幕中的顯示面積小，模型就會(huì)被自動(dòng)替換為低網(wǎng)格模型，其占用的系統(tǒng)內(nèi)存也會(huì)大幅釋放，從而提高用戶體驗(yàn)。針對(duì)其他模型，采取LOD自動(dòng)生成與手動(dòng)設(shè)置相結(jié)合的方式來(lái)調(diào)整網(wǎng)格數(shù)量。對(duì)于花草樹木這類沒(méi)有特定標(biāo)準(zhǔn)的模型，可使用屬性矩陣批量調(diào)節(jié)LOD，以減輕場(chǎng)景的資源負(fù)載。亦可提前設(shè)計(jì)好模型貼圖，因?yàn)橥惸Ｐ唾N圖的重復(fù)利用也可以減輕場(chǎng)景計(jì)算壓力。此外，燈光、材質(zhì)的優(yōu)化對(duì)于場(chǎng)景高幀率運(yùn)行也十分關(guān)鍵，將同一環(huán)境的多處燈光合并可以有效減少數(shù)據(jù)消耗。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)場(chǎng)景中的模型、貼圖、燈光等方面進(jìn)行優(yōu)化，數(shù)據(jù)消耗降低了30％，幀率顯示從21提升至62。

（二）場(chǎng)景體驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.仿真設(shè)計(jì)

虛擬空間的仿真效果會(huì)直接影響參觀者的參與意愿。在場(chǎng)景的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中，細(xì)節(jié)的呈現(xiàn)至關(guān)重要。寫實(shí)風(fēng)格的作品更能吸引人們的注意力。在地形編輯環(huán)節(jié)，創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)使用雕刻筆刷，根據(jù)舊址的空間深度和地面高差數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)修正，以營(yíng)造更真實(shí)的場(chǎng)景效果。這一操作不僅解決了無(wú)人機(jī)采集盲區(qū)造成的模型破損問(wèn)題，還進(jìn)一步增強(qiáng)了場(chǎng)景的真實(shí)感。水體景觀的效果設(shè)置也十分關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)清水塘輪廓形狀、水面波長(zhǎng)、振幅和方向等參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠獲得更好的水面反射效果，進(jìn)一步豐富場(chǎng)景的細(xì)節(jié)表現(xiàn)。植物的合理布置能夠?yàn)閳?chǎng)景增添生機(jī)，在選擇植物時(shí)，不但要考慮其是否能適應(yīng)湖南長(zhǎng)沙的季節(jié)特征，還要注意植物的高度、分布方式和密度的合理搭配，以使場(chǎng)景更加豐富多樣。此外，場(chǎng)景的氛圍和情緒表達(dá)在很大程度上取決于燈光的設(shè)置。項(xiàng)目采用溫和的太陽(yáng)光作為室外場(chǎng)景的主光源，嘗試通過(guò)陽(yáng)光、藍(lán)天和白云營(yíng)造輕松愉快的體驗(yàn)感受，達(dá)到潛移默化感染參觀者的目的。舊址的建筑室內(nèi)大量采用刷有黑漆的木板作為房間隔斷，導(dǎo)致室內(nèi)光照效果較弱，需要有針對(duì)性地補(bǔ)光。整體照明效果保持質(zhì)樸的格調(diào)，除了符合實(shí)景的光照條件外，更能讓人懷著敬畏之心，保持對(duì)歷史和偉人的尊重。

2.交互設(shè)計(jì)

從交互設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性特征能顯著提高用戶的感知體驗(yàn)。在本項(xiàng)目中，場(chǎng)景和清水塘革命歷史故事以多種感官刺激方式進(jìn)行綁定，如震動(dòng)反饋、特效和音效等。這些技術(shù)手段的運(yùn)用，既能有效地增強(qiáng)人們游覽清水塘故居時(shí)的體驗(yàn)，又能與傳統(tǒng)的紅色景點(diǎn)游覽體驗(yàn)形成鮮明對(duì)比。例如，在游覽過(guò)程中，用戶可以靠近毛澤東雕像并通過(guò)指定特效觸發(fā)圖文語(yǔ)音講解。此外，在游覽清水塘故居時(shí)，用戶進(jìn)入大門前即可打開毛澤東與劉少奇在故居內(nèi)第一次會(huì)面的經(jīng)典影視片段，從而獲得特別的游覽體驗(yàn)。在游覽路線設(shè)計(jì)方面，本項(xiàng)目采用自由式漫游的方式引導(dǎo)參觀者進(jìn)行場(chǎng)景的開放探索，并且逐步進(jìn)行科普教育。用戶在體驗(yàn)清水塘整體環(huán)境風(fēng)貌、了解場(chǎng)景歷史故事時(shí)，可以自由選擇游覽時(shí)間、視角和速度，同時(shí)可以主動(dòng)探索其他相關(guān)信息[4]。為了增強(qiáng)用戶的主觀意識(shí)和游覽體驗(yàn)感，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了多元素的紅色故事交互游戲，例如毛澤東經(jīng)典詩(shī)詞記憶和湖湘紅色記憶答題挑戰(zhàn)。這些游戲可以讓用戶選擇參與自己感興趣的交互情節(jié)，增強(qiáng)游覽時(shí)的主觀感受。引導(dǎo)用戶進(jìn)行開放式探索，并通過(guò)游戲等方式增強(qiáng)主觀意識(shí)和游覽體驗(yàn)感，用戶能夠獲得更加深入和個(gè)性化的體驗(yàn)，加深對(duì)紅色文化的了解和認(rèn)識(shí)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文立足地方紅色文化資源，充分意識(shí)到數(shù)字技術(shù)之于紅色文化傳承與傳播的價(jià)值。從景觀基因理論的視角出發(fā)，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸性、交互性和想象性的優(yōu)勢(shì)，以中共湘區(qū)委員會(huì)舊址數(shù)字展館設(shè)計(jì)實(shí)踐為典型案例，驗(yàn)證了紅色文化數(shù)字展館設(shè)計(jì)路徑的可行性和可實(shí)踐性，探索了一種提升紅色文化體驗(yàn)感和強(qiáng)化展館教育功能的展陳空間設(shè)計(jì)模式。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍存在著VR設(shè)備普及范圍小、數(shù)據(jù)輕量化處理面臨瓶頸等問(wèn)題，需要進(jìn)一步改善。若能解決這些問(wèn)題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在紅色文化內(nèi)容創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化和拓展傳播方式方面將具有更廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

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[2]詹琳，黃佳，王春，等.基于景觀基因理論的紅色旅游資源三維數(shù)字化呈現(xiàn)：以清水塘毛澤東楊開慧故居為例[J].旅游學(xué)刊，2022（7）：54-64.

[3]劉書文.創(chuàng)新+走心 傳承紅色基因[N].人民日?qǐng)?bào)，2021-04-26（12）.

[4]黃佳，廖健，賀溪，等.基于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的湖湘紅色文化遺產(chǎn)保護(hù)與活化研究[J].中國(guó)高新科技，2021（20）：86-87.

作者簡(jiǎn)介：

郭奕航，長(zhǎng)沙學(xué)院學(xué)生。研究方向：動(dòng)畫。

黃佳，碩士，長(zhǎng)沙學(xué)院副教授。研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化。

莫尚劍，博士，長(zhǎng)沙學(xué)院講師。研究方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)。

賀溪，長(zhǎng)沙學(xué)院講師。研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化。