系统架构导向的红色文化VR研学平台设计——以上杭县古田镇为例

李子君,孙述平，王 涛

三明学院艺术与设计学院，福建三明，365000

1 相关研究与问题提出

红色文化是由中国共产党与人民群众经历革命战争的洗礼保留下来的文化，对于引导学生树立正确的人生观、世界观、价值观是非常有帮助的[1]。一方面，红色文化精神需要传承，另一方面，面对现代科技、经济和信息化社会的快速发展和影响，红色文化遗址的保护与传承面临严峻挑战。

1.1 运用VR虚拟技术传播红色文化

打造红色文化VR研学平台系统，旨在通过对我国珍贵的红色文化遗址进行数字化处理和建立资料库，从而达到与大众共同分享的目的。我国自上世纪80年代开始开展红色文化保护工作[2]，经过几十年的建设与开发，取得了较为显著的成果，一些具有代表性的红色文化数字资源库陆续投入使用。虽然我国的红色文化建设取得了一定成绩，但问题仍然凸显，表现为缺乏统一规划平台、重复性建设严重、区域发展不均等。在信息化和网络化时代,加强对红色文化保护的研究，利用现代科技手段保护和传承红色文化，显得十分重要。VR虚拟现实技术自1935年萌芽，到2016年在我国科技行业兴起[3]。红色文化VR研学平台系统有可观的发展前景。该平台运用VR虚拟现实技术，构建线上的红色虚拟体验馆。用户登录线上VR红色文化研学平台，戴上VR眼镜就能足不出户地浏览全国各地的红色文化精髓，身临其境的体验教学内容。用户若有计划去现场学习红色文化，也能通过该平台预先线上体验，预先认知，提前制定计划。红色文化研学平台应用VR虚拟技术是数字化时代发展的必然趋势。

1.2 以红色文化促进区域旅游产业发展

近年来，我国的红色文化旅游产业在各区域陆续规划发展。运用红色文化资源促进旅游产业的发展，一方面，传承了红色文化，另一方面，也发展了区域的旅游产业，使我国优秀红色文化与旅游经济产业协同发展。上杭县古田镇是著名的革命老区，有古田会议会址、古田会议纪念馆、毛泽东才溪乡调查纪念馆等红色文化基地，有当年中央苏区的“第一模范乡”才溪乡[4]。上一辈的共产党人在古田镇留下了诸多精神财富，古田会议奠定了中国共产党政治工作的基础，古田镇作为福建地区重要的红色文化基地之一，拥有独特的自然条件、人文特质，孕育了极其宝贵的红色历史文化资源。

本研究采用了架构方法论，以结构行为合一(Structure-Behavior Coalesce，SBC)架构描述语言为工具[5]，将红色文化VR研学平台作整体性的分析与设计制作，并建立一套系统的红色文化VR研学平台模型，从结构角度的观点和行为角度观点进行红色文化VR研学平台的创建。依托此建模方法，把结构和行为清楚地描述出来，让红色文化VR研学平台的设计者与使用者一目了然。通过SBC，可以让设计者在短时内定出自己想要的结构与行为，利用SBC的多层次和多层级原理，让设计进一步分解，让下一阶段(系统设计)的设计人员清楚了解需求为何。”[5]

2 研究原理与方法

SBC架构建模工具是一套采用结构与行为合一的六大金律来描绘系统结构与系统行为，不仅描述其外部设计者与系统的行为面，也描述其行为和构件的连接关系，是一套整合性的建模方法[6]。本节将运用架构描述语言工具制作模型，由上而下找出符合研究范围的红色文化VR研学平台的“架构阶层”，接着透过聚合系统(Aggregated System)的分解找出构件以及阶层关系，直到无法再分解为止，有了阶层关系，就可以制作红色文化VR研学平台的阶层图，然后再去探讨每一个构件所提供的操作以及构件与构件间的互动关系,做成红色文化VR研学平台构件操作图和构件连接图，再依据构件与行为者的互动关系制作结构行为合一图，最后分析每一个操作行为，透过互动流程图来了解构件与构件间的互动顺序、资料的传递以及关系。

2.1 SBC导向红色文化VR研学平台设计图原理

SBC导向红色文化VR研究平台设计图原理可分为三点：红色文化VR研学平台架构阶层图、红色文化VR研学平台框架图、红色文化VR研学平台构件操作图。

2.1.1 红色文化VR研学平台架构阶层图设计原理

将系统有阶层性的分解，把一些较抽象意义的名称分解成各个功能完整的构件元素，直到各个构件都已有较完整的功能，也就是无法再切割[7]。分解出来的红色文化VR研学平台架构阶层图如图1所示，架构阶层图是SBC的第一个金律，从结构观点(View of Structure)透过红色文化VR研学平台的架构阶层图来进行系统的阶层与分解，可分解为三个阶层：第一层为系统的数据平台来源层，第二层为数据平台统筹层，第三层为数据平台设计层。

图1 研学平台架构阶层图

接着将这三个设计层依据功能和性质予以分解。第一层分解成“红色文化资料库”“资料整理组”两个界面构件，而“资料整理组”这个聚合构件可再分解成“素材库”“设计软件库”“设计者团队”构件。“设计者团队”的部分则可分解为“图片设计者”等五个构件。

通过红色文化VR研学平台架构阶层图模型，系统设计者可进入设计前期素材来源整理阶段，成立资料整理组，创建红色文化资料库，通过互联网平台提供的相关资料，依据类别做整合分类，可分为视频资料、文字资料、图片资料等。本研究的资料完全基于互联网平台，同时探讨使用互联网这一平台获得的资料来构建红色文化VR研学平台设计的可行性。运用互联网平台获取红色文化相关资料的优势在于：来源广、不受时空限制、相对传统方式更高效、不必浪费资源去现场勘察，这也为有心致力于红色文化VR研学平台计划的研究者提供了一个方便快捷的通道。不足之处在于：来源的真实性不能确定、可能造成版权问题、图片资料的单一性、建筑物各个角度资料不能面面俱到、大部分红色文化遗址缺失官方互联网平台。本研究中所收集的有关红色文化VR研学平台的视频资料、文字资料、图片资料等来源于百度平台。建立红色文化资料库后，进行资料库检索方式的整理，完成此红色文化VR研学平台检索功能。资料库建置可规划为开放式资料库，将所有基本资料，如素材编号、素材名称、材质、素材类别、图片、视频、3D影像等资料建置为素材资料表。

2.1.2 红色文化VR研学平台框架图设计原理

各个被分解出来的构件可依不同的结构观点进行分层，例如，系统按照1982年发明的MVC框架(Model View Controller,模型-视图-控制器的缩写)去做设计可分为三层，以利用各个不同结构观点的呈现，经分层后所得到的框架图如图2所示。框架图是SBC的第二个金律，透过红色文化VR研学平台的构件来说明此系统中所有构件所组成的不同层级，框架图忽略了层次的关系，只单纯考虑构件的结合，可用来解释构件组成的平台系统结构。

图2 分层后所得到的框架图

红色文化VR研学平台的构件共8个，分三层级，分别为“数据平台来源层”“数据平台统筹层”和“数据平台设计层”，具体内容见图2。这8个构件可以充分表达出红色文化VR研学平台系统设计相关的运作方式。

2.1.3 红色文化VR研学平台构件操作图设计原理

红色文化VR研学平台有众多的构件操作图，以图片设计者为例，如图3所示。图片设计者通过红色文化VR研学平台系统作读取和编辑图片资料的动作，而此控制构件接收加入编辑的图片资料后，把图片资料储存在红色文化资料库中；使用者在浏览图片资料时，也是通过此控制构件接收资料并进入红色文化资料库截取图片资料，再反馈给上层的界面，使用者可发表评论，系统经过处理后，也会储存在红色文化资料库中。

图3 构件操作图

图片设计者把图片资料输入红色文化资料库之前，还需要对图片资料进行软件处理，对象主体制作完成后需要制作贴图才会有拟真效果，因此必须在素材库中截取需要的图片进行贴图，要注意的是截下来的图通常不是工整的，因此在贴图前需要利用Photoshop软件处理图片，完成修图后，将处理好的图片依照记录的数据贴到对象上即可[8]。

红色文化VR研学平台是一个庞大的系统，在上杭县古田镇选址考察中，选取古田会议会址作为平台设计参考。在制作古田会议会址的过程中，数据平台设计层的图片设计者、模型设计者、特效设计者、剪辑设计者和载体设计者的工作是可以同步进行的。模型设计者制作古田会议会址模型的第一步就是先从古田会议会址素材库中寻找制作的对象，了解这个对象的外观、特征以及比例尺寸，了解并记录建筑物对象的特征后，便可依据观看时所记录的数据使用MAYA制作模型主体。制作模型的方法有很多种，如使用多边形建模或是曲线建模都可以。在MAYA软件中设计完模型后，可依据脚本进行相关动画制作，导出AVI视频文件交给特效设计者，特效设计者载入After Effects软件中进行特效合成设计，接着进入剪辑设计者工作环节，在剪辑界面时，首先剪辑出完整视频短片，在剪辑界面中添加古田会议会址文字介绍、语音介绍，设计出可供交互预览的单独片段若干，用于使用者进入红色文化VR研学平台之古田会议会址的链接源。载体设计者把图片设计者、模型设计者、特效设计者和剪辑设计者所制作的各种资料整合在一起导出FBX格式，一同导入Unity 3D界面中进行程式设计，设计出古田会议会址VR界面，这也是红色文化VR研学平台设计中最重要的关键环节。

2.2 红色文化VR研学平台设计方法

SBC导向红色文化VR研究平台设计方法可分为三点：红色文化VR研学平台构件连接图、红色文化VR研学平台结构行为合一图和红色文化VR研学平台互动流程图。

2.2.1 红色文化VR研学平台构件图设计方法

构件连接图是SBC的第四个金律，通过红色文化VR研学平台构件连接图，显示平台系统内各构件之间的连接关系，通过连接关系，让平台系统架构变得清楚明了，且红色文化VR研学平台内的各构件的互动关系可一眼看出，如图4所示。红色文化VR研学平台构件连接图有图片设计者、特效设计者、模型设计者、剪辑设计者和载体设计者等五个行为人，从这五个行为人与各构件间所提供的操作与操作的互相连接，让参与系统的人员立即了解整体系统构件的互动关联。

图4 构件连接图

2.2.2 红色文化VR研学平台结构行为合一图设计方法

利用结构行为合一图来表达系统内各构件元素和外部行为者的互动行为，通过结构行为合一图可以知道整个系统的结构观点和行为观点，让所有参与系统的使用者、分析人员、设计人员等都可以了解目前阶段的设计是否按照先前的想法在走，而其建模的方法就是把行为者的某项行为所需的构件连起来，行为者可能多个，所以一张图中就会有多个行为者。红色文化VR研学平台系统设计有多个结构行为合一图，研究以图片处理者行为作为参考，如图5所示。

图5 结构行为合一图

2.2.3 红色文化VR研学平台互动流程图设计方法

利用互动流程图来描述红色文化VR研学平台的各个行为在外部环境下如何和构件以及构件操作发生互动关系，同时互动流程图也表达了互动关系的发生顺序，以及各构件关系之间的资料传递，同时互动流程图也允许多个外部行为者、完成上述行为者和构件及资料的传递。互动流程图需要再把各个行为抽离出来，每个行为与外界环境行为者、构件间的连接、构件所提供的操作、资料传递的方向需按照时间顺序画出。红色文化VR研学平台有多个互动流程图，以下针对红色文化VR研学平台载体设计者的行为绘制互动流程图案例，如图6所示。可以看出，红色文化VR研学平台中载体设计者的行为与外界环境、构件、操作间的互动关系。

图6 互动流程图

3 结 论

从红色文化VR研学平台系统使用者的角度来看，使用者与红色文化VR研学平台系统之间的互动是灵活的，使用者到配有VR相关仪器的体验场所，戴上VR头盔，就可以实现资料的查询与访问。程序访问机制十分灵活简单，红色文化VR研学平台可提供大量标准的数据储存方法。从系统架构导向红色文化VR研学平台的开发前景看，使用者界面具有相当简单的结构，可为用户或程序提供多个复杂的视图，以及系统架构从前期的设计和规范化过程也简单易行和易于理解。由于SBC架构描述语言中的六个架构图有强有力的、多方面的功能，已经有效地支持许多案例应用。与许多新技术一样，风险就在于应用，从事面向红色文化VR研学平台的设计者或相关机构还不能令人信服，由于缺乏统一性，许多不同的系统设计之间不能通用。有面向红色文化VR研学平台系统开发的机构的专业人员认为，成功开发这种系统的关键是正规训练。此外，面向对象系统架构开发的有关原理才刚开始具有雏形，还需一段时间在可靠性、成本等方面被接受。目前红色文化VR研学平台面对的使用平台是公共VR虚拟体验馆。使用者单独购置VR虚拟现实头盔并不能广泛推广，大部分使用者会选择到当地的红色文化VR虚拟体验馆中，配合相关的VR设备才能保证虚拟现实真实场景的使用效果，在要求系统频繁改变的环境下，关系系统的成本高且修改困难。所以，在前期的架构设计应用中支持“模式演变”(schema evolution)的功能很重要。从红色文化VR研学平台科学方面看，没有关于面向对象分析的一套清晰的概念模型，怎样设计红色文化VR研学平台的其他应用系统还不明确，还需要继续深入探讨，研究运用系统架构将在不同的应用领域支持不同的应用需求。