淄博花灯会虚拟化呈现研究

2020-10-21张天予陈瑞昙张桂霞

锦绣·中旬刊 2020年2期

张天予　陈瑞昙　张桂霞

摘要：淄博花灯会作为中国国家级非物质文化遗产代表性项目，在信息化时代中需要得到更好的传承。通过虚拟现实技术可以创新其传承方式，进一步拓展花灯会文化的传播空间和载体，弘扬了中华传统文化。

淄博花灯艺术是汉族传统手工艺术之一，淄博市也是中国传统花灯的故乡之一，其出产花灯汉民族风格浓郁，地域特色鲜明。为传承发扬淄博花灯会这一国家非物质文化遗产，可利用虚拟现实技术将其场景进行虚拟呈现，便于网络传播。

一、虚拟现实技术的概况

虚拟现实技术经过数年的发展，现在已经开始逐步商业化，民用化，普通民众都可以在辅助设备的帮助下进行虚拟体验。虚拟现实系统中拥有集成的用户控制系统，如人体运动监测设备、键鼠、操纵杆等用于人机交互，处理听觉、视觉等生理感觉有关的各式仿真处理和反馈系统，用户进行对虚拟现实系统进行感受的信息显示系统，包括显示器、音响设备、或者更进一步拓展，可辅助头盔设备营造更真实氛围的座椅等。其中，头盔式显示器是用户使用的主要和基础产品形式。

二、淄博花灯会虚拟现实化呈现的原理

淄博花灯会虚拟现实场景的实现，通过运用计算机软件技术，在计算机中构造出虚构的花灯会场景。不同与现实环境，虚拟现实系统所构造的虚拟空间环境中，空间中的每一个点都拥有X，Y，Z的三个用于定位的坐标数值，三个数值中的坐标、色彩、法线、以及不同动作关系和模拟的物理关系等数据信息。与现实世界相比，虚拟现实中的空间属性是绝对的，而现实中的空间是相对的。基于这些讯息数据，计算机中的虚拟现实系统通过软件通过外部设备将所需的用户在现实世界运动产生的相对数据在虚拟环境中使用者的位置，最后经过软件的合成实现在虚拟环境中模拟现实世界的使用者的位置和动作，从而实现虚拟现实环境的人机交互。

三、淄博花灯会三维虚拟呈现前期准备

设计人员首先需对淄博花灯会进行实景调研，并查阅相关资料以确保未来制作出效果的正确性。除必要的资料搜集，需要同时查阅相关艺术类资料，力图设计出符合中国风格的艺术化界面形象。

1.实地考察资料

（1）对花灯会功能分区进行分类

淄博花灯饮誉古今，有着两千多年历史。当今的花灯会引入现代光影技术，建设了光影小品、裸眼3D、动能球等现代光影展示区。根据花灯会现场展示内容，将淄博花灯会划分为下面几个部分：花灯戏展示、花灯展览园区，猜灯谜和DIY花灯。

（2）实地拍摄图像资料

在花灯会现场，通过航拍获取准确的花灯会全景图。在整体布局资料搜集完成后，首先采集多数著名花灯的照片，为后续建模采集素材。

（3）调研和查阅相关图文资料

经过调研，花灯园区中的部分花灯景观拥有深厚寓意，或借助河湖等地形塑造独特氛围。因此设计时向有关人员了解部分大型主题花灯的设计理念并前往博物馆查阅相关资料，从而存储关于淄博花灯会的软硬资料。

（4）录制音频素材

除了视觉素材，设计者同时需要使用专业录音设备对花灯会中的各种声音，如现代机械的声响、鸟鸣或人声等进行了录制，以确保后期音效素材的充足。

2.淄博花灯会虚拟场景的设计

在完成前期资料后，应确定了制作淄博花灯会虚拟现实场景的基本要点，并进行细化设计。

通过整理前期准备的图片和文字资料，将园区的整体设计图进行规划，确立了虚拟现实花灯会场景的几个分区。中央区域花灯戏展示分区、猜灯谜长廊分區，大型主题花灯展览园区和虚拟火车快速游览分区。分工任务并细化每个园区的内容设计，并借助实地走访时的照片绘制出艺术概念设计图。

四、淄博花灯会虚拟呈现实现过程

1.通过三维建模技术构筑花灯会实体场景

MAYA建模软件是一款功能强大的3D建模软件。它可以制作各种三维的静物，也可以制作三维的各类动画。

制作淄博花灯会场景时，主要有以下几个步骤：建模、附加材质和贴图，设置灯光。由于制作虚拟现实系统是将三维模型在设计引擎中进行灯光设置和渲染，因而专用于虚拟现实环境的三维场景模型不需要在三维建模软件中调整和设置灯光。

（1）三维建模人员需要分工进行场景建模和道具建模，三维模型的构造是虚拟现实系统的主要部分之一。在构筑淄博花灯会虚拟现实场景时，首先应当对现实世界中花灯会场景进行采集和整理，通过采集的数据在三维建模软件上复制出真实场景的三维模型，依照现实景物制作贴图和材质，并根据实际需要创造三维悬浮式导航。设计人员只需要根据设计图纸进行建模，即可以完成与实际场景大致相同的三维实体。设计人员首先分工制作了各个分区的三维场景，最终合并三维场景完成体积建模。

（2）在一个完成体积建模的三维场景中，材质的附加和三维贴图使三维模型获得真实的图案显示。将前期走访拍摄的图片资料进行细致修改，将其转化为适合三维模型的材质或贴图。在PS软件中设计完成模型贴图后，在MAYA软件中通过分配新材质（assign new material）设置中进行材质和贴图设置，进入在常规材质属性（common material attribute）中进行材质或贴图的附加。

2.通过虚幻四（unrealengine4）引擎创建虚拟现实交互

虚幻引擎和Unity引擎是当今常见可用于制作虚拟现实场景的三维引擎，在软件中导入三维模型后，经过简单操作即生成虚拟现实场景。

（1）创建虚拟现实环境工程文件

创建虚拟现实交互时，首先在三维建模软件中制作好淄博花灯会三维模型且准备好声音效果，进入虚幻引擎中，新建一个工程文件，打开文件并在初始设置中选择虚拟现实选项。初步设置完成后，在将提前在外部制作的三维场景模型、三维角色模型以及音视频资源等文件放入统一的工程文件夹中。通过搜索，从网络上寻找符合中国风格，并且舒缓平稳的背景音乐（如果有充足的时间，可以自制音乐）植入场景工程文件。这些背景音乐能令观众在游览过程中更加心旷神怡。将上述文件导入工程文件后，可以开始进行蓝图设置。

（2）创建蓝图并利用蓝图可视化系统实现交互内容

虚幻引擎中的蓝图可视化系统是一个是使用基于节点的界面从虚幻编辑器中创建游戏可玩性元素的完整的游戏脚本系统。通过使用蓝图，设计人员几乎可以创作任何包括虚拟现实在内的任何游戏元素的原型，以及实现或修改这些元素。

通过蓝图的编辑，设计人员对视觉，听觉，交互等效果进行详细设置，并设置虚拟现实系统与现实硬件设备的数据交流。

（3）虚拟立体声及音效音乐设计

在三维场景建设完成，并初步建设出虚拟现实场景后，设计声音效果以保证沉浸感。三维虚拟声音系统即虚拟立体声。虚拟立体声，实质上是通过软件模拟实现具有立体感的声音效果。当用户直接听到这些虚拟环境中的声音后，不仅可以听到声音的音色、音调与响度随着用户的交互进行变化外，也能感受到声音的来源方向。

虚幻引擎（unrealengine）4通过引擎的优化从而简化了创造和修改环境声（Ambient Sound）Actor，从而实现了三维虚拟声音技术的过程。环境声拥有各种属性，通过对音频属性的修改和调整，从而实现符合现实世界规律的环境声：距离用户位于虚拟现实系统的坐标越远的声音会越小。

在虚幻引擎的模式（Modes）面板的所有类（All Classes）下选择环境声（Ambient Sound）Actor，并将其导入其构筑的虚拟现实环境创作界面中后，开始对各类属性进行调节。通过对衰减（Attenuation）、调制（Modulation）和音频体积（Audio Volume）三个属性的设置。在通过以上三个方面，使用前期收集并导入工程内的音效资源，在设置面板中进行不同属性的设置，虚拟现实系统可以实现三维虚拟声音。

五、淄博花灯会虚拟现实系统的实现

虚拟现实的实质是将虚拟环境使用特殊形式向用户提供交互式展示的过程。它将需要展示给使用者的效果根据场景内用户虚拟位置确定的“摄影机”位置呈现在用户的头戴设备中，从而实现虚拟现实效果。

将虚拟现实环境中的“摄影机”进行设置和调整，经过一系列各种软硬件之间的协调工作并整合数据。在最后，完成系统的预渲染和封装，制作出最终的淄博花灯会虚拟现实展示系统。使用虚拟现实配套设备并打开此系统，即可进入淄博花灯会虚拟环境场景并进行虚拟漫游。以上是虚拟现实环境的呈现和淄博花灯会虚拟现实化过程。

参考文献

[1]虚幻引擎4说明文档，Epic Games，2020

[2]安维华.虚拟现实技术及应用，2014（4）

[3]陈怀友等.虚拟现实技术，清华大学出版社，2012（8）

[4]阿拉姆库克森.Unreal Engine 4游戏开发入门经典，人民邮电出版社2019（8）

[5]范士喜.三维建模经典案例教程，清华大学出版社2016（9）

作者简介：

张天予，男，2000年7月，山东济南人，本科，山东协和学院数字媒体技术专业学生，主要研究方向为：数字媒体技术，艺术绘画等。

陈瑞昙，2000年5月，女，汉，山东济宁，学生，本科，数字媒体技术方向