山西榆次老城街道虚拟交互漫游设计研究

刘竹青

摘 要：使用数字交互和虚拟现实技术来实现榆次老城的漫游，对于榆次老城来说，是一种新的虚拟数字化方式。该系统具有跨媒介、跨時空的特性，作品最大的特点是参与性和交互体验性，这种独特的沉浸感除了依靠技术手段以外，空间与时间上的交叉也是作品的独特魅力。它打破了传统介质的局限，同时也使榆次老城以数字化的手段得以永久性的保存，并以此传承晋商文化。

关键词：虚拟现实技术;交互体验;数字化

虚拟交互设计艺术是技术性与艺术性的完美契合，是当下风靡的数字艺术形式。空间和时间上的“穿越”，是提升作品感染力的重要方式。它的交互体验感、沉浸感是虚拟交互作品独一无二性的价值体现。

榆次老城虚拟漫游交互系统打破了传统自然条件下的时空界限和地方垄断，它是一个与现实世界不同的“真实”古代传统建筑。观者可以在其中随时随地自由移动，多方位了解晋商建筑遗产的艺术价值和文化底蕴。该作品用动态交互的方式让观者对榆次老城的历史底蕴和文化有一个身临其境的全方位审视，它可以由玩家自己挑选观看及游玩角度。这是传统的纸质效果图和三维动画无法与其相比的。虚拟交互系统借助数字媒体艺术创作与技术手段，为传统古建筑提供了新的数字化保护与传承模式，它传播的特殊手段可以提升国民对古建筑的理解度与热衷度。虚拟交互系统将刻板的资料转换为音视行同步的数据信息，为古建筑的传承与保存提供了更多的可能性。

一、榆次老城虚拟漫游交互系统创作艺术性研究

（一）创作的基本思路

该系统对古代建筑文化和虚拟现实进行系统的研究，完美地实现了现实与历史的有效重叠，现如今虚拟建筑技术广泛应用于多个行业，但三维建模和系统优化技术、施工技术，还有许多悬而未决的问题。本文着重于介绍如何保护和传承榆次老城文化遗产，利用虚拟交互系统将数字媒体技术与古建筑文化有机地结合起来。虚拟交互技术可以让观者在古城现场直接使用计算机或手机来观看，该技术在个人PC端和手机端复制老城的独特景观，能够使观众提高对古城的认识并参与到晋商建筑文化的保护中。

自由交互世界是虚拟现实系统一直追求的完美形态，在自由交互世界中，玩家可以实时操纵游戏对象。榆次老城建筑是集许多艺术文化于一身的综合体，虚拟现实系统和榆次老城古建筑的结合能够开辟一个新的领域。山西是中国古代建筑的宝库，与耗资巨大的工程修复相比，我们可以节省大量的维修费用再现榆次老城的风采。通过不断实践测试，我们建立了交互式远程漫游系统，使用数字技术和艺术处理的方法来实现榆次老城古建筑形态的准确性、材料的真实性和老城全局的艺术性。

（二）榆次老城的基本情况

榆次老城位于山西省晋中市榆次区，是隋开皇二年（公元582年）在汉城旧址上建成的，已有1400多年的历史。它是根据传统规划思想和汉族的建筑风格建造的城市，是汉族人民的聪明才智和毅力的结晶。榆次老城景区建筑宏伟，造型美观，结构丰富多彩，其独特的地理位置是山西商旅旅游黄金之路的起点。它有多个景点，其中汉民俗和民间艺术的丰富多彩也赋予榆次老城灵气和活力，在这里总共拍摄超过50部电影电视。与此同时，历史的沧桑，民族的命运，与自然、历史、人文、晋中本土艺术巧妙地融为一体，让它有一种时间交错的感觉。榆次老城宏伟的建筑群、完整的晋商文化和完整的城市功能在国内是罕见的。

（三）榆次老城虚拟现实的价值所在

为了更好地继承榆次老城区的悠久历史，需要对旧城区的虚拟现实进行数字化处理，特别是旧的拱门、牌楼、桥的修复。我们使用虚拟仿真技术模拟真正的榆次老城，并在榆次老城启动虚拟互动漫游项目。该项目允许人们在三维虚拟环境中直观地探索建筑物，并且身临其境全方位沉浸于旧城区，还可以选择和改变任何角度、任何细节，并在各种模式之间切换，例如步行、跑步、预览等，玩家也可以选择自己的路线。此外，在漫游过程中可以实现雾、雨、晴和多云等天气的比较。这是传统建筑效果图和普通3D动画所无法比拟的。我们使用3D MAX软件恢复旧城区的主要街道和旧建筑，并使用虚拟引擎U3D实现人与机器之间的交互。在交互过程中，街道的历史背景、景点须知、周围食宿行等多种旅游项目都会在个人PC端中显示出来，它还会把一些晦涩难懂的历史知识通过图文影像的方式展现出来。虚拟现实漫游互动老城项目模拟了山西商人文化的精髓和活力，为游客提供身临其境的体验。

二、榆次老城虚拟漫游交互系统制作过程

首先开展初步工作，包括对老城内容和应用软件的选择、显示平台的甄选、自定义任务文化参数、时间轴规划和其他相关内容的参考。

中期阶段主要是项目的实际创建过程。第一步是到榆次老城进行实地考察并收集相关信息，包括对图像信息的收集和存储数据的收集，还有一些手绘图纸和与榆次老城相关的文字材料的收集与甄选。第二步是调查收集榆次老城区古建筑的信息，对收集的数据进行过滤和排序，便于以后实际使用过程中执行并进行系统分析。在此基础上，再对模型进行建模，为了保持榆次老城虚拟漫游系统的“真实性”，有必要加入复刻的古建筑模型，进行照片和采集数据，并设置和渲染灯光。第三步，虚拟现实和交互漫游的综合处理。3D MAX软件主要用于建模过程和后期模型渲染，Photoshop主要用于古建筑纹理的复现和一些图形的特殊处理，最后用于虚拟显示和交互式合成的软件是U3D。

后期阶段主要是对榆次老城交互漫游系统进行最后的测试，对漏洞进行修改和发布作品。

三、榆次老城虚拟现实系统交互展示的设计

（一）创建、映射和渲染数字3D模型

榆次老城街道虚拟交互漫游项目的设计和制作过程中，结合模型不同的特征运用不同的制作方法。

优化模型，使用更多纹理来表示复杂细节，并减少空间补丁的数量，这样做的意义是在模型复原不会丢失更多原建筑的信息，并以此来达到良好的复制效果。

由光影贴图和纹理贴图组成的混合材质可以记录大量复杂的光影效果，并确保材料的纹理不受影响。

在榆次老城的虚拟漫游系统环境中，色彩还原是否真實非常重要。要想让体验者感受身临其境，同时也让古建筑的修复颜色真实，其中对古代建筑的绘画就占据了非常重要的位置，但是由于常年风化和太阳照射的影响，实地绘制的建筑颜色就会变得非常模糊。所以后期我们必须先在Photoshop中恢复绘制的图案，再将其映射到原始的图像材质中去。

（二）通过虚拟现实软件（U3D）进行交互式漫游设计

完成了在3D MAX中创建模型的工作，接下来使用U3D编辑虚拟漫游场景。虚拟交互的机关触发是U3D的核心内容。U3D拥有嵌套多种开发语言的功能和特点，获得了当前虚拟现实项目的独一无二的地位。

最后是运用U3D软件进行测试，主要对整个系统进行交互式碰撞测试。测试系统有两种主要方法，一是设计者的内部测试方法，用于优化整个项目文件的工作，其关键是代码测试、性能测试和系统质量测试。二是邀请有经验的用户测试周围环境，这种测试的主要目的是测试系统的流畅性和用户体验的心理预期，其主要包括对系统的满意度、可操作性和易学习性这三个内容的测试。

四、虚拟交互漫游实现和测试发布

在这一阶段，对榆次老城虚拟现实互动漫游项目进行整体协调和改进。调整主要是为了测试系统交互的可操作性、卡顿情况能否如预期目标等。最后，作品被释放并显示出来。

榆次老城交互式漫游系统通过非专业级的计算机设备、显示设备，让人们不必出家门也可以切实地感受到晋商文化。如今已经由传统化艺术时代已经迈入数字化艺术时代，虚拟现实技术的发展使得艺术的表现形式以及艺术的界限产生了本质的变化，充分利用虚拟交互艺术的技术性特点的同时，能够将榆次老城文化资料转化为音视形并茂的数据信息，为非物质文化遗产的保存与呈现提供了更多的可能性，并将榆次老城以数字化的形式进行永久性的保存，并以此来传承晋商文化。

参考文献：

[1]郭云仲.交互式虚拟古建筑设计研究[J].工业设计，2012（3）：65-66.

[2]郭云仲.虚拟现实技术在古建筑复原中的应用研究[D].武汉理工大学，2008.

[3]王楠楠，李一婷.交互式可视化虚拟施工过程技术研究[J].大连民族学院学报，2015（3）：248-251.

[4]王晓鸣，张育芳，李晖.浅析交互式虚拟展示设计[J].艺术与设计（理论），2010（8）：183-185.

作者单位：

晋中职业技术学院