基于虚幻引擎技术的兰州战役纪念馆数字化场景设计

李妍　程璐璐　郭骁煊

关键词：虚拟引擎技术;兰州战役纪念馆;红色文化;数字化;场景设计

中图分类号：TP391.1 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）12-0157-02

信息化时代背景下，博物馆、纪念馆等一些展馆作为现代文化积累与传播的重要媒介，在教育研究和社会发展中占有较为重要的地位，但目前传统的参观方式已无法满足现代受众的需求[1-2]。因此文章利用虚幻引擎技术对兰州战役纪念馆进行数字化场景设计研究，希望能为受众提供交互体验空间，并能打破传统纪念馆在时间、地域和参观方式等方面的限制，从而能对甘肃红色文化的传播起到积极的促进作用。

1虚幻引擎技术概述

虚幻引擎技术（UnrealEngine，以下简称UE）是一款实时引擎与编辑器，作为开发VR产品（特别是PC端）的常用引擎，它采用了最新的即时光迹追踪、虚拟位移、HDR光照技术等新技术，通过NVIDIA的GeForce6800显示卡与UE搭配，可以实时运算出电影CG等级的画面。目前，UE作为可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，正越来越多地被应用在人们的日常生活中[3-4]。

2兰州战役纪念馆概述

兰州战役纪念馆坐落于甘肃省兰州市七里河区华林坪以南、沈家岭北麓，是为纪念1949年8月在兰州战役中牺牲的烈士而修建的。馆展馆面积1000平方米，由序厅、奏响西进序曲、实施千里追击、浴血南山之巅、聚歼青马主力、欢庆西北解放、结束语等七个部分构成，是全国181家重点烈士纪念设施保护单位，111家全国爱国主义教育示范基地，甘肃省文物保护单位和甘肃“中共党史”教育基地。

3基于虚幻引擎技术的兰州战役纪念馆数字化场景设计意义

当前一些纪念馆在数字保护与展示方面主要还停留在传统三维建筑漫游的方式，不具备实时的交互性，带给用户的沉浸感也仅仅停留在影音效果的层面上。而利用UE不仅能够将视听元素更加真实、精致、整体地保存于计算机固件及互联网中，更重要的是运用“UE+红色文化”，既以创新的形式弘扬了革命精神，又能使受众不用到纪念馆实地就能够在虚拟世界中漫游数字化场景，身临其境般地去接受红色文化精神带来的思想熏陶[5]。将甘肃红色文化通过数字化手段多维度地进行展示，从而进一步助力甘肃红色文化的弘扬与传承。

4基于虚幻引擎技术的兰州战役纪念馆数字化场景设计流程

文章以UE为主要开发平台，借助3Dmax软件对兰州战役纪念馆的场景及馆内展品、浮雕等进行模型创建，Unfold3D、SubstancePainter等图像处理软件对兰州战役馆场景进行还原设计，结合UE提供的SteamVR与VRTK等开发组件进行脚本编写，实现战役纪念馆的漫游、交互等功能。

4.1模型建立

为了尽可能还原兰州战役纪念馆的场景，让模型更加真实，首先对战役馆进行实景拍摄和测量，利用3Dmax中创建的模型导入到Unity工程中，右击Assets文件夹，选择importnewAsset，选择要导入的模型，在窗口中即可看到模型，展馆场景的整体框架搭建和优化，如图1所示。其次，對馆内场景、结构进行逆向模型搭建。馆内部结构较为简单，但展品繁多，且各不相同，所以在针对展品进行制作模型时采用分别建模处理再进行集中搭建的方法，对所有资源进行汇总、通过Unfold3DVSRS和SubstancePainter软件对模型进行UVW展开、控制行为编写、算法优化、校验。最后，将调试好的程序代码导入UE中，并对接到VR头戴式设备进行场景的性能测定和调试[6]。

4.2优化处理

对室内场景贴图，前期主要通过人工拍摄进行采集，为了让模型更加真实，最大程度地增强室内场景漫游的真实表达、丰富馆内三维模型的细节和材质表达，需要对模型进行优化处理。包括：删减不必要的面;区分结构层次，将近观和远观的面区分出来，近观的面要拉近显示器仔细观察是否有遗漏和结构细节不足的地方，远观要尽量使用Lod，看看是否可以使用贴图细节来代替模型细节，减少运算量;关联的所有模型打包为一个组，使里面的物体具有相同的参数坐标系，修改时相互制约影响，不至于让比例失调而失真。

同时，为了增强视觉表达的效果，需要对人工采集的贴图进行调整，包括对贴图进行裁剪和矫正，突出其表现形式。首先，贴图的裁剪和矫正。人工采集照片时，由于拍摄空间、灯光、技术的差异导致照片会出现视角偏移、变形，从而与模型不符。因此需要对物体的照片进行裁剪和矫正。其次，色彩美感均匀调整。由于采集的贴图灯光的问题，导致贴图的明暗效果欠佳，其色彩有一定的损耗，因此通过调整纹理的明暗、色彩平衡、柔和度，从而增加三维模型的真实性。最后，将通过修正的贴图加入贴图材质库，进行统一管理。场景设计中模型表面纹理的真实程度对场景的真实感起到至关重要的作用，所以往往需要进行模型优化和制作纹理贴图来保证视觉上的真实性和游览时的流畅程度。模型后期处理主要由Unfold3D VS RS和Substance Painter完成。如图2为纹理贴图优化处理。

此外，借助虚幻示意图形（UMG）UI设计器，创建基本的图形界面。系统中控制部分采用UE中的蓝图（Blueprint）节点界面的可视化脚本编程模块，完成兰州战役馆虚拟漫游过程中的行走、游览等交互功能的实现，如图3所示。让用户可以在场景中漫游，并与一部分展品进行交互。

4.3功能实现

将已建立好的三维模型以及贴图以STL格式导出，再导入3D Build中检测导出模型是否有破损。若无破损面则直接将模型导入UE中，反之则将模型导入到3DsMax中进行修复模型，并且以FBX格式将修复好的模型导出。对于重复的模型，只保留一个。着重处理复杂的模型，为保证更为逼真的视觉效果，再将处理完毕后的模型放入场景中反复修正。

1）灯光布置：在场景中添加光源时，需要留意在体验和浏览虚拟场景时应尽量避免可移动光源和光源重叠对用户造成的不适感。根据所收集和实地探访所获得的照片进行相应的灯光布局与调整。采用自发光材质的模型灯或灯组来替代实际的灯光组合，实现场景优化和资源的合理利用。

2）添加视频：在Content Browser中展开SourcesPanel，然后在Content下创建一个名为Video（名字可自取）的文件夹。在Video文件夹上点击右键并选择Show in Explorer。把test.MP4视频文件放进去将视频文件拖入项目的Content/Video文件夹。将视频文件放置在项目的Content/Movies文件夹中可确保视频正常打包。调用资源test，将其打开并将File Path指向Content/Movies文件夹中视频文件的位置。创建媒体播放器，打开并勾选play on open。拖进一个plan到场景中，按住Ctrl选中Sound Wave和Media Texture资源，将它们放置在关卡中的静态网格体上，此操作将自动创建一个材质并将其应用到静态网格体。选择plan添加组件media sound，编译并添加媒体播放器资源。新建一个蓝图playmedia，将蓝图拖进场景并运行。

3）添加影音效果：首先准备好素材，UE支持wav格式，不支持mp3格式。最好命名为英文，中文也可以，导进来之后UE会把wav文件识别为Sound Wave格式。在UE中可以用Ambient Sound这个物体或者给其他物体添加的Audio组件来播放，图4为测试效果图。

5结语

运用前沿的科技手段来弘扬红色文化精神，无论是在商业价值、经济价值还是在社会价值上，都有着较为广阔而光明的应用前景。文章基于UE对兰州战役纪念馆进行数字化场景设计研究，从更贴近技术前沿和更提升人类感知的角度增强线上体验者的交互感、沉浸感，在传承与发扬红色文化精神的同时，以数字化的形式保护和展示历史文化，不仅具有积极的技术价值与社会意义，而且更有利于促进地方红色文化的弘扬与传承。