郭亮，刘书廷

（1.长春光华学院，吉林长春 130031；2.长春市第一实验银河小学，吉林长春 130051）

根据《国家文物事业发展“十三五”规划》《吉林省“十三五”时期文化发展改革规划纲要》，以及《吉林省文化和旅游厅2019年重点工作规划》的总体思路为指导。遵循“保护为主，抢救第一，合理利用，传承发展”的理念，加强文物保护利用和文化遗产保护传承。以提高该省文化旅游产业发展为主题，以加快数字技术与文化产业深度融合为主线，以推进智能化和虚拟仿真为主攻方向。

通过对吉林省长白山地区文化的现状调研，了解到长白山地区有丰富的人文历史和旅游资源，但随着农村的城镇化发展以及人为破坏和自然环境的影响，很多区域的历史文化正逐渐消失。虚拟现实技术（简称VR）的介入，可以对已消失的文化古迹进行真实还原和场景再现，对未消失的文化古迹可以做到提前存档与文化宣传，将传统旅游业向互联网＋方向积极转型。进而带动当地文化旅游产业的发展，为全面提升该省地方传统文化，促进景区公共网络建设以及形象宣传起到了推进作用。

美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术的诞生可以追溯到20世纪40年代。最初研究的虚拟现实技术只是用于美国军方对飞行驾驶员和宇航员的模拟训练。然而，随着冷战结束后美国军费大大削减，虚拟现实技术就逐渐转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面，在欧洲来说是领先的。德国在VR的应用方面选择了以工业设计为主的发展方向，在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。

我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注。研究与应用VR建立虚拟环境、虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR效果；浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。

通过对长白山讷殷古城遗址的深入挖掘和智能化模拟，将虚拟现实技术和地方文化相结合，不仅满足了传统旅游中感官方面的体验，也还原了旧时东北地区的文化特色，将历史、建筑、民俗、服饰、自然风光、传奇故事等进行虚拟还原建设。给用户提供视觉、听觉、触觉等直观体验，并以激活触发点的方式来增加故事情节和添加智能交互处理，从而达到身临其境的真实感受，构建出一个逼真、生动的虚拟世界。

（1）通过虚拟现实技术为指定区域创建自然景观、建筑物、室内外设施等，并为其添加写实材质，模拟真实场景效果，还原旅游景区的原始风貌。

（2）深入研究当地人文历史、风俗文化、传奇故事，在遵循历史，尊重文化的基础上，为系统软件添加故事情节，以视频和交互动画的形式展示出来，寓教于乐。

（3）为系统添加智能人机交互功能，每个景点配位文字、语音介绍，充分做到人机交互的人工智能效果。

（4）模拟昼夜更替、四季变化、风霜雨雪等自然现象，着重研究场景中的光影、大气、物理碰撞等真实现象。

（1）如何保证场景中的环境与模型真实可信是本项目的一大难点。虚拟现实技术的核心思想是通过创建“虚拟环境或物体”来模拟现实世界中的“景或物”。如果创建的模型不真实，便起不到模拟的目的，而模拟的真实与否则全部取决于制作者对模型细节的刻画和材质纹理的写实绘制。所以，如何保证场景中所建模型真实可信，是本项目的一大难点。

（2）使用者与系统的交互设计是本项目的重点技术，好的交互体验会大大增加环境的代入感。首先要保证触发后实行的任务及时有效，其次交互体验涉及AI设计，所以触发开关外形要醒目、美观，避免遮挡视线等特点。

系统包含硬件和软件两个部分，硬件包括计算机、虚拟设备、力反馈手套、交互设备等，而软件系统是系统核心部分，主要开发虚拟交互程序和视觉软件界面，根据编程语言实现人机交互的原理和功能，包括视觉感知、触觉感知、听觉感知、知识讲解、娱乐冒险、虚拟漫游等部分。

系统是以坐标定位、视觉图像采集、空间位移、激活触发点和模拟情景为基础来实现的。系统在现实世界中使用采集器定位坐标点，并将信息转化为计算机可识别的数字坐标，存入计算机内，然后由计算机内的空间处理软件对坐标进行处理和分析，再配合VR设备捕捉人眼采集到的图像信息，通过计算机反馈到手部控制器上，通过算法为虚拟物体设定触发点或触发区域。当使用者接触到指定触发区域后，被触发物体激活产生位移、特效、动画等交互体验，完成模拟情景、虚拟漫游的最终效果。其模拟系统工作流程图如图1所示。

图1 模拟系统工作流程图

模型包括建筑物模型、生物模型与物体模型三种。需要对文献资料进行系统研究后，通过年代对比整理出符合准确时间段的文字及图片素材作为参考资料。使用Maya2018等三维软件配合PhotoShop等绘图软件以及大量插件将素材还原成三维模型。其中建筑物的比例要符合人体工程学，以保证交互过程中的真实体验感。生物模型的外貌特征要严格遵循生物体的生理解剖特点，对肌肉、皮肤、毛发、衣着装饰等特征的模拟需要在指定面数的合理范围内保证细节的刻画。

场景分为部落场景和自然场景。部落场景需要对文献资料深入研究后，结合真实村落的实际情况，通过规划指定区域的方式对建筑物进行合理摆放，以保证人类日常生活的基本需求。自然场景需要通过实地考察以及无人机俯拍照片的方式搜集准确素材，同时要确定符合当地自然状态的植物与地形地貌。

虚拟交互方面主要分为AI设计和命令设定两个阶段，其中AI设计是通过PhotoShop等绘图软件将操作界面和命令按钮设计成简介、美观、易于操作的LOGO标志，通过触发的方式表现开与关等不同细节。命令设定是将模型导入到UE4等游戏引擎中，通过蓝图节点和算法进行编程设定，以此来控制系统内一切可交互的物体。

讷殷古城位于长白山池南区西锦江、漫江和头道松花江三江交汇之处，依山傍水，属于典型的火山地貌，也因此当地的动植物种类繁多。为了增加漫游的趣味性和体验感，后期会为系统设计诸如狩猎、捕鱼、采人参等体验任务。

随着VR领域的不断发展，新设备、新技术的更新日新月异。目前业内普遍使用的VR设备是HTC公司生产的VIEW和Facebook公司生产的Oculus两款设备，而目前线上发行的虚拟产品大多只针对个别设备使用，无法做到全部兼容。本系统预计可以完美兼容多款VR设备，并会根据用户需求更新不同版本。

市场产品销售量与价格为项目运行效益的较大风险。由于产品的附加值较高，预计从事本行业的研究和生产单位会有所增加。省内研究虚拟现实较为成熟的公司均以制作虚拟实验教学、虚拟漫游类项目为主，但产品价格较高，后期维护费用昂贵。而本产品目前处于试验阶段，以“长白山数字文化旅游产业研发中心”为依托，降低了制作成本，这也是本产品的优势所在。

虚拟现实发展前景十分广阔，而将该技术搭载在大数据、云计算、5G等技术上，更是我们一直渴求的。从某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项正在发展的、具有深远潜在应用方向的新技术。利用它，我们不仅可以通过漫游的方式观看古代建筑，还可以将虚拟现实技术应用在教育教学方面，通过对不同学科方向的合作、交叉，开展以虚拟技术为基础的虚拟实验研究。同时同行业的工作人员可以依靠这个平台，进行相关设备的模拟，讨论技术要点。这项技术一旦实现将会给我们的生活带来翻天覆地的变化。

文化创新比较研究2019年29期