基于Unity3D的二七纪念塔红色文化AR虚拟旅游系统设计

摘要：近年来文化旅游成了旅游的一个新方向，旅游是文化的重要载体。随着VR技术的逐渐成熟，在旅游方面应用也越来越多。本项目旨在通过AR/MR技术开发二七纪念塔的虚拟旅游，并通过AR技术修复损坏的文物，完善塔内AR导航技术，实现虚拟现实和真实空间“缝合”、叠加。再用MR制作游客与景区内部的互动功能，使游客身临其境，可以通过操作读取相关文物的介绍，或观看珍贵的影像资料。同时添加趣味性互动，让游客完成进入塔内寻找规定物品任务，完成通关后获得相应的旅游纪念品奖励，增加景区的吸引力。二七纪念塔地处郑州繁华的中心，又是极具文化内涵、历史渊源的郑州市地标性建筑，对于二七纪念塔的虚拟旅游的开发不仅可以有效展示郑州现代都市的新风貌，同时可以讓人们更多的了解郑州深厚的文化底蕴。本项目开发成功后，可以投放网络旅游平台，让更多的人认识郑州，了解郑州，成为郑州的旅游名片之一。二七纪念塔旅游本身属于红色文化旅游的一种，可以通过二七纪念塔的虚拟旅游的推广，尤其是在学校的推广，让更多的人了解这段历史，铭记历史，才能够不忘初心，砥砺前行。这不仅是一个旅游项目，更是一种潜移默化的爱国式教育，是一种新的宣传途径，新的宣传方式。

关键词：Unity3D模型;二七纪念塔;虚拟场景建模;虚拟交互;红色文化

0 引言

近年来文化旅游成了旅游的一个新方向，旅游是文化的重要载体。随着VR技术的逐渐成熟，在旅游方面应用也越来越多。笔者旨在通过MR技术开发二七纪念塔的虚拟旅游，并通过建模技术修复损坏的文物，完善塔内虚拟现实的导航技术，实现虚拟现实和真实空间“缝合”、叠加。再用MR制作游客与景区内部的互动功能，使游客身临其境，可以通过操作读取相关文物的介绍，或观看珍贵的影像资料。添加趣味性互动，增加景区的吸引力。二七纪念塔地处郑州繁华的中心，又是极具文化内涵、历史渊源的郑州市地标性建筑，对于二七纪念塔的虚拟旅游的开发不仅可以有效展示郑州现代都市的新风貌，同时可以让人们更多的了解郑州深厚的文化底蕴。本系统开发成功后，可以投放网络旅游平台，让更多的人认识郑州，了解郑州，成为郑州的旅游名片之一。笔者根据前人的研究，结合二七塔本身的结构特点，使用3Dmax和Unity等开发工具设计了二七塔的虚拟旅游系统设计，本研究分为二七塔虚拟场景建立和虚拟二七塔交互设计两个部分，通过本研究为红色文化旅游工作的虚拟设计提供参考和辅助。

1基于3DMax模型的创建及Unity3D旅游交互式系统设计的研究。

二七纪念塔旅游本身属于红色文化旅游的一种，可以通过二七纪念塔的虚拟旅游的推广，尤其是在学校的推广，让更多的人了解这段历史，铭记历史，才能够不忘初心，砥砺前行。本系统开发过程中主要使用3Dmax建模技术修复损坏的文物，和Unity3D的交互式设计完成塔内观光的导航路径设计，同时设计出游客与虚拟景点内部互动的趣味效果，实现虚拟现实和真实空间“缝合”、叠加。使用VR技术实现虚拟世界和现实世界互动，更能增加旅游的趣味性。用VR技术应用于能够通过图像重现的方式创建一个身临其境的游览环境，加强游客与景点之间的“互动”，增强游客的参与感和趣味性。技术的应用主要体现在准备阶段、虚拟场景的建设，虚拟景区交互功能设计3个方面。

（一）准备阶段

二七纪念塔虚拟游览的准备阶段主要是通过采集二七塔周边以及内部的详细数据，以真实还原二七塔景区内外的真实模型，笔者在这里全景和局部拍摄了二七塔照片共536张，收集到内外环境数据、布局结构、平面结构、材质纹理、整体摄影图等必须要的建模数据同时了解了二七塔中重要展示文物的文化内涵，并上网收集了对应的数据资源。然后对以上数据资料进行融合预处理，为后面的建模和文化信息传达提供理论数据。

（二）虚拟场景的建设，文物科技化复原再造

利用虚拟现实技术，结合网络技术，运用虚拟建模技术建立三维文物模型，采用3DMax作为建模工具，是为了更高效的实现与后边虚拟软件的结合，达到能完成互相交流的目的。通过三维扫描建模技术结合AR技术将易损文物、文化遗址等景点通过三维模型的方式展示在游客的眼前，这样既增加了交互性与游客的沉浸感，也保护了景区环境。关键技术包括如下：

1.动态环境建模技术，采集实景的三维数据，并按照要求建立模型。

2.实时空间图片成形技术，主要是实现真实环境的虚拟化。

3.立体显示和传感器技术，用于实现人与机器之间互相沟通的能力。

4.拥系统开发工具，比如：VR开发平台、多端口VR技术等。

5.系统集成技术，把大量的模型与感知信息完美融合在一起。

（三）虚拟景区交互功能设计

基于Unity平台实现二七纪念塔漫游系统各项交互功能的开发。主要包括：基于包围盒的碰撞检测功能（Collider）、角色控制器的漫游功能（Character Controller）、地图导航功能（NavMeshAgent）、信息存储和查询功能（UI实现场景信息介绍，选项菜单）、场景风格化功能、多媒体的添加功能、粒子特效功能（Particle System）、室内外场景切换功能（异步场景切换实现多场景加载）等，增加VR游乐设施，通过体感设备与VR显示设备实现虚拟环境与现实体验相结合，是沉浸式的游乐设施。通过虚拟现实技术的制作的虚拟场景与体感设备捕捉的游客的交互动，作为传统的游乐设施创造了更丰富的沉浸式体验。下面是部分功能代码片段：

1.Game_1_UI脚本

public class Game 1 UI ： MonoBehaviour {

public Button backBtn;

void Start（） {

backBtn. onClick. AddListener （BackBtnEvent）;

//将场景中按钮与脚本事件绑定

}

void Update （） {

}

//点击按钮跷转到第一个场贵

public void BackBtnEvent （） {

SceneManager.LoadScene （0）;

}

}

2.Video Play脚本

public class VideoPlay ： MonoBehaviour {I

//这个脚本用来播放视频

public Mov1eTexture mt;

void Start （） {

mt. Play（）;

mt. loop= true;

}

void Update （） {

}

}

3.EventClick腳本

public class EventClick ： MonoBehaviour，IPointerClickHandler {

public Image img;

void Start（） {//开始名单隐藏

img.gameObject.SetActive （false）;

}

//点击墙面出现烈士名单

int count = u;

public void OnPointerClick（PointerEventData eventData） {

count++;

if （count == 1） {

img.gameObject.SetActive （true）;

}

if （count == 2） {

img.gameObject.SetActive （false）; count = O;

}

}

}

2基于Unity3D的二七纪念塔红色文化VR虚拟旅游系统的测试分析

对应以上所设计的基于Unity3D的二七纪念塔红色文化VR虚拟旅游系统进行实际的测试分析，以检测该系统的合理性和有效性。

2.1二七纪念塔虚拟建模测试

二七记住塔旅游文化的展示是用户的体验的核心部分，真实的呈现原场景的效果会让用户更具有沉浸感，增强身临其境的感受。因此在建模过程中需要尽可能的还原真实场景。同时在后期处理时需要对场景模型优合处理。期中包括有优化模型的面数，减少数据量的产生，对于贴图尽可能使用纹理和颜色，减少大规模贴图的使用。这里完成了两个有代表性展厅的设计，均是按照展厅实际情况还原建模。

2.2交互系统的测试

本系统为给用户沉浸式的体验，设计了多处人机交互，以增强与虚拟场景的互动效果，主要实现的功能有进入二七塔内容，用户进入主界面后，首行看到的就是二七塔的全貌，就像是在现实中来到二七广场一样。接着用户可以选择上楼观看，此时镜头会接近，进出用户选择的楼层内部。在室内场景中，用户除了可以移动鼠标360度观察场景效果外，同时还设计有室内文物信息的交互互动，如点击墙上的显示器模型，就可以播放一段二七塔的相关视频;点击二七大罢工照片，就可以在旁边显示参加过二七大罢工工人的名单以及他们的详细信息，同时用户还可以选择切换不同楼层进行参观等。由于本软件目前是测试版，因此在交互系统上所采用的功能主要是通过键盘或鼠标交互，手机版是通过触屏和摄像头交互。后期若作为商业应用，将加入目前市场消费版的交互式硬件支持，如手柄和头显（VR头盔）等，达到更加逼真的沉浸式场景效果。

3存在的问题

本系统的设计，除了场景的真实还原外，还需要提升全方位多层次的人机交互技术让用户拥有真实的体验感，VR技术中自然界面和超自然界面对人机交互具有重要作用，代表了未来VR输入发展的方向。但是这一领域依然存在一些有待解决的问题，具体分析如下：

1.虚拟现实交互功能还不完善

目前大多数的用户仍然习惯与传统交互界面，对于新的操作方式沉浸式虚拟现实虽然已经在国内外受到大力推广，但是在设计上还需改进，既要保证直觉的自然性和舒适性又要符合用户长久以来的操作习惯。

2.传统的输入设备和交互方法无法满足沉浸式虚拟现实的需要

大部分人机交互系统的有效性都是系统开发者决定的，目前虚拟现实的发展要点之一就是增进交互的沉浸感，而现有的游戏控制器和鼠标键盘等输入设备由于缺乏自然性，无法提供虚拟现实中的沉浸感，而沉浸式虚拟现实（IVR）的鲜明特性就是其可以提供自然直接的三维交互功能。HMD平台下基于手势的交互方法的研究较少头戴显示器因其对计算机图形性能和运动跟踪实时性的严苛要求，一直未有良好的消费级产品推向市场，目前基础设备仍然比较贵，对于普通家庭来说普及性不大。同时各种交互方案争相推出，但基于手势的交互方法仍是研究的重点，而这方面的研究和应用还比较稀少。

参考文献

[1]刘根.虚拟现实环境下人机交互与设备远程操控关键技术研究与应用[D].郑州轻工业大学，2020.

[2]孙斌.基千交互式虚拟现实基础上的室内设计表达研究[J]福建茶叶，2019，41（6）：48.

[3]张少波.沉浸式虚拟现实中人机交互关键技术研究[D].重庆邮电大学，2016.

[4]李佳皓，路越.媒体融合环境下虚拟现实技术在交互式影像中的应用[J].科技创新与应用，2020，（第4期）.

作者简介

王明瑞，（1982年10月-），女，河南郑州，讲师，主要从事虚拟现实，动漫建模

基金项目

河南省高等学校重点科研项目计划（项目编号：20B413008）

河南省高等教育教学改革研究与实践立项项目（立项编号：2019SJGL X810）