基于人机工程的东巴文化虚拟博物馆研究

杨玉婷，康厚良

(1.昆明理工大学津桥学院 电气与信息工程学院， 昆明 650000；2.云南经济管理学院 教育学院， 昆明 650000)

1 东巴文化

东巴文化是指以纳西族传统宗教东巴教为基本形态和文化载体，集纳西族东巴、东巴文、东巴经、东巴画、东巴工艺、东巴音乐、东巴舞蹈、东巴占卜和祭祀科仪的纳西族传统文化[1]。东巴文化既是纳西族社会生活、宗教哲学、历史演变、民俗事项、科技医学、文学艺术的百科全书，同时也融会了苯教、藏传佛教、道教乃至古波斯、古印度的一些文化元素，是世界文化史上的“一页”奇观[2]。东巴文是目前世界上存活着的象形文字，被誉为文字的“活化石”[3]。

东巴文化最大的特点是不脱离民族特殊的生产生活方式，它依托于人本身而存在，以经文、音乐、舞蹈、绘画等多种方式作为表现手段，并以口传心授作为文化链而得以延续[4]。但是，传统的传承方式也导致了东巴文化的传播面较窄、保护难度较大，甚至传承出现断代等问题。特别是随着城市现代化进程的加快，东巴文化存在的基础日渐狭窄，现代生活方式对它的消解，以及灾害性破坏、建设性破坏都对其存在形态构成了不同程度的危害，东巴文化迫切需要被保护和传承[5]。而将相关文物数字化和虚拟化，通过虚拟博物馆以更加生动、形象的方式将文物以及文物中所承载的文化更好地展示给观众，这将是保护和传承东巴文化的一个新方式。

2 虚拟博物馆

虚拟博物馆通过把文物中承载的各种信息抽取出来，将传统的静态文物转变为由声音、图像、文本等构成的动态的数字化信息，通过互联网信息技术传送到世界各地[6-7]。联合国教科文组织(UNESCO)1992年开始推动“世界的记忆(Memory of the World)”项目，在世界范围内推动文化遗产数字化[8]。我国1996年启动的国家数字图书馆工程，开始了文化资源的数字化进程[9-14]。但是，绝大多数的研究仍停留在模型的优化、系统的渲染及系统效率等方面，随着技术的快速发展，用户在使用软件时对软件的“方便”、“舒适”、“实用”和“效率”等方面的要求越来越高[15-16]，这意味着软件的操作应更加人性化。

因此，将人机工程与虚拟博物馆技术相结合，以丽江市东巴文化博物馆为原型构建东巴文化虚拟博物馆，虚拟博物馆除了能够向参观者全面展示展品中所蕴含的文化精髓之外，其最大的特点是充分考虑“人的因素”，将用户的心理特征、使用习惯和学习兴趣纳入虚拟博物馆的设计中，不断突出人与虚拟博物馆之间自然、流畅的交流与协作，在为访问者提供形象、生动的学习方式，充分调动访问者的学习积极性和主动性的同时，也使东巴文化的宣传和普及能够跨越时间和地域的限制，有利于文化的保护和传承。

3 东巴文化虚拟博物馆的总体设计

东巴文化虚拟博物馆由数据和软件系统两部分组成。数据部分主要包括以丽江市东巴文化博物馆为原型构建的突出体现纳西族民居“三坊一照壁”的传统四合院样式的虚拟博物馆建筑模型、能够体现东巴文化精髓的特色文物模型及访问者所操控的虚拟角色模型；软件系统部分包括数据的持久化模块、交互式漫游模块、文物查阅模块及逻辑处理模块等4部分。虚拟博物馆的系统结构如图1所示。

图1 东巴文化虚拟博物馆的系统结构

4 虚拟博物馆的模型建立

4.1 数据收集

东巴文化是纳西族的传统文化，选取具有代表性、能够体现东巴文化的精髓及纳西族民族特色的文物是非常重要的。另外，文物信息的准确性也十分重要，它将直接影响到访问者对东巴文化的认识和理解。因此，为了保证文物及文物信息的准确性、有效性和客观性，建模过程中所使用的文物图片和文字信息均来自丽江市东巴文化博物馆及丽江市东巴协会网站[17]，而虚拟博物馆外部建筑所使用的贴图绝大部分取材于实体博物馆，力求还原其原始风貌，保证参观者所获取信息的准确性和真实性。图2为东巴“五福冠”的实物图，图3为使用3ds max创建的五福冠模型及渲染效果图，图4为实体博物馆的外部实景图，图5为虚拟博物馆的外部建筑效果图。

图2 东巴“五福冠”实物图

图3 五福冠模型及渲染效果

图4 博物馆实景

图5 虚拟博物馆模型

4.2 模型的建立及优化

文物模型的质量决定着整个虚拟博物馆所能发挥的作用，而三维模型的精细程度与系统的运行速度成反比，即所建模型越精细，模型数据越庞大，漫游时计算机绘制的时间就越长，显示效果就越逼真，反之亦然[18-19]。因此，在建模过程中加入了不同的优化方法，在保证模型具有较好显示效果的同时，又不会产生过大的数据量，具体包括：使用贴图代替模型的细节部分，在不影响显示效果的基础上尽量降低模型多边形面的数量等，从而降低虚拟博物馆的总体规模[20]。图6显示了祭祀用“净水瓶”的原始模型及优化后的效果。通过观察渲染结果发现：在多边形面数量大幅降低的情况下并未对模型的显示效果造成影响。

图6 “净水瓶”模型优化前后的对比

5 虚拟博物馆的软件系统实现

东巴文化虚拟博物馆软件系统部分最大限度考虑“人”的使用因素，以创造灵活、舒适的使用环境、简单易学的操作方法为目标，主要由数据的持久化模块、交互式漫游模块、文物查阅模块及逻辑处理模块等4部分组成。交互式漫游模块支持用户以第一人称或者是第三人称的方式在虚拟博物馆中漫游，使交互过程更加个性化和多样化；查阅模块通过友好的用户界面为访问者提供指定文物的图片及文字介绍；数据持久化模块实现了虚拟博物馆中所有数据的持久化存储和读取。数据与系统逻辑的分离，提高了系统的可扩展性和可维护性。整个软件系统部分的结构如图7所示。

图7 东巴文化虚拟博物馆的软件系统结构

5.1 交互式漫游模块

Unity3D引擎提供了非常方便的角色控件，只需要导入控件包及相应的虚拟角色模型就能实现以第一人称或第三人称的方式在虚拟博物馆中漫游。因此，交互式漫游模块的主要功能是实现角色模型的加载，根据键盘的输入实现人物动作的切换和播放，以及用户在不同人称之间的切换与控制等。

5.2 文物查阅模块

文物查阅模块为参观者提供查阅文物信息的功能，当访问者点击虚拟博物馆中的某个文物时，查阅模块能够准确地返回与文物对应的图片和文字信息。

在虚拟博物馆中，为了在2D屏幕中获取访问者使用鼠标点击文物的行为，实现鼠标和3D环境的交互，文物查阅模块通过射线原理来实现，即以摄像机的位置为原点，以鼠标在屏幕中选择的当前点为目标点，发射一条射线，射线终点的三维坐标即为鼠标所指向的位置[21]，如图8所示。

图8 鼠标与三维环境的交互

具体代码如下：

if (Input.GetMouseButtonDown (0)) {

//1、创建一条从摄像机到鼠标选择的当前点的射线

ray=Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);

// 2、得到选中的游戏对象

if(Physics.Raycast(ray,out hit))

{ obj=hit.collider.gameObject;

// 3、从局部对象反向查找父元素，因为文物都包含多个组成部分

if(obj.transform.parent!=null)

{ parentObj=obj.transform.parent.gameObject;

// 将string类型的文物名称转换为枚举类型

if(parentObj.name.Equals("temp"))

wenWu=(WenWuFlag)Enum.Parse(typeof(WenWuFlag),obj.name);

else

wenWu=(WenWuFlag)Enum.Parse(typeof(WenWuFlag),parentObj.name);

if(wenWu!=null)

Application.LoadLevel("introScreen");

…………

另外，为了使查阅模块的访问界面更加友好，在界面的设计中与NGUI(Next-Generation User Interface kit)插件结合，在克服Unity 3D游戏引擎本身GUI工具开发效率低、可扩展性差等问题的同时，使所设计的用户界面更加美观、大方、使用方便。图9显示了东巴“五福冠”的介绍界面。

图9 东巴“五福冠”的介绍界面

5.3 数据持久化模块

数据持久化模块可实现数字资源的动态增加、删除、修改和查询等功能。在虚拟博物馆中主要涉及的数字资源主要包括文字和图片两类。图片的加载通过AssetDatabase来实现，而文字的存储和读取通过文件流实现，具体代码如下：

// 图片的加载

UISprite sprite = this.getComponent();

sprite = (UISprite) AssetDatabase.LoadAssetAtPath(“Resources/Texture/WuFuGuan1.jpg”,typeof(UISprite));

……

// 文件的创建

void CreateFile(string path,string name,string info)

{ StreamWriter sw;

FileInfo myFile = new FileInfo(path+”//”+name); // 指定路径

if(!myFile.Exists)

sw = myFile.CreateText(); // 如果没有创建文件，则创建

else

sw = t.AppendText(); // 如果已经创建，则打开文件

sw.WriteLine(info); // 写入数据

……

// 文件的读取

ArrayList LoadFile(string path,string name)

{ StreamReader sr = null;

sr = File.OpenText(path+”//”+name);

string line;

ArrayList arrlist = new ArrayList();

while((line = sr.ReadLine()) != null)

arrlist.Add(line); // 逐行读取

……

6 系统测试

系统测试的硬件环境：CPU为Intel Pentium(R) 3.0 GHz×2，显卡为NVIDIA GeForce GT 610，内存大小为4 GHz，软件环境为Unity3D 4.3.0和Visual Studio 2010。测试内容包括：① 系统启动界面及角色的加载及初始化；图10为虚拟博物馆的启动界面，图11显示以第三人称方式进入虚拟博物馆。② 以不同人称方式在虚拟博物馆中漫游；图12和图13显示了以不同人称方式在虚拟博物馆中的漫游效果。③ 博物馆周围环境的渲染效果，图14显示了博物馆周围优美的环境，图15显示了博物馆周围池塘的渲染效果。

图10 虚拟博物馆启动界面

图11 以第三人称进入博物馆

图12 以第三人称漫游博物馆

图13 以第一人称漫游博物馆

图14 博物馆周围环境

图15 博物馆周围的植物和池塘

在整个系统的测试过程中，测得最大帧速为119，最小帧速为100，平均帧速为110.18，其帧速率如图16所示，从而保证整个系统的顺畅运行。

图16 帧速率

7 结束语

虚拟博物馆作为传统文化保护和传承的新途径，突破了时间和地域的限制，使访问者能随心所欲地在博物馆中漫游、学习。以丽江市东巴文化博物馆为原型构建的东巴文化虚拟博物馆漫游系统，通过结合人机工程技术，以创造灵活、舒适的使用环境、简单易学的操作方法为目标，在为访问者提供形象、生动的学习方式，充分调动访问者的学习积极性和主动性的同时，向公众广泛宣传和展示东巴文化的本真，促进东巴文化的宣传、保护和传承，使东巴文化充满活力。