虚拟环境下长城文化景观的综合展示设计

李一苇，赵红蕊

(1. 北京海淀外国语实验学校，北京 100195； 2. 清华大学3S研究中心， 北京 100084)

长城是中华民族的艺术瑰宝，是中国文化的厚重载体，是中华民族凝聚力和创造力的重要资源[1]。长城作为我国的名片，更是享誉全球，在1987年12月被列入《世界遗产名录》，成为世界遗产，也引起了全球关注和保护。

长城分布于北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、山东、河南、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆15个省(市、自治区)的403个区县[2]，根据文物和测绘地理信息部门的全国性长城资源调查结果，明长城总长度为8 851.8 km，秦汉及早期长城超过1万km，总长超过2.1万km[3]。长城是典型的线状文化遗产，文化遗产类型多样、要素丰富，也是世界上延续时间最长、分布范围最广、军防体系最复杂、规模最庞大和影响最深远的文化遗产类型[4]。

互联网成为今天世界认识长城的重要途径。为此，有必要研究虚拟环境下长城可展示内容、展示方式及其技术实现。设计建立长城综合展示系统平台，全方位、多角度展示大范围、多类型的长城文化和信息资源，将长城物质遗产及其文化意义完美融合并呈现给公众，真正唤醒公众意识，吸引公众参与，引发公众强烈的精神共鸣[5]，提高公众认知和理解，促进探索挖掘长城历史价值、文化内涵和作用[6]，更好地为经济社会发展服务。

本文在对长城文化深入分析的基础上，研究长城可展示内容，并结合互联网、地理信息、多媒体、虚拟场景等科技手段，提出相应的虚拟环境下长城文化综合展示设计方案：以航天航空卫星影像、实地360°动态和静态影像为载体，植入长城文化信息、典籍信息和旅游信息等，全面记录与展现长城文化景观信息和特征，多维度、多时空、多视角的文化景观信息以图片、文字、音频、视频等多媒体综合呈现，并辅以时间概念和空间感受，通过互联网向社会各界提供沉浸式体验，推进长城文化宣传和展示，为长城资源旅游推介、价值探索、保护利用提供新的模式。

1 长城文化展示内容

长城的修建始于春秋战国时期，终于明朝末期，其间历经春秋、战国、秦、汉、隋、唐、辽、金及明等10余个朝代，距今已有两千多年[7]，悠久的历史赋予了长城丰富的文化内涵。在当前新时代的发展需求下，长城更是作为主体连接了沿线区域的文化、生态和资源等，形成了以长城沿线所在区域为主，以周围自然环境、乡村聚落、区域经济基础、社会形态合理分工等为补充的有序组织的综合体[8]。创新性地展示长城文化，包括长城遗产、历史遗迹遗存、环境景观(自然、生态、资源等)和文化价值，进而促进构建整体、互相尊重、合理利用和持续发展的文化生态环境，推动长城所在区域实现全面、协调、可持续发展，以全新的视野探索长城保护和发展的路径[9]。

1.1 长城遗产

长城遗产要素类型多、数量大、分布广，它并不只是一道单独的城墙，主要是由长城本体(即长城墙体及敌台、马面等)和附属设施(包括关堡、烽火台、壕沟、挡马墙等)组成的规模庞大的军事防御工程体系，这一防御工程体系由各级军事指挥系统层层指挥、节节控制[10]。主要要素包括长城墙体、壕堑/界壕、单体建筑、关堡、相关设施等。在国家文物局组织开展的明长城资源调查中，有现存敌台7062座，马面3357座，烽火台5723座，关堡1176座，相关遗存1026处；共测得明长城总坡面长度为8 851.8 km，包括人工墙体6 259.6 km，天然段2 232.5 km，壕堑359.7 km。其中，人工墙体又可进一步分为石墙1 828.8 km、土墙3 411.3 km、砖墙249.6 km、山险墙197.5 km及其他572.4 km。就保存状况而言，明长城人工墙体保存较好的仅为513.56 km，保存一般的为1 104.4 km，保存较差和差的分别为1 494.7和1 185.4 km，消失的则达1 961.6 km[11]。

(1) 长城墙体：分为土墙、石墙、砖墙、木障墙、山险墙、山险、河险、其他墙体8种类型，是长城的主要建筑工程。

(2) 壕堑/界壕：多指在不易筑墙的地方，挖有深广各若干丈的深沟，并将所挖取之土堆于沟的一侧，其防御作用同修筑墙体是一致的。

(3) 单体建筑：分为敌台、马面、水关(门)、铺房、烽火台5种类型。其中，敌台为高出城墙的高台，可驻兵和储存武器弹药；马面是凸出城墙外侧的台子，可对登城敌人进行侧面攻击；水关为墙体上开设的排水设施；铺房是供士兵休息的建筑物；烽火台又称烽燧，古时用于点燃烟火传递重要消息的高台，系古代重要军事防御设施，是为防止敌人入侵而建的，遇有敌情发生，则白天施烟，夜间点火，台台相连，传递消息。

(4) 关堡：“关”是指筑有城、围的屯兵地，一般依托于墙体；“堡”是指筑有城、围的屯兵、居住地，与墙体不发生直接关联。

(5) 其他相关设施：包括挡马墙、品字窖、壕沟等。

长城遗产是长城文化的价值载体，承载着长城的历史变迁和文化内涵，也作为中心连接着长城沿线的历史遗迹遗存和环境景观，带动了经济、社会和文化的传承与发展，是长城文化展示的主体。图1为几种典型的长城遗产。

图1 长城遗产示例

1.2 历史遗迹遗存

长城周边历史遗迹遗存资源主要指的是不可移动文物，是在历史发展过程中遗留下来的具体遗产或遗址，涵盖了从政治到军事，从生产到生活，从社会到教育等多方面内容，以实物的形式弥补了历史文字记载的不足之处，更体现了长城及其周边地区在历史长河中慢慢形成的丰富内容，或多或少与长城存在某些联系并受其影响而形成，是长城文化展示的重要内容之一。

历史遗迹遗存有古文化遗址、古墓葬、古建筑、石窟石刻等，图2为古文化遗址和古建筑示例。

图2 与长城有关的其他遗迹

1.3 环境景观

环境景观是与长城遗产在空间上或功能上相互连通的自然生态景观、道路、城镇等。它们虽然不是长城遗产的价值载体，但却在功能、位置、景观等方面与长城具有密切联系，从而以多种方式影响着长城遗产的保存和延续。

以北京长城沿线的自然生态景观为例，依据《北京市绿地系统规划》和有关部门网站查阅，北京长城所在的北部六区内分布有大量的自然生态景观资源，这些同时也是北京地区重要的绿色生态保障，共有17处省级以上风景名胜区、19处县市级以上自然保护区、18处省级以上森林公园，以及多条水系及其形成的湿地和水库[12]。

以北京地区市郊铁路网为例，综合交错，与长城文化旅游密切相关。图3为2020年北京市铁路网规划方案。

图3 北京市地区市郊铁路线网规划方案(2020年)

1.4 文化价值

(1) 地域民俗文化。地域民俗文化是指地区内民间文化和民俗生活积累形成的各种物质上、精神上和制度上的传统习俗。民俗文化的形成与发展深受长城周边民族文化交流的影响，先民们在日常生活和文化交流中逐渐学习、发展进而创造而来，后人在此基础上继承了这些优秀的传统文化并发扬光大，这些都体现了长城周边地区人们的生产生活方式与长城文化有着密切联系。

民俗文化有非物质文化遗产、传统古村落、民俗旅游村和其他特色民俗文化等。图4为北京北部六区市级非物质文化遗产及市级民俗旅游村分布。

图4 北京北部六区市级非遗及市级民俗旅游村分布示意图

(2) 典籍信息。长城历史演变、发展过程中的各类文献，包括古书、图册(集)和传记等，记载了长城的发展变迁、作者的所思所感。

(3)旅游信息。旅游信息包括开放的景区介绍、景区特色、导览信息、交通餐饮、路线规划、展示活动等，为游客提供全面的旅游参考信息。

1.5 法律法规

国家历来高度重视长城保护，逐步建立“国家级—重点区域级—地市级”三位一体长城区域协调发展机制[1]，同时建立了多项法律法规，包括《中华人民共和国文物保护法》《长城保护条例》《长城执法巡查办法》《长城保护员管理办法》《长城“四有”工作指导意见》，以督促落实长城保护地方政府责任，完善长城保护基础工作，建立长城监管与执法常态化机制，切实提升长城保护管理水平。

2 长城文化展示方案

2.1 文化价值

综合采用互联网、地理信息、多媒体、虚拟场景等科技手段，设计虚拟环境下的长城文化综合展示方案，对长城文化进行全方位、多视角地展示。其中，长城展示以航天航空卫星影像、实地360°动态和静态影像为载体，以展示长城全貌、环境景观和历史遗迹遗存等；同时植入长城文化信息、典籍信息和旅游信息等，全面记录与展现长城文化景观信息和特征，将长城文化景观信息以图片、文字、音频、视频等多媒体综合呈现，并辅以时间概念和空间感受，通过互联网向社会各界提供沉浸式体验，人们可以通过手机或计算机对长城进行深度游览和文化探索。图5为长城文化展示方案总体设计。

图5 长城文化景观展示方案总体设计

2.2 技术流程

(1) 收集整理长城沿线拍摄时间最近、质量最好、最清晰的卫星或航拍图片，并在图片上叠加长城遗产要素(包括墙体、关堡、敌台等)，使长城景观和长城遗产在同一套空间基准上，便于观众从宏观上理解长城分布和空间结构。

以北京八达岭长城和天津黄崖关为例(如图6和图7所示)，在卫星影像上能够清晰地理解长城及其周围环境空间格局。

图6 北京八达岭长城

图7 天津黄崖关

(2) 通过360°全景摄影技术，获取涵盖长城文化事项或文化信息较多、有代表性的场景或关注热点进行数据采集。选择晴朗的天气，利用全景相机，在每一个拍摄点获取东、西、南、北4个方向的影像，并对影像数据进行拼接、匀色和校正处理，形成每一个场景的360°的三维全景影像数据，同时采集人文信息，实地录取音频、视频等，得到与旅游文化相关的多媒体信息。

同时，在360°全景影像上设置景观热点，热点处链接文字介绍、图片、声音、视频等多种展示内容，实现长城景观时空形态和文化概念的融合，使观众从视觉、听觉多方位感受长城文化景观，增强感官性体验。360°全景影像及热点示例如图8所示。

图8 长城360°全景影像

(3) 基于互联网、移动APP技术，将长城景观全貌影像、局部区域360°全景影像和图片、视频、声音、文字等多维度、多角度的内容集成融合，以PC端(如图9、图10所示)和移动APP端(如图11、图12 所示)形式综合展示长城文化景观，包括基本情况、长城导览、咨询要闻、组织结构、长城文化、巡检巡查、旅游信息、活动展览等信息，将以上信息呈现给社会各界，实现在异地空间区域感受长城文化景观的沉浸式体验。

图9 PC端长城文化景观展示设计

图10 PC端长城文化旅游信息展示设计

3 结 语

本文设计了基于时空一致性的异地文化旅游长城综合展示平台，为“实体空间文化景观沉浸式体验”提供了应用示范，给公众带来了异地文化旅游虚拟体验。通过对基于地理信息的文化信息的处理和制作，利用互联网、全景摄影、多媒体和虚拟场景等多种技术，实现长城沿线十多个省份、不同朝代、不同材质类型的长城和周边文化景观跨时空的综合展示，可为弘扬我国长城的历史文化提供了展示平台，也为长城的深度旅游和文化体验提供了新的模式。

图11 移动APP端长城文化景观展示设计

图12 移动APP端重点长城文化景观讲解设计