黄河文化之黄帝故里三维数字化展示

郑州科技学院 牛庆丽 于海燕 马孟孟

深入挖掘黄河文化旅游带，推进文旅融合，在融合中不断通过科技手段的运用、时尚创意的融入，创新讲述黄河故事，不断拓展黄河文化传承的弘扬方式具有重要意义。文章通过对黄河文化中的黄帝故里景区进行三维场景建模和数字化虚拟展示，使得后疫情时代的轩辕文化得以展示和传播。

黄河文化蕴含的民族品格是中华民族的精神之根与力量之源，伴随着网络技术、虚拟现实技术、数字化展示技术与文化展示结合的越来越紧密，探索创新黄河文化的传播模式越来越多。为此讲好黄河故事，构建黄河文化资源数字化库，打造国内国际黄河文化多媒体传播和文化交流平台、构建线上、线下黄河文化传播的维度，推进黄河文化市场的现代化、国际化程度，提高黄河文化产业的集中度，丰富数字文旅供给，对黄河文化的传播具有重要的意义[1]。

1 黄河文化数字化三维展示的意义

1.1 三维文化展示实际意义

近年来，国家在保护和挖掘黄河文化旅游带中，实施了一系列的措施，让黄河文化的时代价值、创造性转化和发展价值等进行挖掘，让人民大众在体验黄河文化的数字化产品中感知历史、认同价值。河南作为黄河文化中下游，河南省文化厅在“十四五”期间的目标是做到“弘扬黄河文化，做大做强文旅文创产业”。为此，深入挖掘河南的黄河文化也是一件非常有意义的事情。黄帝故里景区位于河南省新郑市轩辕路，每年的三月初三，黄帝故里景区会举行拜祖大典仪式，全世界的华夏儿女都会关注这场仪式，许多海外侨胞等都会不远万里来到景区，参加拜祖大典，感受轩辕文化。新冠疫情开始后，国际国内交流通行有了一定的限制，很多人无法前往景区拜祖感受轩辕文化欣赏景区美景。为此，为了讲好黄河故事传播黄河文化，本文采用数字化三维技术实现黄帝故里景区的三维数字化虚拟展示，使得轩辕文化在后疫情时代得以展示和传播。

1.2 三维文化展示的理论意义

面对新冠疫情对旅游业的冲击和游客对旅游的诉求，数字文化展示带给旅游业新的契机。利用计算机技术诸如：VR、AR、MR、XR等技术，将黄河文明、黄河文化进行数字化的三维立体展示带来了新方式。“以文塑旅、以旅彰文”、产业融合发展的数字三维文化展示场景的出现，实现了黄河文化重要的展示。新时代“讲好黄河故事、传播好黄河文化”，三维数字展示技术无疑是常态疫情下的一个良好契机[2]。传承黄河文明、讲好黄河故事，传播黄河文明，需改革传统旅游模式，创新公共服务体系，充分利用VR技术、AR技术、AI和网络技术等[3]，打造全新黄河旅游带的景区、展馆等数字化展示，让游客利用网络足不出户通过手机端、Web端就能够方便的欣赏到黄河文化的迤逦风景、感受到黄河文化的真实底蕴，让黄河文化真正的“活起来”“火起来”。

2 黄河文化数字展示的主要技术

2.1 数字化虚拟场景建模技术

为了更好的展示黄河文化，讲好黄河故事，本文采用三维虚拟场景建模技术，完成对黄帝故里景区的虚拟数字化制作，为用户提供视觉逼真的三维虚拟环境。黄帝故里建筑物的建模技术通常由几何建模技术完成，在制作时分为形状建模与外观建模两种。形状建模是根据黄帝故里的三维建筑物轮廓，在3Ds Max利用点线面来制作现实物体的外部轮廓的三维建模技术，在遇到诸如屋顶、汉阙等复杂建筑物时，运用了多边形曲面建模技术对物体表面进行了曲面覆盖。外观建模是根据三维建筑的外观通过纹理映射计算，在虚拟现实系统中绘制出逼真效果的建筑三维模型，通过这种技术可以增加三维物体的细节真实感，减少多面形的面数，提高系统速度的运行速度。为了保持场景模型的渲染流畅特性，在建模设计上在合理控制面片建模以减少系统运行负荷的同时，注重了保持建筑物的原有建筑轮廓，达到实现最佳的三维效果实现，最后通过光影制作、烘焙贴图等对黄帝故里景区的三维建筑模型进行外观的细节贴图，已达到真实的场景效果。如图1所示为黄帝故里的汉阙原型图与3Ds Max模型制作的三维细节图形如图2所示。

图1 汉阙远景图Fig.1 Perspective of Hanque

图2 3Ds Max汉阙三维建模图Fig.2 3D modeling diagram of 3Ds Max

由于黄帝故里景区较大，在制作过程中根据南边走向的景点进行了模块划分：广场区、故里祠区，拜祖区。区域划分是按照景点分布进行的，有拜祖区模块，故里祠区模块，广场区模块和景区摆件模块。拜祖区包括文化长廊、祈福树、拜祖台与轩辕黄帝纪念馆的模型。故里祠区包括故里祠堂大门、正殿、东西配殿与祠堂摆件的模型。广场区分为姓氏广场和祠前广场，前者包括中华姓氏墙和黄帝宝鼎坛区模型，后者包括汉阙、牌坊、轩辕桥、指南者与日晷的模型。景区摆件包括整个景区的树、地砖、围墙、花坛、垃圾桶、小房子、旗帜、桌椅、栏杆等模型。四个区域模块涵盖了黄帝故里景区的所有模型，如图3所示。

图3 景区主建筑分块模型Fig.3 Block model of main building in scenic spot

宝鼎广场的黄帝宝鼎坛区是景区的一大特色，坛区结构分为三层，每层的结构大致相似，有基台、台阶和栏杆组成，基台在3Ds Max中用正方体建模实现，栏杆通过间隔工具复制组成矩形，四边中间留空处安放台阶。模型编组向上复制两次，每层的栏杆数量不同，基台大小不一样，要进行细节改动，坛区结构就制作完成。坛区的第三层有九个大鼎，东南西北都有各两个鼎，坛区中央放置黄帝宝鼎，鼎高7m，鼎口直径2.35m，腹深2.8m，耳高1.5m，足高2.8m。通过这些参数对宝鼎进行制作，鼎足是站立姿态的熊，根据图片细节，在3Ds Max中用多边形来实现通过调整点线面，按照主体结构半胶囊体形状，通过胶囊体模型挤出、倒角、塌陷、切角和平滑组等命令实现，鼎耳用样条线制作圆角形状通过添加轮廓，增加壳修改器完成宝鼎的制作，如图4所示。

图4 黄帝宝鼎坛区模型Fig.4 Huangdi baodingtan area model

2.2 数字化三维文化功能展示设计

在实现数字化黄河文化三维展示的过程中，利用计算机技术设计完成了对黄帝故里三维文化展示的基本功能，主要包括以下功能：

(1)场景切换功能：黄帝故里景区场景较大，需要进行区域划分后整合模型，室内室外场景的整合和切换是需要系统完成的必须功能。

(2)音乐控制功能：在三维文化展示时，为了增加场景展示的多样性，提高旅客对景区漫游体验的乐趣和真实感，增加了背景音乐的实现，给游客带来旅游的舒服体验。

(3)语音讲解功能：当游客靠近景点，欣赏景点的建筑文化特色时，会对景点的历史产生好奇，通过对景点增加语音功能介绍，增加了用户对景点的了解，使用户更好的参与到和景区的互动中来。

(4)文字介绍功能需求：在三维数字化文化展示过程中，因黄帝故里有很多标志性景点，通过添加语音讲解功能，加入文字介绍可以起到导航和提示作用，方便游客对景点进行了解，开拓用户的眼界，增长文化知识。

(5)定点三维功能展示：景区在为游客提供服务的时候，需要一条最佳的旅游路线，这个路线能将景区特色景点归纳在路线中，方便游客游览提供给游客最佳的旅游路线，让游客感受景区的主要特色景点。

(6)自由三维功能展示：因黄帝故里景区场景较大，景点物体较多，游客若想进行近距离游览，观察景点的模型细节，就如同真实的旅游在景区中，在三维场景中设计了自由三维漫游展示。游客根据自己的需要可前往不同的景点，规划专属于自己的游览路线，增加游览的趣味性，加深游客与三维场景的交互。

2.3 数字化三维文化展示的主要技术

为了实现黄帝故里景区的数字化三维展示的真实性，综合计算机技术和虚拟现实技术，例如：自由路径三维展示、定点路径三维展示技术，为了为游客在享受数字化景区展示中获得更加丰富生动的效果，增加了天空盒子（SkyBox）技术、让旅游感受晴天、阴天、雨天、雪天等景区的不同体验感受，通过环境特效光照与氛围，提高视觉效果为景区增添了生机，粒子系统特效使得数字化展示时变得生动有趣。三维展示主场景界面效果如图5所示。

图5 数字化三维展示主界面Fig.5 Main display interface of digital 3D display

自由漫游是指景区三维场景的切换跳转，游客可以点击任一景点按钮就能直接到达该景点附近，实现场景自由浏览。在Unity3D的面板中为Button按钮编写场景切换的代码，给面板中的各景点按钮添加点击事件，不同按钮对应不同的景点，如图6所示，这样就实现了场景自由漫游功能。另外，在界面的左上角设计了小地图方便游客知道自己的位置，以便更好的进行三维场景交互。

图6 自由漫游面板Fig.6 Free roaming panel

主场景点击界面的“百科”按钮，会出现文字介绍面板，点击面板中任一景点按钮，会出现新面板介绍景点的历史，如图7所示。点击右下角关闭该面板，再点击右上角关闭则可以关闭整个面板。

图7 百科面板Fig.7 Encyclopedia panel

在自由漫游场景中，测试点击主界面的天气按钮，可切换天气，如图8所示。

图8 景区天气切换Fig.8 Scenic spot weather switching

通过以上几种技术实现了黄帝故里景区的三维文化数字化展示，使得轩辕文化三维场景模型得到了真实再现，整个三维数字化场景展示功能齐全，跳转方便，可视化的语音、文字、讲解清晰易懂的实现了数字化景区的三维展示工作。在疫情防控期间，通过研究黄河文化中的黄帝故里景区三维虚拟展示，使得轩辕文化得到了宣传与鉴赏，对后期黄河文化的沉淀和交流起到很好的宣传和推广作用。

3 结语

本文在围绕黄河文化三维展示的过程中以黄帝故里景区为基础，通过数字化三维场景建模的制作、三维场景技术的交互实现完成了轩辕文化三维建筑物文化内涵的展示，让景区轩辕三维文化活起来，为旅游景点带来宣传推广作用。在做好景区互联网宣传工作的同时，未来深挖黄河流域的重要风景区景点、博物馆、围绕人文始祖、姓氏宗亲、博物馆、遗址、古城区、河洛文化等主题，形成黄河文化遗产三维数字化展示带，通过计算机技术驱动加快互联网对黄河文化遗产的传播，形成文旅融合的精品[4]。未来，加快数字化建设智慧景区、智慧酒店、网约导游等建设，以文旅融合的形式通过三维数字化展示让黄河文化遗产真正“活起来”“火起来”。