元宇宙轮胎博物馆的设计和构建

党海涛 吴晓钒 孙明典 王世委 王涛

关键词：3Ds Max；Unity 3D；交互设计；轮胎

1引言

在小说《雪崩》一书中就已经描绘出互通现实的虚拟世界，人们只要用各种通信手段与终端网络相连，便可以在虚拟世界中拥有数字身份，白此之后人类打开了元宇宙的认知大门。1999年，一部科幻风的电影《黑客帝国》风靡全球，电影中人们的大脑神经连接着巨大的AI系统母体，母体模拟出真实的人类世界，超前的科技思想正是我们现在正在探索的技术。2003年，虚拟平台“第二人生”被美国林登实验室开发出来，这是第一个现象级的虚拟世界，用户可以在虚拟空间实现社会交流和经济交易，这被认为是元宇宙的初期形态[1]。如今，通过VR设备我们可以前往一个同现实世界一样真实的虚拟世界。FaceBook主要创始人马克·扎克伯格在2021年3月更是将其改名为Meta。其意味深长，Meta正是Metaverse（元宇宙）的前缀。

不同类型的博物馆，记录着自然历程与人类文明活动的多元信息，承载着各个国家与民族的社会记忆与美学风范，包含着厚植家国情怀、促进文明交流的力量。

近年来，有许多文化产业通过创新的技术手段展开跨界融合，深度发掘中国文化的价值、实现线上读中华的创造性转化，从而探索“人文+科技+商业”的新模式，可以助推文化领域的便捷性发展。结合自身专业特色并融合信息技术建立虚拟仿真的轮胎博物馆，通过互联网“以具有包容性、多样性和参与性的方式与公众交流”，让人们足不出户进行线上展览、线上导览、线上教育课程等，开发有深度、有个性的科普文化产品，提供更具思想性和内涵性的文化服务[1-2]。

元宇宙轮胎博物馆作为新时代文化融合互联网技术的产物，不仅可以让更多年轻人线上了解中国轮胎文化，也能够吸引越来越多的年轻人从线上走人实体企业，了解我国轮胎行业的发展，从而进一步增强文化获得感和大国工匠自豪感。

2系统设计

2.1系统功能

元宇宙轮胎博物馆系统的设计是为了让更多的人了解轮胎的发展历程，特别是中国轮胎从无到有再到现在遍地开花的现貌。结合虚拟现实技术的优点，为了让使用者身临其境，设计之初在多个轮胎工厂进行游览采样，然后在博物馆系统中加入了视频介绍、图文介绍、语音播放、模型拆解的功能，以及在系统中加入知识点过关的环节。系统功能的设计如图1所示。

点赞评论子系统：在登录系统中有实名认证和注册登录功能，进行注册和实名认证的游客可以在每张图片或链接视频中发表自己的想法，也可以与其他游客进行留言互动，相互探讨，进行思维的碰撞，在看到精彩的内容后也可以点赞。

图文介绍子系统：轮胎的发展史悠久、丰富，每个阶段都有里程碑式的纪念，在每个大厅中都有精彩瞬间被定格成图片，并且点击图片之后会配上简洁的文字介绍。

视频链接子系统：进入现代轮胎发展史，简单的图片无法全面记录发展全过程，通过链接形形色色的视频让游客更加真实地感受轮胎的变化。

模型拆解子系统：对于轮胎的结构，大部分人是不太了解的，在经过专业的拆分之后，将轮胎分为各个部件，通过拆装子系统，把轮胎的组成分布进行清晰地展示，操作者可以按部就班地组装轮胎。

语音播报子系统：在博物馆中有很多文字介绍以及一些导言，为了方便游客的游览，语音播报功能可以让游客体验感更强。

知识闯关子系统：博物馆设计了很多的知识点，在游览完每个大厅之后进入下一个大厅之前会有一道关卡，涉及一些知识的问答，游客了解之后便可以进入下一个展厅。

3博物馆结构设计与场景搭建

3.1结构设计

本项目是以科学性、学术性为前提，是面向所有人群设计的数字轮胎博物馆，因此为了填补大众对轮胎认识的空白，展示轮胎的结构、制造和发展历程，展览内容分区规划，共设置5个展区：博物馆大厅、轮胎发展史厅、红色精神厅、中国工匠厅、走进轮胎厅。具体如图2所示。每个展区都有展示重点和亮点设计，场景配合内容进行构建，由浅人深地带领观众了解世界轮胎工业发展、中国轮胎工业发展、大国工匠精神和轮胎相关知识。

3.2模型搭建

在建模方面，我们选择老牌的建模软件3DsMAX，其功能比较丰富，其中Material Editor（材质编辑器）是该软件中一个强大的功能板块，越是生动的模型，越需要更好的材质。强大的材质编辑器可以为我们节省很多不必要的建模日寸间，达到事半功倍的效果[3]。

3DMAX建模完成后，点击“File-yExport”，将模型文件导出为FBX文件，注意弹出的“FBX Export”面板，这里包含模型動画、骨骼工具、材质等一系列的导出设置。在模型中添加这些内容，就需要将不必要的复选框划掉。

打开Unity 3D，右击project文件夹，再点击import package，找到自己存放模型的文件夹，将资源包导人其中，然后将其放置在场景中合适的位置上，在Project中找到刚刚导人的FBX模型资源包，点击“选中”，用修改模型尺寸的方法来修改FBX模型的尺寸，这样3Ds MAX中导出的模型就顺利导人Unity3D的场景中。具体如图3所示。

4系统实现

4.1虚拟场景搭建

在3Ds MAX软件中完成建模后，导出FBX格式的文件，模型中包含嵌入贴图、动画等，将其导人Unity 3D中会导致贴图丢失，使原场景失真[4]。所以，模型导人后，在project面板Assets中创建Models，添加缺失的贴图等，以完成场景的导人。在场景导人完成后，为了让场景更加美观，我们也可以加入高亮的插件放人High Lighting System文件夹中，并完成脚本编写，将其应用于我们搭建的博物馆系统中。系统的部分场景如图4所示。

4.2功能实现

（1）视角交互。

添加漫游摄像机，用脚本来控制摄像机漫游以及摄像机旋转的视角，并进行碰撞检测，以免摄像机掉出展厅或冲出展厅。控制视角移动的核心代码能够使键盘WASD按键进行前后左右移动[5]。

5结束语

轮胎博物馆是我国轮胎科技文明发展的历史记忆和凭证[6]。为了将大国精神发扬下去，结合Unity3D和3Ds Max开发出有关我国的轮胎博物馆。

元宇宙轮胎博物馆可以为收藏、宣传教育和科学研究做出贡献，是科学文化事业传播的重要组成部分。基于3Ds Max和Unity 3D的虚拟展示系统，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景[7]，是一款面向所有人群的数字博物馆，用户可以打破空间的限制，在任意距离全方位观赏展品，并打破时间的限制，足不出户就可以轻松观赏。元宇宙轮胎博物馆的建设对于大众了解中国轮胎工业的现状与发展，致敬中国的轮胎工匠，助力民族轮胎企业的发展有重大的意义。