基于UE4引擎李冰纪念馆虚拟展示系统的设计与实现

摘  要：传统的李冰纪念馆采用橱窗陈列的方式，信息表達单一，互动性较差。该项目通过3DsMax建模软件进行精准建模，利用Unreal Engine 4引擎的可视化编程，材质系统、UMG等重要功能模块和实时渲染技术实现李冰纪念馆虚拟展示系统，充分发挥虚拟现实技术的沉浸性，交互性和想象性的三大特点，对实现李冰纪念馆的社会教育和文化传播能力具有一定的作用。

关键词：李冰纪念馆；虚拟展示系统；UE4；虚拟现实

中图分类号：TP391.9    文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）06-0038-03

Design and Implementation of Virtual Display System of Li Bing Memorial Hall Based on UE4

LIU Tingyan

（Sichuan Tourism University， Chengdu  610100， China）

Abstract： The traditional Li Bing Memorial Hall adopts the way of window display， the information expression is single， and the interaction is poor. This project uses 3DsMax modeling software for accurate modeling， uses visual programming， material system， UMG and other important function modules and real-time rendering technology of UE4 to realize the virtual display system of Li Bing Memorial Hall. It gives full play to the three characteristics of Virtual Reality technology： immersion， interaction and imagination， and plays a certain role in realizing the social education and cultural communication ability of Li Bing Memorial Hall.

Keywords： Li Bing Memorial Hall; virtual display system; UE4; Virtual Reality

0  引  言

李冰又名陆海，战国时期著名水利工程家，公元前256年到251年担任蜀郡太守，任职期间主持修建众多水利工程，其中都江堰水利工程最为著名。该工程为成都平原成为天府之国奠定坚实基础[1]。

通过虚拟漫游技术，实现李冰纪念馆虚拟展示系统，充分发挥虚拟漫游技术的真实性，交互性和启示性的三大特点[2]，打造不一样的宣传方式，更好地实现李冰纪念馆的社会教育和文化传播能力。3DsMax是一款主要用于建筑建模的建模软件。Unreal Engine 4简称UE4，是由EpicGames公司推出的一款游戏开发引擎，UE4的画面表达效果非常出色，可以非常真实的模拟出真实世界的质感[3]，利用UE4引擎的实时渲染优化可以更加真实的展现虚拟场馆[4]。传统的文字，图片，视频宣传展现形式沉浸性不够，交互效果也一般，而虚拟纪念馆能够带给体验者更好的沉浸式空间体验，更便捷的互动效果。

本项目对以下3点问题提出相应解决方案。

问题1：三维场景搭建及使用DataSmith插件进行资源导入，避免场景重复搭建，以及材质导入UE4引擎丢失的问题，及光源构造。以及三维场景的资源优化问题，场景交互的触发精度问题，场景漫游视角的问题[5]。因此需要保证怎样能够将建模完成的场景信息完整的导入到UE引擎中进行下一步操作。

问题2：虚拟纪念馆关键功能实现。纪念馆的场景漫游功能，纪念馆的交互功能，本项目主要对文字讲解以及视频讲解进行研究。

问题3：李冰纪念馆应用程序打包所遇到的主要问题。

1  设计与实现

1.1  李冰纪念馆虚拟展示系统结构

李冰纪念馆虚拟展示系统主要由李冰纪虚拟念馆场景，场景漫游功能，全系投影文字讲解功能，视频讲解功能，展品检视功能组成，如图1所示。

1.2  关卡

根据项目需求设计，将项目分为虚拟展馆关卡，历史记忆关卡，文献资料关卡。李冰纪念馆场景为虚拟展馆关卡，实地考察李冰纪念馆，根据真实场馆使用3DsMax搭建李冰纪念馆场景模型。DataSmith是一款链接UE4和3Ds MAX，C4D等建模软件的插件，它能同步导入建模软件中的模型，材质，光照，动画等信息，提高工作效率。场景模型搭建完成后使用DataSmith插件导入UE4。再利用UE4引擎的实时渲染技术可以实时构造静态光照和动态光源，达到更真实的画面效果[6]；同传统建模软件搭建光照相比，也提高了工作效率。同时可以利用UE4引擎自带的后期处理体积，对不同要求下的光源效果进行灵活处理。充分发挥出UE4引擎全局光照处理的优势[7]。

李冰生平视频介绍为历史记忆关卡，李冰的主要功绩介绍为历史文献关卡。因为虚拟展馆关卡场景资源较多，所以使用关卡流送的方式进行提前加载，防止出现关卡切换卡顿的问题。

1.3  UI界面实现与按钮功能实现

UI界面有开始界面，加载界面，关卡选择界面；在相应界面位置添加按钮，使用OnPressed事件觸发实现关卡之间相互切换的功能。角色主界面根据需求设计，左上角为李冰纪念馆标志，右上角为时间，小地图，右下角为静音和返回按钮。使用UE4引擎UMG模块中的画布面板，尺寸框，水平框，垂直框组件实现页面布局；图像，进度条，循环动态浏览图示，文本组件实现页面内容，按钮的OnPressed事件触发实现对应功能，如表1所示。

同时还有文字讲解提示3D标签，视频全屏播放提示标签，展品检视提示标签。

1.4  角色

为了增强使用者体验感，项目使用第一人称视角以提高体验者沉浸感，操作方面，界面左侧为玩家移动摇杆控制角色前后左右移动，右侧区域为视角切换控制角色视角切换区域，本项目使用自由漫游和定点漫游的漫游方式，更加符合现实参观方式，同时虚拟展示系统的其他交互逻辑也需在角色蓝图中实现。以角色蓝图为媒介的蓝图通信方式，进行蓝图间的相互连接，实现角色蓝图与其他蓝图相关的功能，能避免类型转换失败的情况发生。

1.5  小地图

小地图，体验者通过观看界面右上角的小地图情况查看自身所处位置，可以自主选择参观路线。

小地图实现：创建蓝图类SceneCapture2D（场景捕获2D）类，使用Wight Bluepringt（控件蓝图）的Image（图像）组件，赋予图像组件材质贴图，通过实时更新当前角色位置的贴图以实现小地图功能，如图2所示。

1.6  文字讲解功能

文字讲解功能：导游角色讲解参观点的相关知识。

文字讲解功能设计：角色到达触发区域位置，弹出相应知识讲解或纪念馆介绍的3D标签，点击3D标签后弹出知识框，同时播放对应文字的讲解语音。

文字讲解功能的实现：创建对话系统蓝图类，利用Box Collision（盒体碰撞组件）进行人物检测，当人物到达对应位置出现3D标签提示，点击3D标签后，人物移动到预设的固定位置并在界面中间弹出文字框，进行知识讲解同时播放语音；讲解结束，角色离开盒体碰撞组件触发范围3D标签消失。使用盒体碰撞组件进行检测，可以根据场景需求实时调节触发大小。调节触发精度。注意语音文件导入时需要导入Wav格式的音频文件。本项目一共有37段，例如场景音乐、导语、序厅介绍、世界的都江堰、水利古国等。

1.7  视频讲解功能

视频讲解功能：视频讲解点播放相关视频。

视频讲解功能设计：人物到达相应区域，播放对应视频内容，同时界面左上角弹出UI提示，可以选着是否全屏播放，离开对应区域关闭视频，避免多个视频同时播放，出现声音重叠的情况，影响体验者体验。

视频讲解功能的实现：在纪念馆内视频讲解的对应位置利用StaticMeshActor（静态网格体），制作视频播放器平面，使用UE4材质系统制作视频播放内容材质；创建MediaPlayer（媒体播放器），根据视频需求选择播放FileMediaSource（文件媒体源）或MediaPlayList（媒体播放列表）播放对应视频。由于使用的是本地视频所以需要将项目所需的视频内容放到正确的目录下，在项目文件夹的子文件夹Content中新建Movies文件夹用来存放视频内容。

1.8  都江堰全景沙盘投影展示

都江堰全景沙盘主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工程沙盘构成。

都江堰全景沙盘实现：创建投影仪蓝图类，利用Spot Light（聚光源组件）与光照函数材质制作投影仪，创建母材质时需要将尺寸（一维向量节点），纹理贴图转换为参数方便实时更改投影大小和投影内容。创建聚光源组件时要注意需要创建三个聚光源组件，分别对应红绿蓝三种光照，避免投影画面出现色差，如图3所示。

1.9  展品检视功能

展品检视功能：角色通过上下左右滑动屏幕，可以全方位观察展品。

展品检视功能设计：体验者能够全方位的观察展品。

展品检视功能实现：创建展品蓝图类，以人物角色蓝图为基础添加物品检测功能，通过SphereTraceByChannel（由通道检测球体）节点判断是否使用展品检视功能。注意所有展品需要由同一个父类Actor派生。主要展品：神兽石犀、壁画石板、蜀守武铜戈、石像等，如图4所示。

2  调试与发布

项目文件需要避免使用中文命名，同时保存路径也不能出现中文路径，否则会出现未知打包错误。

在项目设置中，打包选项中勾选使用Pak文件，同时要打包特定影片中的文件夹添加为视频内容存放文件夹，避免打包应用视频内容丢失；地图和模式中游戏模式需要改为自己制作的游戏模式，游戏默认地图也要改为初始关卡，影片中可自己添加应用启动界面。

项目打包需要阶段性打包，避免未知打包错误出现，需要从头检查程序正确性的情况发生。

3  结  论

疫情当下，将虚拟现实技术与文旅产业相结合实现虚拟参观，在保证自身安全的前提下，实现纪念馆的文化传播能力和知识科普。

本项目使用3DsMax建模软件进行精准建模，并使用Unreal Engine 4引擎插件DataSmith进行资源导入，成功解决场景重复搭建，以及材质导入UE4引擎时丢失的问题。

通过Unreal Engine4引擎的可视化编程（蓝图），材质系统，实时渲染技术等重要功能模块解决了李冰纪念馆虚拟展示系统的场景还原，角色漫游，文字讲解，视频讲解等重要问题，成功实现李冰纪念馆虚拟展示系统。

李冰纪念馆虚拟展示系统替代传统的视频，图片，文案宣传，通过参观虚拟纪念馆，可以给体验者带来更好的体验感，体验者对李冰纪念馆也有了更进一步地了解，进而增加对李冰纪念馆的宣传力度，以及宣传的趣味性，这对于李冰纪念馆的宣传也是一种新尝试，也可以让更多人通过李冰虚拟纪念馆了解李冰的生平历史、功绩成就、治水理念与河工技术，进而了解李冰水利工程对天府之国与现代水利发展的巨大贡献，宣传李冰的治水思想理念、人文精神和现实意义。

参考文献：

[1] 潘殊闲.李冰与天府之国 [J].中华文化论坛，2018（10）：16-21.

[2] 陈隽沁.虚拟漫游技术在景观设计中的应用 [J].现代装饰：理论，2016（7）：66.

[3] 史敏丽，宋思潼.虚拟现实技术在旅游中的运用——以余东古镇虚拟漫游系统设计实践为例 [J].大观，2022（8）：112-114.

[4] 沈忠杰.基于UE4的建筑可视化漫游应用研究 [D].桂林：桂林电子科技大学，2021.

[5] 王保青，李放.基于UE4引擎的虚拟现实技术光影关系的探索与研究 [J].美术教育研究，2018（4）：50.

[6] 郭广通，徐娜.基于虚拟现实技术和三维模型的室内色彩优化研究 [J].现代电子技术，2020，43（21）：132-136+142.

[7] 郑凯东，冯天星，王家华.实时光照对景物模拟真实性的影响研究 [J].智能计算机与应用，2019，9（3）：244-246+255.

作者简介：刘廷言（1999.04—），男，汉族，四川泸州人，本科在读，研究方向：虚拟现实。

收稿日期：2022-11-01

基金项目：四川旅游学院第三批“课程思政”示范专业；四川旅游学院2020年校级双语课程项目（ZL20200049）；川藏智慧旅游工程研究中心2022年开放基金项目（ZLGC2022B05）