景观基因视角下红色文化数字展馆设计研究

郭奕航 黄佳 莫尚剑 贺溪

摘 要：依据景观基因理论和数字技术对红色文化数字展馆的设计路径进行探索，在科学识别和充分挖掘红色文化景观基因特征的基础上，发挥虚拟现实技术沉浸性、交互性以及想象性的优势。通过湖南长沙中共湘区委员会旧址的数字展馆设计实践，检验设计路径对提升红色文化体验感和强化展馆教育功能的成效，以期为红色文化的保护利用、红色文化的传承弘扬提供新思路。

关键词：景观基因；红色文化；数字展馆设计

基金项目：本文系长沙学院大学生科技创新项目“湘村文化基因挖掘与数字博物馆设计研究——以湘江古镇群为例”、湖南省教育厅资助科研项目“景观基因理论视角下‘文夕大火前长沙历史城区数字化修复研究”（21B0765）、长沙市重大科技专项项目“长沙段湘江古镇群数字化重建技术与网络虚拟旅游的产业化实现”（kq2011002）的研究成果。

红色文化数字展馆是重要的红色教育开展平台之一，其设计理念与常规的博物馆和文化馆存在显著差异，其设计需要强调红色主题展览的教育价值与传承意义。

一、景观基因相关概述

（一）景观基因

景观基因可以理解为一处景观所特有的、区别于其他景观的内在文化因子，是景观“遗传”的基本单位，即某种代代传承的、区别于其他景观的因子[1]。作为景观的组成元素和文化载体，通过识别、提取、分析等过程，景观基因适用于对文化景观进行深层次的剖析，且可以利用数字技术构建三维模型景观基因库，将理论与设计实践紧密结合，同时助力文化的传播与传承。

（二）湖南红色文化景观基因

基于景观基因理论，从空间布局、综合环境、文化特征三个层面对红色文化进行分类，建立景观基因的识别体系，例如地理位置和地域单元属于空间布局类、地形地貌和水文条件属于综合环境类。文化特征是该体系的关键，主要包括红色文化特征与地域文化特征。地域文化特征涵盖历史沿革、风貌习俗、民間艺术等。红色文化特征一方面有红色革命人物、红色建筑及景观、红色文物等，另一方面包括红色故事、革命精神、革命传统等（表1）。依据个体属性特征的差异，建立类别标准、细化的指标体系，在此基础上通过修缮革命旧址、再现红色场景、讲好红色故事等方法，将红色文化景观基因融入数字展馆设计中[2]。

二、湖南红色文化数字展馆设计所需技术及设计流程

（一）所需技术

虚拟现实技术具有沉浸性、交互性与想象性的特质，通过增强沉浸感、融入交互设计和虚拟场景设计，可使展馆中的数字展品变得真切和生动，使参观的用户有仿佛穿越时空的体验感，从而更好地鉴赏红色文物、认识红色人物、品读红色故事。红色文化数字展馆能营造出逼真的自然环境和历史环境，让参观者在感受红色文化魅力的同时，获取高于艺术欣赏且更具深度的情感认同，从而获得愉悦的视听感受。参观者沉浸在三维虚拟空间中，通过操控VR头盔和手柄来获取视觉、听觉、触觉等在场感受。虚拟现实技术还能以虚实相生的形式对历史场景进行拟真化呈现，并在体验内容中设置交互式的视频图文介绍或互动游戏，演绎红色历史文化，解码红色遗产背后的精神密码，营造真实的在场感受，促使参观者接受深度的红色文化熏陶。通过人机交互的形式与虚拟环境中的人物、展品交流，参观者能获取所需的知识与信息。

（二）设计流程

基于虚拟现实技术的红色文化数字展馆设计流程分为三个阶段：一是针对设计场地的景观基因数据开展信息采集，二是构建虚拟场馆的空间信息体系，三是对模型进行轻量化处理。红色文化所在地的景观基因数据包括红色遗址、红色文物、文化特征、地理特征等，可通过实地走访、文献查阅、专人访谈等方式搜集。这些数据既是年轻人开展党史、国史、改革开放史、社会主义发展史学习的宝贵资源，也为后续设计实践提供了科学依据和设计内容，是区别不同红色文化数字展馆的典型代表特征[3]。

例如，红色遗址的空间信息数据包括整体高度信息、空间深度信息和表面纹理信息等。不同类型、不同精度的空间数据需采用不同的采集方法，如使用无人机倾斜摄影、多角度感应等技术获取对象的高精度整体环境，有效可靠地记录三维空间数据；使用三维激光扫描技术，能记录地面建筑、雕像的空间关系和结构形态。采集到的点云数据需根据对象特征进行优化处理，突出并增强识别度，方便后续完成模型的三维重建。通过点云数据得出的三维模型网格面数往往达到千万级别，不利于互联网传输，因而需要对模型采取拓扑、多细节层次优化处理，直到保留丰富的模型特征，且每秒运行帧数不低于60。

三、湖南红色文化数字展馆的设计内容

本文以中共湘区委员会旧址（以下简称旧址）为研究对象开展设计实践，其数字展馆的设计按照“数据采集—数字化建模—三维模型优化—交互设计”的路径实施，完成旧址红色文化资源的数字化重建与展示。

（一）虚拟场景建构

1.景观基因挖掘与提取

构建红色文化数字展馆，首先要对旧址的景观基因进行挖掘和提取，尤其是红色文化特征。对相关历史文献资料与实地情况展开比对和测量，对收集的数据进行分类并建立指标体系，构建旧址的红色文化数据库。其次，挖掘故居的空间布局和综合环境信息。故居为具有典型南方风格的二进三开间传统长沙民居，院前的水渠与清水塘相连，水塘后方广场上建有毛泽东雕像。现场实景数据采集关注旧址的空间和纹理特征，采用南方测绘自主研发的智航SF700A无人机从70米高度对旧址及周边关联区域进行正射影像采集，获取空间布局、地形高差等数据。受树木遮挡等因素影响，需补充部分区域的影像数据，而该类数据的采集依靠可穿戴式三维移动扫描设备VLX完成。将空中和地面的点云数据合并，最终大幅提升三维模型的细节与精度。

2.模型重建

数字展馆中的模型通常分为整体区域模型、特定建筑模型和特殊对象模型三个类别，其模型的数字化重建亦有所区别。对旧址及其周边约4万平方米的区域进行三维模型重建，主要依靠无人机倾斜摄影与空三解算技术；对中心广场雕像的还原，则需要无人机和单反相机联合作业，对雕像进行360度环绕拍摄。对获取到的9 000多张高清正射影像进行解算，得到的模型网格面数却高达2 000多万，因此必须对模型进行网格优化，在保留模型特征的同时，尽可能减少网格面数，减少场景资源消耗。对于标识性强且被树木遮挡的对象，例如清水塘石碑，最好通过激光扫描来获取。通过三维激光扫描仪获取的石碑模型数据十分精确，能反映物体表面的细微起伏与纹理变化，但其受地面环境的干扰较大，解算时需先删除无关噪点，抽稀环境点云数据，并对离散点云进行清除，以实现模型精确生成。依据采集的三视图、外部特征及内部结构，对故居的三维模型进行细节修正。此外，建筑外墙、室内木制隔断和石墩等对象的表面纹理需要单独采集、修正，并赋予模型，以保证模型的结构和材质与实景高度一致。

3.模型优化

为了获得更加流畅的用户体验，通常需要针对三维场景模型进行多细节层次（LOD）优化处理。场景中优化后的清水塘石碑模型，网格数从近500万降至4万多，但仍可能会耗费系统运行资源。为了合理分配场景资源，设计团队对其实施了四个级别的LOD优化处理。其中，LOD0的面数为41 425，LOD1的面数为9 617，LOD2的面数为1 029，LOD3的面数为124。石碑在画面屏幕中的显示面积小，模型就会被自动替换为低网格模型，其占用的系统内存也会大幅释放，从而提高用户体验。针对其他模型，采取LOD自动生成与手动设置相結合的方式来调整网格数量。对于花草树木这类没有特定标准的模型，可使用属性矩阵批量调节LOD，以减轻场景的资源负载。亦可提前设计好模型贴图，因为同类模型贴图的重复利用也可以减轻场景计算压力。此外，灯光、材质的优化对于场景高帧率运行也十分关键，将同一环境的多处灯光合并可以有效减少数据消耗。在设计实践中，通过对场景中的模型、贴图、灯光等方面进行优化，数据消耗降低了30％，帧率显示从21提升至62。

（二）场景体验设计

1.仿真设计

虚拟空间的仿真效果会直接影响参观者的参与意愿。在场景的设计与制作过程中，细节的呈现至关重要。写实风格的作品更能吸引人们的注意力。在地形编辑环节，创作团队使用雕刻笔刷，根据旧址的空间深度和地面高差数据进行精细修正，以营造更真实的场景效果。这一操作不仅解决了无人机采集盲区造成的模型破损问题，还进一步增强了场景的真实感。水体景观的效果设置也十分关键，通过对清水塘轮廓形状、水面波长、振幅和方向等参数的调节，能够获得更好的水面反射效果，进一步丰富场景的细节表现。植物的合理布置能够为场景增添生机，在选择植物时，不但要考虑其是否能适应湖南长沙的季节特征，还要注意植物的高度、分布方式和密度的合理搭配，以使场景更加丰富多样。此外，场景的氛围和情绪表达在很大程度上取决于灯光的设置。项目采用温和的太阳光作为室外场景的主光源，尝试通过阳光、蓝天和白云营造轻松愉快的体验感受，达到潜移默化感染参观者的目的。旧址的建筑室内大量采用刷有黑漆的木板作为房间隔断，导致室内光照效果较弱，需要有针对性地补光。整体照明效果保持质朴的格调，除了符合实景的光照条件外，更能让人怀着敬畏之心，保持对历史和伟人的尊重。

2.交互设计

从交互设计的角度来看，虚拟现实技术的沉浸性特征能显著提高用户的感知体验。在本项目中，场景和清水塘革命历史故事以多种感官刺激方式进行绑定，如震动反馈、特效和音效等。这些技术手段的运用，既能有效地增强人们游览清水塘故居时的体验，又能与传统的红色景点游览体验形成鲜明对比。例如，在游览过程中，用户可以靠近毛泽东雕像并通过指定特效触发图文语音讲解。此外，在游览清水塘故居时，用户进入大门前即可打开毛泽东与刘少奇在故居内第一次会面的经典影视片段，从而获得特别的游览体验。在游览路线设计方面，本项目采用自由式漫游的方式引导参观者进行场景的开放探索，并且逐步进行科普教育。用户在体验清水塘整体环境风貌、了解场景历史故事时，可以自由选择游览时间、视角和速度，同时可以主动探索其他相关信息[4]。为了增强用户的主观意识和游览体验感，本项目设计了多元素的红色故事交互游戏，例如毛泽东经典诗词记忆和湖湘红色记忆答题挑战。这些游戏可以让用户选择参与自己感兴趣的交互情节，增强游览时的主观感受。引导用户进行开放式探索，并通过游戏等方式增强主观意识和游览体验感，用户能够获得更加深入和个性化的体验，加深对红色文化的了解和认识。

四、结语

本文立足地方红色文化资源，充分意识到数字技术之于红色文化传承与传播的价值。从景观基因理论的视角出发，发挥虚拟现实技术沉浸性、交互性和想象性的优势，以中共湘区委员会旧址数字展馆设计实践为典型案例，验证了红色文化数字展馆设计路径的可行性和可实践性，探索了一种提升红色文化体验感和强化展馆教育功能的展陈空间设计模式。然而，虚拟现实技术仍存在着VR设备普及范围小、数据轻量化处理面临瓶颈等问题，需要进一步改善。若能解决这些问题，虚拟现实技术在红色文化内容创造性转化和拓展传播方式方面将具有更广阔的前景。

参考文献：

[1]刘沛林.家园的景观与基因：传统聚落景观基因图谱的深层解读[M].北京：商务印书馆，2014：6.

[2]詹琳，黄佳，王春，等.基于景观基因理论的红色旅游资源三维数字化呈现：以清水塘毛泽东杨开慧故居为例[J].旅游学刊，2022（7）：54-64.

[3]刘书文.创新+走心 传承红色基因[N].人民日报，2021-04-26（12）.

[4]黄佳，廖健，贺溪，等.基于VR虚拟现实技术的湖湘红色文化遗产保护与活化研究[J].中国高新科技，2021（20）：86-87.

作者简介：

郭奕航，长沙学院学生。研究方向：动画。

黄佳，硕士，长沙学院副教授。研究方向：文化遗产数字化。

莫尚剑，博士，长沙学院讲师。研究方向：数字化设计。

贺溪，长沙学院讲师。研究方向：文化遗产数字化。