沉浸式VR非遗展厅的研究与实现

李晶莹 苏龙生 李邦浚 梁展铿

摘要：现代社会生活方式和价值观念的改变，使得年轻一代对传统文化的兴趣和认可度降低，导致非遗文化的传承面临困难。文章针对以上问题，提出以“沉浸式VR体验”为主题设计VR非遗展厅平台，包含全景漫游、路径导览、非遗介绍和3D模型展示等功能。该Web平台内嵌3D虚拟空间交互展示，有助于用户多维度、多形式和多层次观览非遗文化宝贵成果，实现非遗文化资源的数字化存储、展示、保护和传承，也为线下传统非遗展览馆提供了一种新兴发展方向与技术参考。

关键词：VR；沉浸式；非遗；虚拟空间

中图分类号：TP391.9  文献标志码：A

0 引言

非遗文化是不同民族、不同地域、不同人文风俗之间层层积累的智慧结晶。而现如今，一方面，由于经济市场的制约和多种现代文化艺术的冲击，传统非遗文化市场逐渐没落［1］。另一方面，教材对其所传授内容不够形象生动，了解渠道较少，导致青少年对非遗文化的自信度与认可度降低，进一步衍生出人才严重流失、非遗文化并没有得到良好的发扬与传承的问题。因此，督促青少年对非遗文化的学习和保护迫在眉睫。

5G时代下，元宇宙在社会上兴起，技术人才用VR、AR和MR相关技术打造仿真模拟平台。此类平台跟其他平台相比，具有真实性、可视性和触感性等优点［2］。故本文针对上述非遗文化所面临的现状和所存在的问题，运用全景相机摄录相关非遗文化场景、器具和技艺等，结合非遗项目本身的材质、色彩、图案等特色元素，通过数字技术手段，将非物质文化遗产融入三维立体模型，再通过Unity3D、720云或Pano2VR等工具构建三维全景环境，包括设计导览索引、全景漫游和人机交互等功能，最后实现多维的沉浸式VR非遗展厅。

1 沉浸式VR非遗展厅的实现基础

1.1 虚拟现实技术

虚拟现实技术利用软硬件设备为用户打造一个与现实隔绝开来的仿真虚拟世界。主要的软件技术有计算机技术、传感器技术和人工智能交互技术等；常用的硬件有手柄、VR眼镜和头盔。该技术主要通过VR相机进行场景采集，结合开发者个性化设计，最终打造仿真多维虚拟环境。该技术具有多维性、交互性和虚拟性等多种特点，为用户提供了视觉、听觉和触觉上的沉浸式体验。

1.2 基于WebGL的图形渲染技术

WebGL是一种在CPU上运行的绘图标准协议。利用诸如Three.js、Cesium.js和Babylon.js等开发框架，用户可以在多种兼容网站上进行2D图像和3D场景渲染，无需插件。该技术通过在图像处理单元中应用着色代码，以高像素在浏览器中显示，能够创建复杂的三维模型、场景和游戏。使用HTML5和JavaScript技术实现加速渲染操作，只需浏览器和文本操作框，大大提高了界面的流畅性。

2 沉浸式VR非遗展厅的系统总体架构

本项目采用网站搭建和数据库技术，以全景漫游为主，建模为辅，构造了一个呈现多样化、层次鲜明化、结构条理化的系统。如图1所示，该系统主要分为5个模块，分别为非遗保护概述、路径导览、非遗介绍、非遗模型展示以及沙盘地图模块。非遗保护概述以文字、图片和视频的形式描述非遗之历史、类别和价值，让用户初步认识非遗文化。路径导览以图标、文字和导览图的形式展现场景信息、路标指引和导览选择。非遗介绍以文字、图片、视频展示英歌舞、潮剧和木偶戏等非遗文化内容。开发者同时用相机提前拍摄非遗物品和场景，根据拍摄内容对其大小、纹理和材质，以建模的方式对非遗模型进行展示。用户可点击具体浏览，促进对非遗文化的进一步认识。该系统通过区域平面图、手绘图和区域卫星图等形式制作沙盘地图来显示全景图的方位和场景关系，实现漫游场景丰富性和可选择性。

3 沉浸式VR非遗展厅的实现

3.1 3D模型展示设计

模型建模主要通过blender实现。本文的3D模型展示空间设计逻辑如图2所示，首先新建文件，shift+A键进行初始化立体图形选择，其次通过各种操作对图形“加工”。常用模式有：物体模式、编辑模式和雕刻模式。操作对象有点、线和面。操作类型有旋转、缩放、变换、填充和抓起等。若想对整个物体进行操作则选择物体模式，若想对点边面进行操作则选择编辑模式或雕刻模式进行相关操作。在建模过程中，工程师还可以在视图右上角选择视图着色方式并选择相应的视角进行查看，完成对模型的着色渲染等操作。至此，一个完整的模型即可成功建成。

虚拟3D模型以js文件作为渲染载体，在文件中使用代码将模型导入虚拟三维空间环境。首先，实例变量声明，进行页面异常检测，如若检测异常，则再次进行变量声明，如若正常，则使用方法进行初始化三维场景（背景颜色、环境光照和相机位置）。值得注意的是，html中的modeIUrl要提前填入模型的路径，否则会导致初始化失败。其次，设置3D模型动画控制。本项目主要进行了旋转放缩、监听鼠标和模型动画等设计，通过代码“renderer.render（scene， camera）;”实现初始化渲染，将设置好的像素比例、画布尺寸和色彩校正渲染呈现出来。最后，通过代码“function setContent（object） {object.updateMatrixWorld（）;}”导入实景环境。

3.2 非遗展厅实景集成

非遗展厅实景主要通过pano2VR集成实现。具体步骤如下：首先照片导入，有上下、左右和前后6个模块，选择自动功能，导入全景相机拍摄的一组照片，即可通过拖动鼠标调整位置和旋转浏览图片［3］。在功能框选择热点导入，在全景图选择位置，双击鼠标添加热点标题，之后导出全景图，可自由选择格式如.jpg或.jpeg，同时图片质量选择100，生成html5源文件。在生成文件之后，点击其index.html模块，相应地进行热点同步导入即可，最后浏览检查相应的热点导入和旋转功能是否齐全。

3.3 交互设计

本项目的交互热点设计多样化，如表1所示，主要有文本、音频、图片、视频、3D物品和超链接。对于全景VR环境而言，针对不同对象文本即会弹出相关的文字介绍；音频即浏览时所到达的位置会播放背景音乐或讲解视频，提高用户的沉浸感；超链接即通过点击可跳转第三方平台网页的链接［4］。对于虚拟VR空间而言，图片即全景展示中真实存在的图片内容；视频即在虚拟空间中所展示的嵌入式播放平面视频；3D物体即其中具体物品可点击跳转式展示的虚拟模型。交互热点的存在使得系统内容更加形象生动，提高了用户的代入感。

3.4 实现跨平台的沉浸式VR非遗展厅

本项目是以网站的成果形式展现，内容包含全景三维空间、虚拟模型3D展示和相关文字介绍等。全景三维空间内置模型展示板块如图3所示，模型则通过.js代码文件导入全景环境，全景三维空间则是导出html5本地项目源文件后配置在网站中。网站开发除了需要前端样式生成，还需要部署服务器，具体步骤如下：安装配置运行环境，本机虚拟环境设置，项目同步服务器，使用端口和IP进行调试。调试无误后把nginx作为反向代理，能够通过域名访问该网站，实现跨平台的沉浸式VR展厅，给用户带来多设备、多平台和多浏览器的友好体验。

4 结语

科学技术日益革新，尤其是VR技术的应用越来越广泛，非遗文化也该迈出新的一步。本文从非遗文化的保护和发扬层面出发，为用户打造一个沉浸式非遗文化展厅。该平台在重现用户三感的情况下拓展了了解非遗文化的渠道，打破旧的传播方式，引领用户向三维网络媒体发展［5］。沉浸式非遗文化展厅搭建了实景环境空间，实现了交互功能，给用户带来了身临其境的浏览与人机交互体验，满足了用户对了解非遗文化的进一步需求［6］。除此之外，本文通过运用多项技术，大大提高了平台非遗内容的观赏性和趣味性。

参考文献

［1］吕红婷.“江永女书”非遗馆虚拟现实展示设计［D］.长沙：长沙理工大学，2021.

［2］张思晗.基于VR技术的可交互非遗视觉体验设计研究［J］.大众文艺，2021（22）：28-29.

［3］苏龙生，曾令锋，古天驰，等.基于Pano2VR的VR校园漫游交互系统研究及实现［J］.科技创新与应用，2023（10）：35-38.

［4］胡戈.基于立体VR技术的非物质文化遗产影像研究与实践［D］.北京：北京邮电大学，2022.

［5］刘彪，顾邦军.基于元宇宙VR的非遗音乐美育系统创意设计研究［J］.苏州科技大学学报（自然科学版），2023（1）：79-84.

［6］张林辛.VR全景技术在社区非遗展览中的应用研究［J］.中国民族博览，2023（11）：65-67.

（编辑 王雪芬）

Research and realization of immersive VR intangible cultural heritage exhibition hall

LI  Jingying， SU  Longsheng， LI  Bangjun， LIANG  Zhankeng

（Foshan University， Jieyang 528200， China）

Abstract：  Changes in lifestyle and values in modern society have reduced the interest and recognition of the younger generation in traditional culture， resulting in difficulties in the inheritance of non-heritage culture. In order to address the above problems， the paper proposes to design a VR non-heritage exhibition hall platform with the theme of “immersive VR experience”， which includes the functions of panoramic roaming， path guiding， introduction of non-heritage and 3D modeling display， etc. The web platform is embedded with 3D virtual space interactive display， which helps users to have a multi-dimensional and interactive display. The Web platform is embedded with 3D virtual space interactive display， which helps users to view the valuable achievements of non-heritage culture in multi-dimension， multi-form and multi-level， realizes the digital storage， display， protection and inheritance of non-heritage cultural resources， and also provides an emerging development direction and technical reference for offline traditional non-heritage exhibition hall.

Key words： VR; immersion; intangible cultural heritage; virtual space