范子珍　戴瑞　陳姍姍

關鍵詞：錢塘江詩路文化；虛擬現實；智能設計；展示傳播

一、引言

浙江省繼浙東唐詩之路建設啟動后，已有序啟動其他三條詩路建設，其中就包括錢塘江詩路建設，四條詩路的建設為當地經濟和文化的雙發(fā)展提供了強有力的保障。詩路文化帶是浙江省提出的以“詩”串“文”為主線，由中國古代詩人在作品中稱贊的著名景點和風景名勝組成，承載著先賢古韻的文化帶。錢塘江詩路是四大詩路中最長的一條，以錢塘江-富春江-新安江-蘭江-婺江-衢江為主線，以“風雅錢塘，詩意畫廊”為文化形象，彰顯了詩風雅韻、宋都遺風、西湖印象、潮涌文化、南孔儒學、千年古城等文化內涵，蘊含著豐厚且珍貴的自然物質和精神文化財富[1]。亙古亙今，許許多多的文人騷客流連于秀美壯麗的山河并寫下了不朽的詩篇，而我們可以利用這燦爛輝煌的歷史，通過現今更前沿、更逼真、虛實融合的數字媒體技術設計、制作、展示與傳播詩路文化的系統或應用。例如，可以用虛擬現實技術，將文化內容更為全面、更具趣味性地展示與傳播。其實，自建設詩路文化帶計劃被提出后，研究人員就行動了起來，但他們大多是基于頁面的全景瀏覽[2]、手機APP[3]、Vlog短片[4]或傳統紙媒宣傳等形式，這些形式相較于新型數字媒體技術，普遍存在沉浸感低、真實感低、可交互性差的缺點。新型數字媒體技術中的虛擬現實技術（VR）其實就是計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感[5]。智媒時代，虛擬現實技術已廣泛應用于娛樂、數字博物館、建筑設計、軍事、制造、航空航天專用設備、醫(yī)療保險、室內設計等領域[6]。虛擬現實技術具有交互性（Interaction）、沉浸性（Immersion）和想象性（Imagination）的“3I”特性[7]。這些特性十分適用于錢塘江詩路文化的展示與傳播：深層次的交互感可以幫助用戶跨越時空和形態(tài)界限，體驗和感受詩路文化；深層次的沉浸感可以讓用戶在錢塘江詩路文化旅游中身臨其境，以沉浸式方式進行趣味互動；深層次的構想性可以激發(fā)用戶超越時空的想象與思索，理解山水風光在詩詞文化中的構想及詩詞背后詩人的情感和思想。

二、打造詩路文化風景——場景建模及渲染

（一）詩路風光場景中的建模與渲染

從浙江城市的形成與發(fā)展的分析來看，山水影響了一座城市的形成，就好比杭州的基本形態(tài)大體上定型于南宋時期，南宋時期都城為臨安（現杭州），是經濟、政治以及文化中心。在生活方式、藝術、詩歌和園藝都處在大發(fā)展的南宋時期，被人贊譽“上有天堂下有蘇杭”的杭州吸引了大批文人騷客，他們沉醉于山水，抒寫出眾多山水佳作。我們以錢塘江流域文人墨客留下的詩路足跡為代表性地點進行山水場景搭建，在搭建過程中，地形是不可忽視的重要因素。為了更逼真地向用戶展現錢塘江流域的水文特征和運動現象，需要對錢塘江的主江體和分支、錢塘江詩路文化帶代表性地點的河流、溪流、瀑布等進行仿真制作。對于江河這種大規(guī)模水流仿真的核心算法就是對網格的動態(tài)建模，需要使用3D Navier-Stokes連續(xù)性方程（通稱為Saint-Venant 方程[8]）來解決全面描述河道內水流運動的復雜性。對于陡峭的山間溪流、瀑布等，Saint-Venant非線性方程等難以正確計算仿真的流體，可直接使用Unity3d軟件本身的Particle System進行仿真。

在詩路文化建模和渲染中，需要對錢塘江流域內的地形、水文、土壤等自然風光和建筑、景觀等人文風光進行仿真。為了使VR體驗更具真實感，我們使用3DSMAX軟件中的unity shader（著色器）對場景進行了較多的真實感渲染，包括模擬了表面漫反射和高光反射、鏡面反射、球面反射、投射、次表面散射、各向異性反射、折射、光照探針、夾縫陰影、柔和陰影、屏幕后處理等。其中針對大部分靜止不動的物體如花草樹木、建筑物等使用實時光照渲染會造成成本較大，我們轉而使用光照貼圖（Lightmap）以節(jié)省性能的消耗，從而增加畫面流暢感和合理感。圖3展示了錢塘江詩路文化帶幾個典型的人文場景。

（二）虛擬人物形象設計與交互

在游覽錢塘江詩路時，虛擬人物是必不可少的。系統將虛擬人物按其與游客間交互性的強弱分為三種，由強到弱分別為虛擬導游（詩魂），虛擬詩人和虛擬路人（包括當地的居民）。同時交互性的強弱也決定著臺詞數量和骨骼動畫數量的多少，交互性越強其臺詞數量和骨骼動畫數量也就越多。對于有強交互性的虛擬導游，我們根據浙江詩路文化孕育于吳越時期，發(fā)展于晉唐時期，成熟于宋元時期，繁榮于明清時期這一發(fā)展史，將其按朝代分為晉代詩魂，大唐詩魂，大宋詩魂，元代詩魂等。通過3DSMAX軟件進行建模，蒙皮封套（模型與骨骼的綁定），進行真人配音等操作，讓虛擬人物以更真實、更完美的形象與用戶進行互動。而對于虛擬詩人則設置為詩路文化代表性文人，如王維、李白、白居易、孟浩然、鄭板橋、蘇軾等。對于具有弱交互性的虛擬路人，多用來反映錢塘江流域當地的風土民情，以提高游客在系統中的真實感和沉浸感，如圖4（d）展示了虛擬路人之一的孩童形象。

三、融入實時趣味互動—交互設計

（一）VR空間移動與設備配備

在錢塘江詩路場景中漫游，需要進行空間上的自由移動，因此移動技術是系統進行游覽錢塘江詩路文化帶的基本交互。傳統方式上的移動技術的開發(fā)存在著空間、追蹤、模擬器病、安全性、硬件成本等限制，還有某些技術使用了隱喻，例如瞬移和傳送門，但這些方法可能會破壞用戶的存在感以及體驗感，所以單一的移動技術無法滿足所有的理想設計，我們要根據自身要求來辯證的選擇移動技術。物理步行技術，也就是真人直接通過走路映射在虛擬現實場景，如重定向步行[9]及其擴展方法已經實施，但這些方法需要大量空間和高效跟蹤，而且重定向步行技術會給用戶帶來更高的認知負擔[10]。原地行走使用非常接近自然行走的腿部姿勢，但該技術尚未解決追蹤和沉浸的問題，所以本文著重于開發(fā)一種高效的漫游移動技術，這項技術通過各種VR設備可以滿足用戶以任何姿勢漫游錢塘江詩路，并且有助于增加用戶的空間定向和空間感知能力，保持用戶移動時的存在感，降低用戶的疲勞和模擬器病。

現今主流的VR設備配備的手柄都具有扳機鍵，為了盡可能不降低沉浸感和存在感，且能較好地在大場景中進行移動，系統開發(fā)了一種名為“扳機步行”的移動技術?！鞍鈾C步行”使用了自然行走的概念，即采取步行的方式到達目的地，使用VR手柄的扳機鍵代替了雙腿的物理行走。用戶每只手持握一個VR手柄，手臂以自然的方式放松在身體兩側。每次按下扳步機，用戶的虛擬視點就會向指定的方向移動。如圖5所示，在這個姿勢中，用戶不僅能感到舒適，并且只需要擺動手臂或保持手臂伸展就能使消耗的能量保持最少。同時可以充分調動用戶的視、聽、說、觸（操作手柄）等感觀和動作，將帶給用戶更加真實自然的體驗。

為解決場景之間、空間之間、季節(jié)的變換等因巨大移動而導致沉浸感降低、體驗感缺少的情況，系統設計了一個方案，用戶可以通過按下VR手柄的菜單鍵打開小地圖工具，通過小地圖工具進行瞬間移動傳送，再將手柄尖端投射的射線指向要傳送的地點，按下扳機鍵進行傳送就能實現巨大的移動。

（二）穿越時空互動

穿越時空，回溯歷史，到詩人沉醉的作詩場景與詩人進行模擬式趣味互動，體驗詩路文化的山水特色以及詩文韻味。進入系統，周圍場景會漸漸時光倒流為唐朝、宋朝等古時錢塘江流域詩歌盛行的光輝時期，其中的建筑以及景觀等場景則是根據歷史研究人員和考古人員的研究和探索進行的建模。根據用戶的喜好，系統可提供兩種方案進行選擇，一是完全將虛擬場景覆蓋于現實生活，體驗古人的生活；二是將重建的古代場景以白透明的方式疊加在現代場景之上，從而能夠更好地體會到歷史的滄海桑田，提高用戶對詩詞、對歷史的理解感悟。用戶在建模場景里與古人互動，完成一些指定的觀光體驗任務，親身體驗歷史文化以及詩路文化，這樣便更有利于詩路文化的傳播。指定的觀光任務都是根據文人墨客們在錢塘流域留下的詩詞的基礎上設計，如根據唐代詩人李白的《橫江詞》中的“海神東過惡風回，浪打天門石壁開”；宋代詩人李廊《憶錢塘》中的“一千里色中秋月，十萬軍聲半夜潮”；明代詩人王在晉《望江臺》中的“海闊天空浪若雷，錢塘潮涌自天來”等描寫錢塘江大潮的詩句，系統設計了“震潮聲”，即讓用戶親身體驗錢塘江的洶涌澎湃，體驗到自古以來便被稱為天下奇觀的大潮，去親身感悟詩人為何能寫下如此豪氣的詩句。系統還設計了角色扮演任務，用戶通過角色扮演來演繹歷史故事，讓用戶能夠親身體驗歷史潮流，如百官政治錄，百姓生活錄，朝代時尚錄等，幫助用戶更深刻的領會錢塘江詩路文化史。

（三）虛擬人的互動

在用戶游覽錢塘江詩路時，對于與之具有強交互性的虛擬導游，系統用各種不同的形象如服飾、外貌來表現其不同朝代的特性?！霸娀辍笨梢詫ζ渌诔淖匀伙L景、人文歷史、詩詞等的講解與客戶形成互動。在建模時，由于創(chuàng)建虛擬導游的骨骼動畫較多，所以虛擬導游可以向用戶用更多的肢體動作進行互動，從而增加用戶使用VR進行錢塘江詩路漫游的體驗感和樂趣。同時，虛擬導游還有著對交互操作的講解、尋路路徑的引導帶領、任務的提示等功能。在互動時，為提升娛樂效果、用戶的體驗感和沉浸感以及激勵用戶學習中國詩詞和歷史文化，系統增加了有關錢塘江詩詞的隨機小游戲，如詩詞接龍、“你說我猜”、看圖猜詩等。最后通過系統的智能評定，將獲得高分的用戶予以特定等級稱號，例如：“詩白”“詩神”“詩狂”“詩仙”“詩圣”等。如圖6（a）展示了虛擬人大唐詩魂用唐代孟浩然《宿建德江》的詩句與用戶進行詩詞接龍。

與用戶具有中等交互性的虛擬詩人在用戶游覽錢塘江詩路的旅途中以隨機的方式出現，比如在飲酒對詩，對物吟詩時等場景，虛擬詩人可以與用戶進行跨時空的“偶遇”，增添驚喜感和趣味，同時虛擬詩人也可以隨時發(fā)布任務，讓用戶在完成任務時也能夠收獲到錢塘江詩路沿途美麗風景。如圖6（b）展示了用戶在游覽西湖時偶遇唐代詩人白居易，白居易正在作詩《錢塘江春行》。對于虛擬路人，主要作為當地風土人情展示的背景板和簡單的動作交互、語音交互（如語音給予用戶任務的提示）出現，同時一些特殊路人會提供特殊任務，讓用戶能夠體驗到當地的風俗特色。

四、用戶體驗

團隊對“與詩為友，暢游錢江”系統進行了用戶體驗研究。研究分為兩步，首先，先讓體驗者們體驗VR系統，其次讓體驗者們填寫主觀問卷調查，其中該表又分為五個分值，分值越高，評分越高。我們隨機招募了18名志愿者，經過研究統計后，表明用戶可以較為輕松地使用該漫游方法、穿越時空方法、虛擬人交互的方法，身體疲勞、精神壓力、沮喪或煩惱的程度較低（平均分在1-2分）。而在真實自然程度、有趣程度、印象深刻程度方面上，用戶都給出了較高的評價（平均分大于4分），這表明本文所設計并開發(fā)的系統的場景仿真與交互趣味性方面都取得了較好的效果。此外，用戶不論是否喜歡旅游，在使用完本VR系統后給出的要去錢塘江詩路旅游的意愿普遍在較高的水平（平均分大于4分），這表明該系統可以較好地展示與傳播錢塘江詩路文化，有效激發(fā)用戶實地旅游的興趣。

五、結論

本文運用VR系統對古今錢塘江流域典型的自然風景、江河溪湖等地形以及水文特征，建筑及風土人情，抑或是人物角色、游戲互動等方面進行仿真，并研究了一套適合該系統的漫游策略（同一場景內可使用“扳機步行”，不破壞用戶的沉浸感，在不同場景內使用小地圖傳送技術）。系統設置了豐富的虛擬人交互功能，包括虛擬導游、虛擬詩人、虛擬路人的導覽、詩詞互動、任務觸發(fā)等，在趣味互動中既可以讓用戶體驗到錢塘江詩路文化的風雅和詩意，潛移默化地展示了錢塘江流域詩詞文化，又可以對用戶留下深刻的錢塘江詩路文化的印象，宣傳了城市形象。

（浙江同濟科技職業(yè)學院）