郭奕航 黃佳 莫尚劍 賀溪

摘 要：依據(jù)景觀基因理論和數(shù)字技術(shù)對紅色文化數(shù)字展館的設(shè)計路徑進行探索，在科學識別和充分挖掘紅色文化景觀基因特征的基礎(chǔ)上，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)沉浸性、交互性以及想象性的優(yōu)勢。通過湖南長沙中共湘區(qū)委員會舊址的數(shù)字展館設(shè)計實踐，檢驗設(shè)計路徑對提升紅色文化體驗感和強化展館教育功能的成效，以期為紅色文化的保護利用、紅色文化的傳承弘揚提供新思路。

關(guān)鍵詞：景觀基因；紅色文化；數(shù)字展館設(shè)計

基金項目：本文系長沙學院大學生科技創(chuàng)新項目“湘村文化基因挖掘與數(shù)字博物館設(shè)計研究——以湘江古鎮(zhèn)群為例”、湖南省教育廳資助科研項目“景觀基因理論視角下‘文夕大火前長沙歷史城區(qū)數(shù)字化修復研究”（21B0765）、長沙市重大科技專項項目“長沙段湘江古鎮(zhèn)群數(shù)字化重建技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)虛擬旅游的產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)”（kq2011002）的研究成果。

紅色文化數(shù)字展館是重要的紅色教育開展平臺之一，其設(shè)計理念與常規(guī)的博物館和文化館存在顯著差異，其設(shè)計需要強調(diào)紅色主題展覽的教育價值與傳承意義。

一、景觀基因相關(guān)概述

（一）景觀基因

景觀基因可以理解為一處景觀所特有的、區(qū)別于其他景觀的內(nèi)在文化因子，是景觀“遺傳”的基本單位，即某種代代傳承的、區(qū)別于其他景觀的因子[1]。作為景觀的組成元素和文化載體，通過識別、提取、分析等過程，景觀基因適用于對文化景觀進行深層次的剖析，且可以利用數(shù)字技術(shù)構(gòu)建三維模型景觀基因庫，將理論與設(shè)計實踐緊密結(jié)合，同時助力文化的傳播與傳承。

（二）湖南紅色文化景觀基因

基于景觀基因理論，從空間布局、綜合環(huán)境、文化特征三個層面對紅色文化進行分類，建立景觀基因的識別體系，例如地理位置和地域單元屬于空間布局類、地形地貌和水文條件屬于綜合環(huán)境類。文化特征是該體系的關(guān)鍵，主要包括紅色文化特征與地域文化特征。地域文化特征涵蓋歷史沿革、風貌習俗、民間藝術(shù)等。紅色文化特征一方面有紅色革命人物、紅色建筑及景觀、紅色文物等，另一方面包括紅色故事、革命精神、革命傳統(tǒng)等（表1）。依據(jù)個體屬性特征的差異，建立類別標準、細化的指標體系，在此基礎(chǔ)上通過修繕革命舊址、再現(xiàn)紅色場景、講好紅色故事等方法，將紅色文化景觀基因融入數(shù)字展館設(shè)計中[2]。

二、湖南紅色文化數(shù)字展館設(shè)計所需技術(shù)及設(shè)計流程

（一）所需技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸性、交互性與想象性的特質(zhì)，通過增強沉浸感、融入交互設(shè)計和虛擬場景設(shè)計，可使展館中的數(shù)字展品變得真切和生動，使參觀的用戶有仿佛穿越時空的體驗感，從而更好地鑒賞紅色文物、認識紅色人物、品讀紅色故事。紅色文化數(shù)字展館能營造出逼真的自然環(huán)境和歷史環(huán)境，讓參觀者在感受紅色文化魅力的同時，獲取高于藝術(shù)欣賞且更具深度的情感認同，從而獲得愉悅的視聽感受。參觀者沉浸在三維虛擬空間中，通過操控VR頭盔和手柄來獲取視覺、聽覺、觸覺等在場感受。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還能以虛實相生的形式對歷史場景進行擬真化呈現(xiàn)，并在體驗內(nèi)容中設(shè)置交互式的視頻圖文介紹或互動游戲，演繹紅色歷史文化，解碼紅色遺產(chǎn)背后的精神密碼，營造真實的在場感受，促使參觀者接受深度的紅色文化熏陶。通過人機交互的形式與虛擬環(huán)境中的人物、展品交流，參觀者能獲取所需的知識與信息。

（二）設(shè)計流程

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的紅色文化數(shù)字展館設(shè)計流程分為三個階段：一是針對設(shè)計場地的景觀基因數(shù)據(jù)開展信息采集，二是構(gòu)建虛擬場館的空間信息體系，三是對模型進行輕量化處理。紅色文化所在地的景觀基因數(shù)據(jù)包括紅色遺址、紅色文物、文化特征、地理特征等，可通過實地走訪、文獻查閱、專人訪談等方式搜集。這些數(shù)據(jù)既是年輕人開展黨史、國史、改革開放史、社會主義發(fā)展史學習的寶貴資源，也為后續(xù)設(shè)計實踐提供了科學依據(jù)和設(shè)計內(nèi)容，是區(qū)別不同紅色文化數(shù)字展館的典型代表特征[3]。

例如，紅色遺址的空間信息數(shù)據(jù)包括整體高度信息、空間深度信息和表面紋理信息等。不同類型、不同精度的空間數(shù)據(jù)需采用不同的采集方法，如使用無人機傾斜攝影、多角度感應等技術(shù)獲取對象的高精度整體環(huán)境，有效可靠地記錄三維空間數(shù)據(jù)；使用三維激光掃描技術(shù)，能記錄地面建筑、雕像的空間關(guān)系和結(jié)構(gòu)形態(tài)。采集到的點云數(shù)據(jù)需根據(jù)對象特征進行優(yōu)化處理，突出并增強識別度，方便后續(xù)完成模型的三維重建。通過點云數(shù)據(jù)得出的三維模型網(wǎng)格面數(shù)往往達到千萬級別，不利于互聯(lián)網(wǎng)傳輸，因而需要對模型采取拓撲、多細節(jié)層次優(yōu)化處理，直到保留豐富的模型特征，且每秒運行幀數(shù)不低于60。

三、湖南紅色文化數(shù)字展館的設(shè)計內(nèi)容

本文以中共湘區(qū)委員會舊址（以下簡稱舊址）為研究對象開展設(shè)計實踐，其數(shù)字展館的設(shè)計按照“數(shù)據(jù)采集—數(shù)字化建?！S模型優(yōu)化—交互設(shè)計”的路徑實施，完成舊址紅色文化資源的數(shù)字化重建與展示。

（一）虛擬場景建構(gòu)

1.景觀基因挖掘與提取

構(gòu)建紅色文化數(shù)字展館，首先要對舊址的景觀基因進行挖掘和提取，尤其是紅色文化特征。對相關(guān)歷史文獻資料與實地情況展開比對和測量，對收集的數(shù)據(jù)進行分類并建立指標體系，構(gòu)建舊址的紅色文化數(shù)據(jù)庫。其次，挖掘故居的空間布局和綜合環(huán)境信息。故居為具有典型南方風格的二進三開間傳統(tǒng)長沙民居，院前的水渠與清水塘相連，水塘后方廣場上建有毛澤東雕像?，F(xiàn)場實景數(shù)據(jù)采集關(guān)注舊址的空間和紋理特征，采用南方測繪自主研發(fā)的智航SF700A無人機從70米高度對舊址及周邊關(guān)聯(lián)區(qū)域進行正射影像采集，獲取空間布局、地形高差等數(shù)據(jù)。受樹木遮擋等因素影響，需補充部分區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，而該類數(shù)據(jù)的采集依靠可穿戴式三維移動掃描設(shè)備VLX完成。將空中和地面的點云數(shù)據(jù)合并，最終大幅提升三維模型的細節(jié)與精度。

2.模型重建

數(shù)字展館中的模型通常分為整體區(qū)域模型、特定建筑模型和特殊對象模型三個類別，其模型的數(shù)字化重建亦有所區(qū)別。對舊址及其周邊約4萬平方米的區(qū)域進行三維模型重建，主要依靠無人機傾斜攝影與空三解算技術(shù)；對中心廣場雕像的還原，則需要無人機和單反相機聯(lián)合作業(yè)，對雕像進行360度環(huán)繞拍攝。對獲取到的9 000多張高清正射影像進行解算，得到的模型網(wǎng)格面數(shù)卻高達2 000多萬，因此必須對模型進行網(wǎng)格優(yōu)化，在保留模型特征的同時，盡可能減少網(wǎng)格面數(shù)，減少場景資源消耗。對于標識性強且被樹木遮擋的對象，例如清水塘石碑，最好通過激光掃描來獲取。通過三維激光掃描儀獲取的石碑模型數(shù)據(jù)十分精確，能反映物體表面的細微起伏與紋理變化，但其受地面環(huán)境的干擾較大，解算時需先刪除無關(guān)噪點，抽稀環(huán)境點云數(shù)據(jù)，并對離散點云進行清除，以實現(xiàn)模型精確生成。依據(jù)采集的三視圖、外部特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對故居的三維模型進行細節(jié)修正。此外，建筑外墻、室內(nèi)木制隔斷和石墩等對象的表面紋理需要單獨采集、修正，并賦予模型，以保證模型的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)與實景高度一致。

3.模型優(yōu)化

為了獲得更加流暢的用戶體驗，通常需要針對三維場景模型進行多細節(jié)層次（LOD）優(yōu)化處理。場景中優(yōu)化后的清水塘石碑模型，網(wǎng)格數(shù)從近500萬降至4萬多，但仍可能會耗費系統(tǒng)運行資源。為了合理分配場景資源，設(shè)計團隊對其實施了四個級別的LOD優(yōu)化處理。其中，LOD0的面數(shù)為41 425，LOD1的面數(shù)為9 617，LOD2的面數(shù)為1 029，LOD3的面數(shù)為124。石碑在畫面屏幕中的顯示面積小，模型就會被自動替換為低網(wǎng)格模型，其占用的系統(tǒng)內(nèi)存也會大幅釋放，從而提高用戶體驗。針對其他模型，采取LOD自動生成與手動設(shè)置相結(jié)合的方式來調(diào)整網(wǎng)格數(shù)量。對于花草樹木這類沒有特定標準的模型，可使用屬性矩陣批量調(diào)節(jié)LOD，以減輕場景的資源負載。亦可提前設(shè)計好模型貼圖，因為同類模型貼圖的重復利用也可以減輕場景計算壓力。此外，燈光、材質(zhì)的優(yōu)化對于場景高幀率運行也十分關(guān)鍵，將同一環(huán)境的多處燈光合并可以有效減少數(shù)據(jù)消耗。在設(shè)計實踐中，通過對場景中的模型、貼圖、燈光等方面進行優(yōu)化，數(shù)據(jù)消耗降低了30％，幀率顯示從21提升至62。

（二）場景體驗設(shè)計

1.仿真設(shè)計

虛擬空間的仿真效果會直接影響參觀者的參與意愿。在場景的設(shè)計與制作過程中，細節(jié)的呈現(xiàn)至關(guān)重要。寫實風格的作品更能吸引人們的注意力。在地形編輯環(huán)節(jié)，創(chuàng)作團隊使用雕刻筆刷，根據(jù)舊址的空間深度和地面高差數(shù)據(jù)進行精細修正，以營造更真實的場景效果。這一操作不僅解決了無人機采集盲區(qū)造成的模型破損問題，還進一步增強了場景的真實感。水體景觀的效果設(shè)置也十分關(guān)鍵，通過對清水塘輪廓形狀、水面波長、振幅和方向等參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠獲得更好的水面反射效果，進一步豐富場景的細節(jié)表現(xiàn)。植物的合理布置能夠為場景增添生機，在選擇植物時，不但要考慮其是否能適應湖南長沙的季節(jié)特征，還要注意植物的高度、分布方式和密度的合理搭配，以使場景更加豐富多樣。此外，場景的氛圍和情緒表達在很大程度上取決于燈光的設(shè)置。項目采用溫和的太陽光作為室外場景的主光源，嘗試通過陽光、藍天和白云營造輕松愉快的體驗感受，達到潛移默化感染參觀者的目的。舊址的建筑室內(nèi)大量采用刷有黑漆的木板作為房間隔斷，導致室內(nèi)光照效果較弱，需要有針對性地補光。整體照明效果保持質(zhì)樸的格調(diào)，除了符合實景的光照條件外，更能讓人懷著敬畏之心，保持對歷史和偉人的尊重。

2.交互設(shè)計

從交互設(shè)計的角度來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸性特征能顯著提高用戶的感知體驗。在本項目中，場景和清水塘革命歷史故事以多種感官刺激方式進行綁定，如震動反饋、特效和音效等。這些技術(shù)手段的運用，既能有效地增強人們游覽清水塘故居時的體驗，又能與傳統(tǒng)的紅色景點游覽體驗形成鮮明對比。例如，在游覽過程中，用戶可以靠近毛澤東雕像并通過指定特效觸發(fā)圖文語音講解。此外，在游覽清水塘故居時，用戶進入大門前即可打開毛澤東與劉少奇在故居內(nèi)第一次會面的經(jīng)典影視片段，從而獲得特別的游覽體驗。在游覽路線設(shè)計方面，本項目采用自由式漫游的方式引導參觀者進行場景的開放探索，并且逐步進行科普教育。用戶在體驗清水塘整體環(huán)境風貌、了解場景歷史故事時，可以自由選擇游覽時間、視角和速度，同時可以主動探索其他相關(guān)信息[4]。為了增強用戶的主觀意識和游覽體驗感，本項目設(shè)計了多元素的紅色故事交互游戲，例如毛澤東經(jīng)典詩詞記憶和湖湘紅色記憶答題挑戰(zhàn)。這些游戲可以讓用戶選擇參與自己感興趣的交互情節(jié)，增強游覽時的主觀感受。引導用戶進行開放式探索，并通過游戲等方式增強主觀意識和游覽體驗感，用戶能夠獲得更加深入和個性化的體驗，加深對紅色文化的了解和認識。

四、結(jié)語

本文立足地方紅色文化資源，充分意識到數(shù)字技術(shù)之于紅色文化傳承與傳播的價值。從景觀基因理論的視角出發(fā)，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)沉浸性、交互性和想象性的優(yōu)勢，以中共湘區(qū)委員會舊址數(shù)字展館設(shè)計實踐為典型案例，驗證了紅色文化數(shù)字展館設(shè)計路徑的可行性和可實踐性，探索了一種提升紅色文化體驗感和強化展館教育功能的展陳空間設(shè)計模式。然而，虛擬現(xiàn)實技術(shù)仍存在著VR設(shè)備普及范圍小、數(shù)據(jù)輕量化處理面臨瓶頸等問題，需要進一步改善。若能解決這些問題，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在紅色文化內(nèi)容創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化和拓展傳播方式方面將具有更廣闊的前景。

參考文獻：

[1]劉沛林.家園的景觀與基因：傳統(tǒng)聚落景觀基因圖譜的深層解讀[M].北京：商務(wù)印書館，2014：6.

[2]詹琳，黃佳，王春，等.基于景觀基因理論的紅色旅游資源三維數(shù)字化呈現(xiàn)：以清水塘毛澤東楊開慧故居為例[J].旅游學刊，2022（7）：54-64.

[3]劉書文.創(chuàng)新+走心 傳承紅色基因[N].人民日報，2021-04-26（12）.

[4]黃佳，廖健，賀溪，等.基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的湖湘紅色文化遺產(chǎn)保護與活化研究[J].中國高新科技，2021（20）：86-87.

作者簡介：

郭奕航，長沙學院學生。研究方向：動畫。

黃佳，碩士，長沙學院副教授。研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化。

莫尚劍，博士，長沙學院講師。研究方向：數(shù)字化設(shè)計。

賀溪，長沙學院講師。研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化。