VR技術紅色文化教育系統設計實現范文

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摘要:紅色革命精神教育意義重大，關系到國家未來一代的健康成長。傳統的紅色教育通常是圍繞理論灌輸教育的基本模式來實施的，教育效果差，容易造成青少年的厭煩心理，不能為他們構建一個合理有效的教育平臺。為此，本文將體驗式學習理論與關鍵vr技術相結合，構建了基于VR的紅色教育互動體驗式培訓系統。結果表明，該平臺可以較好實現紀念館虛擬仿真與交互，豐富了紅色教育的傳播形式，提升了紅色教育效果。

關鍵詞:紅色教育;教育平臺;VR;互動體驗式培訓系統;虛擬仿真

指出，紅色旅游是紅色文化傳承的生動課堂。劉云山在全國紅色旅游工作會上也強調:在紅色旅游中，紅色是基調，文化是靈魂，旅游是載體［1］。2018年3月22日國務院印發了《關于促進全域旅游發展的指導意見》。(下簡稱意見)，《意見》中指出:推動旅游與科技、教育、文化、衛生、體育融合發展。科學利用傳統村落、文物遺跡及博物館、紀念館、美術館、藝術館、世界文化遺產、非物質文化遺產展示館等文化場所開展文化、文物旅游，推動劇場、演藝、游樂、動漫等產業與旅游業融合開展文化體驗旅游［2］。因此，將紅色文化與VR技術相結合，打造VR+紅色文化虛擬交互平臺，并通過VR這種沉浸性、交互性的形式進行傳播，不僅有助于提升紅色文化品牌實力，對拓展紅色文化傳播形式，加強青少年愛國主義教育、紅色革命教育更具現實意義和實踐價值。通過紅色文化教育平臺的制作并同步推向中、小學課堂，讓中、小學生在課堂上，戴上VR眼鏡就能感受革命圣地的歷史文化。另外，還可以結合黨內“兩學一做”開展平臺的VR黨政游學頻道，讓黨政機關及企事業單位的同事們，通過平臺就能學習和感受紅色景點文化。

一、紅色文化教育互動平臺的整體設計

1．工具與方法本研究使用Unity3D作為系統開發工具。采用AutoCAD完成場景平面圖，導入至3Dmax中完成模型制作，賦予材質和燈光，將完成的場景及展品的三維模型導出為FBX文件格式，并導入至Unity3D項目文件中。［3］以C#為腳本語言設計并實現博物館場景虛擬交互系統設計。在本項目中，模型制作以六霍起義紀念館建筑及館內藏品的比例作為建模參考，對部分展品進行仿真再現。通過材質、燈光賦予模擬出現實展品的效果［4］，本項目所使用的VR硬件為HtcVive，我們只需佩戴VR硬件，便可完成對紀念館的虛擬漫游與交互。

2．交互設計平臺場景搭建完成后，賦予相應材質和燈光，導出為Fbx格式，在Unity3D導入Fbx場景文件，并完成相應交互事件設計。本系統平臺的整體設計路線是:首先進入場景為紀念館大門，大門隨即自動打開至全開(大約3秒)，此時可利用HTCVive手柄完成第一人稱視角(攝像機視角)射線瞬移，瞬移至紀念館前廳位置，隨即出現紀念館自定義的文本信息，幾秒過后，文字淡出。此時參觀者可移動至展廳內并通過旋轉即可參觀展廳內墻上的展品。參觀者自主決定在一號展廳內參觀的時間，當參觀完一號展廳，到達一號展廳指定位置，紅色指示箭頭標注指向二號展廳，參觀者此時可利用射線瞬移的方式，直接跳轉至二號展廳，二號展廳內展品的玻璃外框默認閃爍，當移至展柜前指定位置時，展品玻璃外框停止閃爍。此時利用HTCVive右手手柄可抓取展品(也可釋放)。待參觀者將二號展廳內所有展品抓取(交互)完成后(注:參觀者可以重復抓取二號展廳內展品，先后順序由參觀者自主選擇，但須完成所有展品的抓取，才能進入下一邏輯)，攝像機返回至二號展廳指定位置，參觀者可以再次參觀，也可退出平臺。

二、紅色文化教育互動平臺的系統實現

1．虛擬漫游在紀念館館內場景漫游的實現，要運用到SteamVRPlugin組件，并將拖入到assets里，然后從prefabs下將CameraRig拖入。同時在Unity3D中添加名為Movie．cs腳本文件，并將腳本掛載到Main-Camera上，實現場景攝像機隨著HTCVive頭盔控制左右旋轉和前后移動的功能，從而使場景在運行時具有第一人稱視覺觀察的效果。具體的做法分兩步:(1)要實現HTCVive下控制玩家的位置及移動，首先要獲取頭部Y軸方向的轉動，以及頭部在x、z軸方向的移動，并將這個信息賦值給這個腳本綁定的對象身上。(2)移動的方向是依據綁定ChildTransform這個腳本的transform信息。這樣就能實現，頭盔轉動控制移動的方向，手柄中的上、下、左、右控制移動的向前、向左、向右、向后移動。這里需要注意的是，Movie．cs腳本中有3個公共變量:Player:需將［CameraRig］賦值給它。

2．拋物線瞬移為盡可能減少VR硬件佩戴者在行走漫游過程中的不適感，在進行紀念館館外場景的漫游方式設置時，選用了拋物線瞬移的方法(通過點按HTCVive手柄顯示的射線瞬間跳轉至拋物線終點端)，這里需要運用到ViveNavMesh、ParabolicPointer、ViveTele-porter三個組件。ViveNavMesh組件控制Unity的NavMesh系統到可渲染網格的轉換。它還能計算NavMesh的邊界，所以當玩家選擇傳送位置時可以被顯示出來。ParabolicPointer組件生成/顯示一個指示網格并從ViveNavMesh進行采樣。ViveTeleporter組件控制實際傳送機制。TeleportVive和ParabolicPointer組件會自動添加一個BorderRenderer組件。這個組件可生成并渲染出顯示ViveNavMesh邊界的網格和SteamVR游戲區域。接下來需要在Unity中分別配置好對應組件，同時在Unity中烘焙一個導航網格，并通過AreaMask屬性選擇確定哪些區域是可傳送，哪些區域不被傳送。在本平臺漫游中，確定了可傳送路徑為通向一號展廳的路面，其中大門、墻面、樹、植被等都設置了碰撞器，皆不可被傳送。

3．實現抓取在平臺應用中，要實現在二號展廳中對玻璃展柜中展品利用手柄抓取物品的交互設計效果，同樣需要使用到SteamVRPlugin這個組件，將CameraRig對象拖至該組件中，以便獲得HeadLeft和Right，創建Grab．cs腳本，將代碼掛載至此組件上，找到Left和選項下可以選擇物體，即實現扣動HTCVive手柄扳機可拿起物體，放下扳機鍵物體墜落效果。在本系統中，手柄抓取動作是否精準是系統能否實現的關鍵技術，所以，如何精準判斷碰撞體的位置是手柄抓取的條件，在程序運行中加入了相對比較成熟的模糊算法，可以幫助手柄精準拾取Object。具體做法是，根據HTCVive實時位置(Unity3D與HTCVive無縫連接，并根據佩戴者所處位置計算為機器賦值參數)，本研究以此位置參數作為監聽事件依據，來完成邏輯的連接。具體流程如下(見圖5－圖6):進入虛擬紀念館前廳，前廳大門打開，紀念館前牌匾上隨即出現紀念館文字介紹(文字與人聲同時出現):“六霍起義是以六安、霍山為中心區域，以農民暴動為主體與民團兵變相結合的一系列武裝起義的總稱。這次起義創建了紅三十二師和皖西革命根據地，為鄂豫皖革命根據地的統一和發展打下了基礎。”幾秒過后，文字淡出。這里具體的邏輯安排是:(1)首先確定人物(攝像機)與前廳大門產生碰撞，如果碰撞，大門打開;(2)當大門打開，觸發牌匾紀念館文字介紹顯示;(3)文字顯示一定時間后淡出。具體流程如圖7。

4．展柜閃爍為了引發參觀者的注意，在平臺中將二號展廳中所有展品的玻璃展柜均設置了閃爍效果，當參觀者進入場景后，玻璃外框默認開始閃爍。當人物移動至展品展示柜前想要參觀該展品時，可利用HTCVive手柄拾取展品，當展品被拾取時，玻璃展示柜外框停止閃爍。這里創建了Playermoves．cs和flicker．cs兩個腳本。具體思路是當參觀者(攝像機)位置到達二號展廳指定位置，所有展品的玻璃外框都在閃爍，這時，參觀者可走近任一展柜前，利用HTCVive手柄拾取展品，當展品被拾取，玻璃展柜停止閃爍，再次扣動扳機并釋放展品，展品脫落并復位。具體設計流程如圖9。“flicker”的系統代碼掛載在玻璃外框上，其效果是當玻璃外框開始閃爍，那么其閃爍的頻率為每幀閃爍一次，其具體過程是:1)首先確保將上一個腳本“Playermoves．cs”掛載到攝像機上，開始運行后，代碼在固定時間內循環執行，用于記錄攝像機的位置，當攝像機位置數值在確定數值范圍內，那么可產生碰撞并觸發下一邏輯。2)將“flicker．cs”腳本掛載到玻璃外框上，當前一邏輯運行正常即可觸發本邏輯運行，如果前一邏輯無法運行，將不會觸發本邏輯。效果如圖10。本文主要研究基于Unity3D的紅色旅游紀念館仿真設計與應用，通過三維軟件再現了紅色紀念館的模型及空間布局，并以動作、特效、語音的行為平臺增加了虛擬展覽的交互性，完成了虛擬紀念館展示及交互平臺設計。在本設計中，當HTCVive釋放物體后，如何實現更為逼真的物體墜落的效果，是一個難題，目前可用的比較常見的方法有兩種:一是使用VRTK插件;另一種是利用Unity自帶重力通過設置剛體，但是，實驗效果都不太理想。因此，如何使獲得更為真實的物體墜落的效果，這對編程有一定難度，是筆者今后需要進一步研究的問題。

參考文獻:

［3］李春曉，等．基于Unity3D的中國古代農耕虛擬場景智能展示平臺［J］．農業工程學報，2017，(2):308～314．

［4］郭丹．服裝博物館虛擬展示系統平臺研究［D］．北京:北京服裝學院，2016．

作者：王愛軍 李中永 顏世波 單位：安徽國防科技職業學院