题目基于Unity的木雕《文木》虚拟交互场景一、项目介绍摘 要以木雕非物质文化遗产的数字化保护和传播为研究背景针对传统木雕展示形式单一、受众体验被动、工艺细节难于直观表现等状况利用Unity3D引擎创建并实现一个木雕虚拟交互场景系统。系统用分层模块化的方式来设计架构分成三个层次表示层、业务逻辑层和数据资源层自由漫游、展品互动、工艺演示和辅助讲解这四个主要的功能都有实现。用户用第一人称视角在虚拟展厅里自由走动用鼠标和键盘控制视角和移动可以点击查看木雕展品的详细信息并放大观察雕刻纹理还可以观看选材、粗胚雕刻、细部雕琢、打磨抛光等工艺流程的动画演示并且可以自主控制播放进度。系统还具有图文、语音讲解、场景导航功能使用户更好的认识木雕文化。该系统可以在普通的计算机上自由地运行操作简单便于部署具有很强的可扩展性给木雕非遗文化数字化保护和传播提供了一种可能的技术途径也给其他的非遗项目虚拟展示系统创建提供了一个可以参照的范例。关键词木雕非物质文化遗产Unity3D虚拟交互数字化保护本课题使用多种研究方法相结合的技术路线来保证项目开发的科学性、有效性。文献研究法属于本课题的基础研究方法经由中国知网、百度学术、学校图书馆等诸多地方的有关论文、资料以及教程进行搜集整理全面查阅了非遗数字化展示、Unity开发、虚拟交互场景的设计三维建模等领域里的研究成果及技术方案从而为后续的开发工作打下了良好的理论根基。通过对已有的研究成果进行分析、归纳确定本课题的研究定位和突破方向防止重复劳动、走弯路。需求分析法属于本课题的主要研究方法。在系统开发之前应该考虑目标用户的特征以及使用需求。本系统目标用户主要为普通参观者、非遗爱好者、学生等不同用户对于系统的期望以及使用习惯也存在着差别。根据需求分析可知系统应具有的功能模块、交互方式、界面风格等从而保证最后的产品能满足用户的实际需要。同时对系统性能指标做量化分析给技术选型以及改进方向提供依据。此方法可以很好地控制开发过程中的方向性偏移从而提高开发的效率。实验开发法为本课题的主要研究方法。方案确定后用Unity引擎对场景进行搭建、功能实现用边开发边测试的迭代方法发现并修改问题。按照模块化的思路开展开发工作先将系统分隔成场景搭建模块、角色控制模块、交互功能模块以及数据管理模块等各个相对独立的部分然后分别对各个模块进行开发与调试在整合并完成联调测试之后再将各个模块合并起来共同实现整个系统的功能需求。该种开发模式可以减小系统复杂度利于问题查找和解决。另外不断地进行测试、优化来提高系统的稳定性、用户体验。本课题主要研究的是以Unity引擎为平台的木雕非遗虚拟交互场景。从文化研究的角度来看要对木雕非遗文化做系统性的资料搜集与整理工作即搜集和整理出木雕的产生背景、艺术风格、地方流派、代表作、制作过程等有关知识。这些建立在系统之上、赋予系统以生命的精神和文化内核就成为文化内容核心所在在虚拟的舞台里才能得以真实准确的表达出来。同时还要对典型的木雕作品加以选择挑选出可以用于三维建模以及交互式展现的代表性作品然后就每一幅作品分别制订图文叙述以及语音解说的内容和声音素材。从技术上来说本文的研究内容分为虚拟场景的创建以及交互功能的开发两大部分。场景搭建环节要规划虚拟展厅的位置布置规划好参观路线制作或者收集木雕模型、场景贴图、灯光材质、天空盒等资源创建出逼真的三维环境。同时需要做好碰撞体的设置以及光照烘焙工作使用户在漫游时不会出现穿墙等状况场景光影效果也应是真实的自然效果。交互功能开发主要是要实现第一人称角色控制和自由漫游、木雕展品的查看、放大、雕刻工艺流程的演示、图文语音讲解同时播放、场景导航、提示引导等功能。本课题在优化与测试上要对系统做全方位的性能改进以及功能检验。优化工作有模型减面以减少渲染负担纹理压缩以降低内存占用渲染设置的调整来提高帧率等保证系统的正常运行需要在普通的计算机上进行。测试工作分为单元测试检验各个功能模块是否正确、集成测试检验模块之间协同工作的能力、性能测试检验系统运行效率、用户体验测试收集用户反馈意见。经过不断的测试、改进来提高系统的稳定性以及用户满意程度最终实现功能齐全、运行顺畅、用户体验好的虚拟交互系统。二、文档介绍三、项目截图结 论本课题是以Unity3D为开发平台设计制作出木雕非物质文化遗产虚拟交互场景系统的课题。采用分层模块化的方式搭建虚拟展厅用第三人称角色控制、展品点击互动、木雕工艺模拟、音视频播放、小地图导航、定点传送等功能实现主要功能。从技术上来说射线检测可以实现展品信息弹出以及细节放大使用顶点偏移法做木雕切削的实时网格形变反馈异步加载光照烘焙来提高性能。经过测试发现系统功能完备运行顺畅在普通配置的电脑上可以达到30fps以上的帧率很好地完成了木雕非遗文化沉浸式展示及互动体验的任务。本系统在非遗文化传播上最大的亮点就是用雕刻模拟的形式把木雕工艺流程展示出来从原来被动观看变成现在的主动参与大大提高了非遗文化的传播深度。利用顶点偏移法来完成网格的形变保持了视觉的真实感但是减小了计算的开销在普通的设备上可以流畅运行雕刻模拟。系统具有轻量化的特点不需要昂贵的硬件就可以使用降低了非遗数字化推广的门槛。系统还存在不足之处木雕工艺模块的形变算法与物理仿真相比还存在差距展品数量较少不能包含更多的木雕流派只能在PC平台上使用。未来发展方向有改进形变算法提高切削的真实感、不断扩展展品种类、移动端适配增加用户覆盖面等。本系统给木雕非遗数字化保护赋予了可行方案而且可以给其他类似的非遗项目虚拟交互系统的创建给予参照借鉴。