“元宇宙”视野下南通红色文化云展馆的规划与设计_郭熙.pdf

“元宇宙”视野下南通红色文化云展馆的规划与设计郭熙（南通科技职业学院，江苏 南通 226001）【摘要】从元宇宙的技术与艺术特点出发，从全息三维构建的层面探讨南通红色文化、红色资源如何在虚拟三维云展馆里得到更好的展示，主要涉及到无人机倾斜摄影三维构建、3dsmax 根据照片匹配三维构建、3D 扫描仪三维构建等技术。【关键词】元宇宙；红色；云展馆文献标识码：B文章编号：1671-3389（2023）02-66-02一、元宇宙概述元宇宙（Metaverse），是人类运用数字技术构建的、由现实世界映射或超越现实世界、可与现实世界交互的虚拟世界，是具备新型社会体系的数字生活空间。“元宇宙”本身并不是新技术，而是集成了一大批现有技术，包括 5G、云计算、人工智能、虚拟现实、区块链、数字货币、物联网、人机交互等。笔者认为，元宇宙的技术构成主要有以下几个不同层面：第一层，全息三维构建，我们首先要建设出虚拟世界的几何模型并且能在终端设备上加以显示，制造一种沉浸式的用户体验，这个属于元宇宙的最浅层，比如 VR看车，VR 看房就属于这一层面；第二层，全息仿真，要构建出虚拟空间中的动态过程，让虚拟世界无限逼近真实世界；第三层，要做到虚实结合，即要把虚拟世界和真实世界混合在一起，从技术层面讲，就是要构建整个真实世界的高精度三维地图，能在地图中精准定位，从而构建完美的 AR 世界，彻底打破真实与虚拟的界限。红色文化、红色资源目前的主要宣传途径还停留在传统模式上，交互性、体验性、真实感不是特别突出，为了更好地传播南通本地红色文化，我们团队依托 720云元宇宙和云端地球平台设计了元宇宙云展厅，对红色资源进行多角度、多形式地展示。本研究属于 高校师生共建“红色资源三维数字展馆”云平台实践研究（TKY202207）课题的重要组成部分。二、全息三维构建的技术分析1.倾斜摄影合成三维模型倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术,它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限。我们利用无人机对拍摄对象进行多个角度的拍摄，每两张相邻的照片保证一定的重合度，根据经验旁向重叠度 70%以上，航线（纵向）重叠度 80%以上可以确保较好地采集点云数据，方便后期在“云端地球”等软件中合成实景的三维模型，此模型和实景完全一致，所以我们称之为实景模型。2.照片匹配建模这是相对技术难度较小，但是适用面更广的一种三维建模方式。一般可以用 SU 和 3dsmax 两种软件实现。红色遗址如名人故居、战斗遗址、纪念地，只要提供数量足够的照片，就可以在软件中建立起模型，特别是在已经损毁的场所，只要还留存一定数量的照片，能从各角度展示全貌的，就可以匹配建模。这也是我们团队用的最多的技术方法。3.3D 扫描仪建模3D 扫描仪建模主要针对较小的物体，比如云展馆中的枪械、发报机、行军器具等三维展示。3D 扫描仪通过对体积在一定范围内的小型物体，可以 360 度旋转拍摄，然后将采集的点云信息汇总成三维立体图像，人们可以从各个角度进行观察，有较好的临场体验和交互性。4.三种建模方式的对比分析倾斜摄影建模的优势在于可以大场景地进行整体数据采集，如果遇到建筑物比较多的场景，可以相对省力很多；照片匹配建模可以对已经消失但是留有照片影像的场景进行建模，如果有照片设计师不用去现场采集数据，相对来说灵活性更大，不受时间和空间的限制；3D 扫描则是针对较小物体的建模，有明显的优势。它们也各有劣势，有的场景有移动的物体，比如晃动的树叶、行走的人和车，那么倾斜摄影就会受到影响，因为每张拍到的移动物体都不在同一个位置，难以在点云中找到重合的点，如果建筑物之间的间隙过小，或者有高大建筑物遮挡，电线过多，都无法顺利进行无人机倾斜摄影；照片匹配建模需要从特定的角度进行拍摄，正面的照片往往对匹配建模的帮助不是很大，所以以上介绍的建模方式要搭配使用，根据具体情况进行选择。66辽宁丝绸技术应用第 2 期（总 184 期）三、南通红色文化云展馆规划与设计1.云展厅整体规划带领学生大量收集、整理了各类资料后，在虚拟的“南通红色资源三维展览馆”内合理、科学地规划展示形式与内容，以三维数字化展示为主（三维漫游动画、VR 虚拟现实、720 云实景全景、三维扫描实物等），配以图片、语音讲解、纪录片视频、知识问答等多媒体形式，做到“内容详实、层次清楚、分类合理、形式多样、互动丰富”。2.根据红色资源的特点，选用恰当的三维数字化展示形式，真实性、艺术性相结合团队中老师带领学生根据各种红色资源不同的特点，规划相应的三维数字化形式。比如：遗址在现存的残垣断壁的基础上，根据史料信息，搭建虚拟三维场景，能更好反映当时的情况，同时配以战斗号角等音效渲染气氛；重要会议的遗址，在三维空间中适合加上虚拟人物，从而烘托会议氛围。3.“纪念碑”三维数字化展示带领学生调研发现，南通的红色纪念碑大小、形式各异，差别巨大。大、中型纪念碑，如“南通革命烈士纪念碑”，需要用无人机进行“环飞倾斜摄影”来采集三维数据，然后将数十张照片导入“云端地球”网站生成纪念碑三维实景模型；小型纪念碑，用单反地面环绕拍摄后，导入“云端地球”网站生成三维实景模型。4.“故居、遗址”三维数字化展示室外部分如果保留完好，能基本呈现当年面貌，则通过无人机倾斜摄影的建模方式，建立实景三维模型；如果是残垣断壁，没有完好的面貌，则在红外测量的基础上，结合史料，在 3dsmax 中建立三维虚拟场景和虚拟人物，制作 VR 虚拟现实、三维漫游动画。室内部分保留完好的，利用数码单反、全景云台制作可交互的故居、遗址的 720 云全景实景效果，供人们在线无死角体验遗迹遗址；如没能完好保存，则在红外测绘的基础上，根据史料，在 3dsmax 中建立三维虚拟场景和虚拟人物，结合 VR 虚拟现实、三维漫游动画讲好红色故事。5.其他红色文物三维数字化展示根据尺寸选用桌面或手持 3D 扫描仪，生成实物三维数据后，通过“get3D”软件导出三维文件。四、南通红色资源元宇宙云展馆的优势与特色1.新视角以“三维展示”的新视角保护和传播红色资源，填补南通市的研究空白。南通市委宣传部 2022 年发文广泛征集全市范围内的红色资源，并在同年发布了南通红色资源展示的小程序，宣传了南通部分重要的遗址、纪念碑，但是数量上比政府公布的“红色地图”还缺了不少，而且形式上基本是文字和图片，缺少更加全面、直观、生动的“三维数字化”展示。本选题将利用三维数字技术展示更多、更全的红色资源，填补南通市红色资源保护与传播的空白。2.新平台本平台融合多种三维数字化展示形式，与语音、图片、视频等媒体合力讲好红色故事。本课题所要建立的是关于“南通红色资源的三维数字化展示”云平台，是一个未曾有的“新平台”，它融合了“三维漫游动画”、“VR 虚拟现实”、“720 云实景全景”、“三维扫描实物”等多种三维形式，会根据不同红色资源的特点选用合适的表现方式。此外，平台还配以语音、图片、视频等多媒体，从而能够更全面、生动、深入地讲好红色故事。3.新应用将“无人机倾斜摄影建模”和“get3D 软件”等技术创新应用于南通红色资源保护。经调研，未发现使用“无人机倾斜摄影建模”和“get3D 软件”对南通红色资源进行三维数字化保护的案例。“大疆无人机环飞倾斜摄影建模”是用大疆公司2020 年 10 月发布的 Zenmuse P1 机型的新功能，填补了航拍大型倾斜摄影建模的空白，使大型室外遗址、故居的三维数据采集有了技术保障；“get3D”是 2019 年 7月由武汉大势智慧科技有限公司开发的根据照片生成三维模型的软件。五、总结南通红色文化云展馆在学校和政府的支持下，已经初具规模，云展馆大的框架已经搭建完毕，文字、图片、视频资料已经可以在云展馆中查阅，三维设计与规划也在有序的进行，已经完成了 14 处倾斜摄影建模和 25处的照片匹配建模，有效复原了消失的建筑与场景，对200 余件红色文物也已经完成了三维数据采集，并在720 云平台中能查阅到其链接。但是在规划和设计中，也遇到了不少难点有待解决，比如交互性的形式还不够丰富，有待进一步开发；绿幕抠像大学生讲解员放入场景时光影还略显生硬，显得和场景有些格格不入。相信在团队的不断努力下，云展厅经过多次迭代，定会更加完善。基金项目：南通科技职业学院党建暨思政研究课题：高校师生共建“红色资源三维数字展馆”云平台实践研究，课题编号：TKY202207。参考文献1 赵飞乐.数字化背景下红色文化主题展馆设计探究J.戏剧之家.2020（04）：115.67辽宁丝绸技术应用第 2 期（总 184 期）