基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的茶文化展示

蔣 寧，祝曉東

（寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與智能工程學(xué)院，浙江寧波 315110）

過去人們?nèi)绻肓私獠栉幕R(shí)，只能通過查閱書籍或者通過互聯(lián)網(wǎng)查找相關(guān)資料來學(xué)習(xí)茶文化知識(shí)，但是這種通過傳統(tǒng)方式了解和學(xué)習(xí)茶文化的方式其缺點(diǎn)就是不直觀，不生動(dòng)，并且現(xiàn)在有關(guān)介紹茶文化為主題的展覽館在國內(nèi)各個(gè)城市里也并不普及，而通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以茶館為主場景，通過場景漫游、與茶文化元素進(jìn)行交互來展示茶文化的博大精深，采用這種方式可以極大提高參觀者的學(xué)習(xí)興趣和互動(dòng)性，進(jìn)一步促進(jìn)了茶文化的推廣和普及。

1 茶文化的普及意義

眾所周知，茶文化在中國擁有非常悠久的發(fā)展歷史，它是中國的傳統(tǒng)文化之一，作為茶飲活動(dòng)過程中形成的文化特征，茶文化包括茶道、茶德、茶聯(lián)、茶書、茶精神、茶具、茶畫、茶學(xué)、茶藝、茶故事以及茶精神[1]。茶文化的內(nèi)涵作為不可或缺的中國文化的內(nèi)涵的一種表現(xiàn)形式。其主要是通過沏茶、賞茶、聞茶、飲茶、品茶等習(xí)慣和中華的文化內(nèi)涵和禮儀相結(jié)合形成的一種具有鮮明中國文化特征的一種文化現(xiàn)象，因此茶文化從古至今對中華民族的日常生活具有不可替代的作用。隨著現(xiàn)代社會(huì)人們?nèi)粘Ｉ畹墓?jié)奏不斷加快，消費(fèi)水平不斷增強(qiáng)，生活方式發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，人們逐漸意識(shí)到了茶葉在日常生活中的不可忽視的保健養(yǎng)生作用[2]。因此，茶文化的推廣及普及有助于增強(qiáng)廣大人民群眾的身心健康，同時(shí)也有利于社會(huì)的和諧發(fā)展。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）屬于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一個(gè)重要分支，它是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有很強(qiáng)的沉浸感以及代入感，讓用戶如同身歷其境一般，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域[3]，通常虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要經(jīng)過以下三個(gè)步驟：首先是三維建模階段，就是將欲通過VR技術(shù)展示的事物以三維模型的形態(tài)體現(xiàn)，這樣就顯得很逼真；其次就是通過編寫腳本代碼來實(shí)現(xiàn)用戶與場景的交互功能；最后就是將這兩個(gè)階段進(jìn)行整合，最終形成完整的虛擬現(xiàn)實(shí)場景及交互效果。用到的軟件主要包括四類工具軟件，分別是場景建模軟件，其代表工具是3ds Max；人物建模軟件，其代表工具是Zbrush；腳本開發(fā)軟件，其代表工具是Unity3D引擎，采用的開發(fā)語言以C#為主，數(shù)據(jù)通過XML文件存儲(chǔ)。

3 茶文化VR展示的設(shè)計(jì)

茶文化VR展示系統(tǒng)由VR展示系統(tǒng)平臺(tái)、獨(dú)立的茶館場景信息以及交互設(shè)計(jì)信息三大大部分所組成。

3.1 系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)框架

平臺(tái)設(shè)計(jì)框架提供茶館漫游中各個(gè)細(xì)節(jié)的功能實(shí)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)接口的具體實(shí)現(xiàn)，如打開茶具、茶葉的揀選、讀取系統(tǒng)配置信息等。而數(shù)據(jù)接口則實(shí)現(xiàn)與虛擬茶館場景數(shù)據(jù)信息及系統(tǒng)配置信息的讀寫功能，包括將茶館場景加載到系統(tǒng)當(dāng)中、加載茶葉操作任務(wù)數(shù)據(jù)、操作任務(wù)角色數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)采用外部存儲(chǔ)的形式，包括場景數(shù)據(jù)、任務(wù)數(shù)據(jù)、界面數(shù)據(jù)、角色數(shù)據(jù)、觸發(fā)數(shù)據(jù)和動(dòng)作數(shù)據(jù)等，且系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)均采用XML和數(shù)據(jù)庫兩種方式進(jìn)行保存。XML是可擴(kuò)展標(biāo)記語言，用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)及層次性的標(biāo)記語言，適合用來標(biāo)記數(shù)據(jù)，定義數(shù)據(jù)類型，是一種允許用戶自行定義的源語言，數(shù)據(jù)庫則采用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)模型數(shù)據(jù)。

3.2 場景信息設(shè)計(jì)

茶館場景信息包括了茶館場景模型信息、茶館中的所有交互體驗(yàn)倒茶信息和所有的任務(wù)角色信息。場景信息允許實(shí)時(shí)更新，通常系統(tǒng)更新都是發(fā)生在虛擬茶館的場景包文件中，如茶館場景的變化、交互體驗(yàn)倒茶、茶葉的揀選內(nèi)容的調(diào)整或任務(wù)角色的添加刪除等，這種情況下，通過場景信息設(shè)計(jì)便可以在不影響系統(tǒng)平臺(tái)的前提下，進(jìn)行茶館場景包文件的修改。

3.3 交互操作設(shè)計(jì)

交互方面的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)為人機(jī)交互和系統(tǒng)間交互，人機(jī)交互通過平臺(tái)中的UI設(shè)計(jì)模塊、觸發(fā)設(shè)計(jì)模塊可以很方便的設(shè)計(jì)出各種空間觸發(fā)和圖形用戶界面，從而為茶文化VR平臺(tái)的人機(jī)交互提供了實(shí)現(xiàn)的依據(jù)。本平臺(tái)的交互設(shè)計(jì)支持HTC VIVE設(shè)備等多種交互設(shè)備。而系統(tǒng)間的交互設(shè)計(jì)則體現(xiàn)為數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換的模式，本系統(tǒng)利用繼承自“標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言”的XML語言作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，也為本系統(tǒng)與其他主流系統(tǒng)的通信提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[4]。通信方式上主要采用異步通信來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進(jìn)行交互。其特點(diǎn)是通過主從的關(guān)系進(jìn)行接口數(shù)據(jù)的查詢，其中發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)稱為主動(dòng)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，也即將接口數(shù)據(jù)保存到專門為兩系統(tǒng)交互開辟的存儲(chǔ)空間，接收數(shù)據(jù)的系統(tǒng)稱為從屬系統(tǒng)，接收從主動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)[5]。

4 茶文化VR展示的實(shí)現(xiàn)

4.1 功能概述

系統(tǒng)平臺(tái)功能框架是茶文化VR平臺(tái)系統(tǒng)的功能核心，所有茶館漫游以及交互的操作細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)均由系統(tǒng)平臺(tái)完成，而系統(tǒng)平臺(tái)所需完成的功能絕對不僅僅是加載茶文化場景到系統(tǒng)中這樣簡單，系統(tǒng)平臺(tái)為系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行流程提供功能支持，從茶文化場景選擇到茶具、茶葉的交互操作，都離不開系統(tǒng)平臺(tái)的底層支持。

首先，系統(tǒng)平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)茶文化場景的選擇、加載和漫游功能，同時(shí)需要為與茶葉相關(guān)的交互操作完成一系列的初始化功能，如各類茶葉揀選狀態(tài)設(shè)置功能、茶道學(xué)習(xí)交互初始化、任務(wù)角色初始化功能、茶具操作功能、天氣模擬功能、場景傳送功能等。綜合以上需求，系統(tǒng)平臺(tái)的所有底層功能實(shí)現(xiàn)均被封裝在功能框架中，便于執(zhí)行交互操作任務(wù)時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)用及功能的維護(hù)管理。

其次，數(shù)據(jù)接口用于實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的操作，數(shù)據(jù)接口是系統(tǒng)功能和具體茶文化交互操作內(nèi)容獨(dú)立設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)谝蝗朔Q角色進(jìn)入茶館虛擬場景里后，系統(tǒng)平臺(tái)便通過數(shù)據(jù)接口將茶館場景模型、茶文化交互操作任務(wù)內(nèi)容和人物角色信息加載到系統(tǒng)當(dāng)中。用戶可以在同一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上完成同一個(gè)茶館虛擬場景中與茶具、茶葉等體現(xiàn)茶文化的交互操作。

4.2 功能實(shí)現(xiàn)

具體實(shí)現(xiàn)以下十類功能：

4.2.1 茶館場景選擇

對于本系統(tǒng)來說，一共設(shè)計(jì)了5種類型的茶館場景，每個(gè)場景下都可能包含有若干的與茶文化主題相關(guān)的交互操作任務(wù)，因此系統(tǒng)首先需要實(shí)現(xiàn)茶館場景的選擇功能，通過此功能可進(jìn)行不同茶館場景的選擇。

4.2.2 茶館景加載

任務(wù)開始后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶選擇的茶館場景加載（本地）模型文件，這一過程一般在幾秒之內(nèi)完成，包括茶館的場景模型、反映茶文化道具模型及豐富的茶具、茶葉模型等。

4.2.3 茶館場景漫游

用戶可以在茶館場景中，通過第一人稱或第三人稱的視角進(jìn)行漫游，并在此基礎(chǔ)上完成同茶文化相關(guān)設(shè)施的交互。

4.2.4 茶館場景初始化

茶館場景初始化功能實(shí)現(xiàn)了對茶館場景的進(jìn)一步設(shè)置，如外部環(huán)境的天氣情況（晴天、陰天）、環(huán)境亮度、甚至場景背景音樂的設(shè)置，其主要通過外部場景信息中的配置信息部分獲取數(shù)據(jù)以進(jìn)行設(shè)置。

4.2.5 體現(xiàn)茶文化的模型導(dǎo)入

當(dāng)用戶在茶館中漫游時(shí)，需要用到各種各樣的體現(xiàn)茶文化的用具，比如茶碗、茶杯、茶桌、茶椅以及各種品牌的茶葉，這些都是通過3dmax軟件制成的模型，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，這些模型必須實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入到場景中。

4.2.6 交互操作

主要包括導(dǎo)航功能、茶具擺放、茶葉揀選、茶藝視頻播放、茶道文化體驗(yàn)等交互行為。這些交互功能都是通過Unity3D開發(fā)引擎平臺(tái)，基于三層技術(shù)架構(gòu)，使用C#語言實(shí)現(xiàn)的。

4.2.7 用戶界面

場景中的許多功能是通過用戶界面的一些交互組件觸發(fā)的，主要包括圖片按鈕、文本輸入框、下拉列表框、單選框、多選框、進(jìn)度條等UI元素。用戶界面的設(shè)計(jì)是通過PhotoShop工具軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

4.2.8 角色初始化

角色的初始化包括角色在虛擬茶館場景中的起始位置、角色在本次任務(wù)中所要完成的交互任務(wù)等，在交互操作的過程中，用戶以具體任務(wù)角色的形式出現(xiàn)在茶館場景中的起始位置，并根據(jù)場景里的提示信息執(zhí)行交互任務(wù)。

4.2.9 任務(wù)管理工具

允許用戶對于茶文化交互操作任務(wù)進(jìn)行管理，主要包括添加、修改和刪除三個(gè)功能：添加任務(wù)功能允許用戶新建一個(gè)交互操作任務(wù)，包括任務(wù)中所涉及的角色和任務(wù)中所有的交互操作項(xiàng)；修改必要的操作項(xiàng)，刪除任務(wù)功能允許用戶刪除已有的交互操作任務(wù)。

4.2.10 定點(diǎn)傳送

茶館場景漫游功能允許執(zhí)行交互操作時(shí)，可以在不同的場景區(qū)域之間走動(dòng)，而對虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)來說，這種時(shí)間花費(fèi)是完全可以避免的，場景當(dāng)中的所有區(qū)域通過定點(diǎn)傳送功能都可以實(shí)現(xiàn)瞬間到達(dá)，從而使得用戶可以更加靈活的設(shè)置漫游區(qū)域。

5 結(jié)束語

本文將基于Unity3D的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于茶文化的展示和學(xué)習(xí)中，以茶館為主場景，通過場景漫游、與茶文化元素進(jìn)行交互來充分展示茶文化的博大精深，將使用者帶入到逼真的三維場景中，使得傳統(tǒng)茶文化知識(shí)更加鮮活化，表現(xiàn)形式更加豐富多彩，提高了參與者對茶文化的了解程度和學(xué)習(xí)興趣，通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的高沉浸感、強(qiáng)互動(dòng)性等特質(zhì)，為茶文化的學(xué)習(xí)提供了全新的數(shù)字化學(xué)習(xí)方式。