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

詹 琳，黃 佳，王 春，劉沛林,

（1.長沙學院經(jīng)濟與管理學院，湖南長沙 410022；2.長沙學院鄉(xiāng)村振興研究院，湖南長沙 410022）

引言

數(shù)字技術的飛速發(fā)展，帶動了各行各業(yè)的巨大變革，數(shù)字化已經(jīng)廣泛滲透到日常生產生活很多領域，旅游業(yè)也逐漸走向數(shù)字化轉型階段。相對于其他行業(yè)的數(shù)字化，旅游行業(yè)的數(shù)字化不危及安全問題，經(jīng)濟門檻也比較低，時空限制少，私人定制的程度更高，效果更好。所以，數(shù)字技術與文化旅游的融合是文化產業(yè)的發(fā)展趨勢。利用數(shù)字化技術開展紅色文化資源的保護，為紅色旅游資源的保護與紅色文化的傳承開辟了新的路徑。

傳統(tǒng)的文化保護理論及方法存在一定的局限性，如檔案與數(shù)據(jù)保存難以持久，對信息的記錄相對零散，展示與傳播的渠道也受到制約。相對而言，紅色文化旅游資源的數(shù)字化呈現(xiàn)與保護具有比較顯著的優(yōu)勢：第一，數(shù)字化呈現(xiàn)與保護的時效性強，數(shù)字化技術能夠永久性保護現(xiàn)有的紅色文化資源的原始數(shù)據(jù)；第二，數(shù)字化呈現(xiàn)與保護的整體性強，能夠詳細而全面地記錄紅色文化旅游資源的環(huán)境、布局和文化元素等數(shù)據(jù)信息；第三，數(shù)字化呈現(xiàn)與保護的功能性豐富，涵蓋了數(shù)字化采集、存儲、成像、傳播、展示和檢驗等功能；第四，數(shù)字化呈現(xiàn)與保護的應用性多元，能夠通過紅色文化旅游資源景觀基因的數(shù)據(jù)采集和上傳，形成紅色文化旅游資源的樣本庫，豐富文化遺產樣本庫的類型與內容，實現(xiàn)紅色文化旅游資源的數(shù)字化管理，促進紅色文化旅游資源數(shù)字化保護的多元利用。數(shù)字化保護是紅色旅游資源保護與利用的新手段、新途徑，通過數(shù)字技術能夠更加有效地傳承與弘揚紅色精神與紅色文化。

目前，在不破壞紅色旅游資源的前提下，對其進行數(shù)字化測繪，完整詳細地獲取各項數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)的管理與儲存可以降低和挽救其在戰(zhàn)爭、自然災害、氣候變化和人為疏忽等因素的影響下產生的損失。利用現(xiàn)代先進的數(shù)字化測繪技術，不但可以準確地記錄紅色旅游資源的外觀數(shù)據(jù)，對其進行數(shù)字化的記錄與可視化表達，而且在測繪中不需要與紅色旅游資源產生直接的接觸，不會造成人為的破壞。同時從三維數(shù)字化呈現(xiàn)的角度，數(shù)字化技術能夠多方位靈活地展示紅色旅游資源。（1）時間的靈活：參觀者可以化整為零，利用碎片化的時間來進行游覽。（2）空間的靈活：紅色旅游資源數(shù)字化呈現(xiàn)能夠讓各種珍貴的紅色遺址在任意空間呈現(xiàn)。（3）角度的靈活：數(shù)字化呈現(xiàn)的紅色旅游資源在觀賞的角度上不再有局限與束縛。（4）內容的靈活：參觀者可以隨意選擇參觀地點，同時還可以輔以視頻、音樂、影像等多種表現(xiàn)方式，使游覽內容更豐富更靈活。讓公眾能夠與紅色遺址遺跡及紅色文物多接觸，在普及中了解紅色遺址遺跡和紅色文物背后豐富的歷史底蘊與教育意義。但目前紅色景區(qū)以虛擬現(xiàn)實形式呈現(xiàn)并供游客體驗的案例還非常少見，大多是采用視角相對固定的360 度全景照片展示，需要進一步拓展其呈現(xiàn)的途徑與體驗的方式。

本研究基于景觀基因理論探索紅色旅游資源三維數(shù)字化呈現(xiàn)的技術路徑，以清水塘毛澤東楊開慧故居為例，以期對紅色旅游資源的三維數(shù)字化呈現(xiàn)與保護提供借鑒，探索多維度紅色旅游資源的保護與傳承途徑。

1 研究綜述

1.1 關于紅色旅游資源數(shù)字化的研究

通過梳理數(shù)字化與旅游的相關文獻發(fā)現(xiàn)，國外對旅游的數(shù)字化技術的理論研究相對成熟，研究的領域從旅游數(shù)字化本體研究逐漸轉向旅游者的研究，主要研究旅游者的旅游體驗，研究主要側重其對相關利益主體影響、對游客身份認同和地方感等方面。如Newell 分析了數(shù)字化項目對不同主體的影響。Dieck 和Jung 研究了虛擬旅游背景下的利益相關者對博物館應用增強現(xiàn)實技術的感知價值。Laing 等提出要對非遺數(shù)字化旅游進行合理的管理，才能獲得社會、經(jīng)濟及環(huán)境效益。Cirulis 等提出旅游數(shù)字化不僅有巨大的文化意義，還有很好的經(jīng)濟效益和社會影響力，數(shù)字化旅游活動的開展能夠促進文化遺產保護，同時也能增強旅游者對國家的身份認同。Younan和Treadaway指出，游客通過對博物館3D 數(shù)字模型的參觀，能夠更好地將個人情感、記憶與想象聯(lián)系，對強化其身份認同與文化認同。國內外學者關于旅游數(shù)字化的研究主要集中在供給角度，從旅游數(shù)字化的采集、記錄、保存和保護等方面展開研究，研究視角聚焦于個案研究，對數(shù)字化技術影響下的旅游者的研究不多。徐剛等通過對三峽旅游資源的數(shù)字化保護的研究，指出數(shù)字化技術對旅游資源的信息化開發(fā)具有較高的市場價值，能夠挖掘旅游資源，提升旅游的吸引力。侯琳探討信息技術與旅游的關系，認為旅游數(shù)字化能夠使旅游產品的展示更新穎，同時提升文化內涵。向征等提出要“以開放的數(shù)據(jù)和共享的社交知識為旅游體驗和旅游創(chuàng)新的基礎”。周宇等通過對楚文化的數(shù)字化研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化能夠激活優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，實現(xiàn)文化創(chuàng)新，探索了楚文化數(shù)字化傳播的路徑。魏翔認為數(shù)字旅游是中國旅游經(jīng)濟發(fā)展的新模式。

關于紅色旅游資源的研究在概念、研究對象、資源開發(fā)、發(fā)展模式、具體的案例研究等方面取得了一定的成果。目前，數(shù)字化技術在文化遺產地中得到廣泛的應用，強調要對文化遺產地進行數(shù)字保存、數(shù)字監(jiān)測、數(shù)字傳播及數(shù)字修復。通過數(shù)字化技術不斷深化傳播的內涵，對文化遺產地的資源進行監(jiān)測從而評估風險。紅色旅游資源中也蘊含豐富的物質文化遺產與非物質文化遺產，其保護與利用需要在傳統(tǒng)的保護手段上借助數(shù)字化技術進行改良與完善。而目前關于紅色旅游與數(shù)字化技術結合的理論研究還不多，有待進一步拓展，研究的方向主要集中在紅色旅游的信息系統(tǒng)建設、借助數(shù)字技術的紅色文化傳播、基于數(shù)字技術的紅色文化產品設計以及具體的地域紅色資源的宣傳與開發(fā)等方面。更多地關注紅色旅游資源的數(shù)字化保護的實踐方面，對其理論認知與技術范式關注還不夠。

在三維數(shù)字技術應用方面，外國學者將三維技術應用到文化遺產的保護與傳承領域是從20 世紀90 年代開始的。2003 年，Allen 等對圣皮埃爾大教堂進行三維激光掃描，構建形成了三維數(shù)字信息模型。2015 年，瓦薩大學利用三維激光掃描技術對巴黎圣母院進行全面掃描生成數(shù)十億點云，創(chuàng)建數(shù)字檔案，并以數(shù)字化的形式進行保存。在針對三維激光掃描技術的研究方面，國內相對來說較晚。以2004年故宮博物院與北京建筑大學合作開展“三維激光故宮古建筑物數(shù)字化保護與應用”項目為開端，三維激光掃描技術的應用隨著科技的發(fā)展在旅游領域應用越來越廣泛。目前，文化遺產的三維數(shù)據(jù)獲取已經(jīng)有了如手持、地基和空中等多角度，多測繪技術的融合成為了應用的熱點，三維數(shù)據(jù)模型在多個方面如完整度、精度、視覺質量上都得到了巨大的提升。三維數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)的記錄與保護、三維數(shù)據(jù)庫的構建、虛擬現(xiàn)實制作、計算機輔助復原和多媒體展覽和可視化等許多應用領域都在不斷拓展。

從已有的研究成果及相關的應用實際來看，紅色文化旅游資源數(shù)字化的研究整體水平并不高，研究的范圍也有待進一步擴展，核心的理論支撐不足，與之相關的應用技術的標準和實踐操作規(guī)程也有待建立，應用實踐也需要進一步深化。

1.2 關于景觀基因的研究

景觀基因特指一個景觀所特有的、區(qū)別于其他景觀的內在文化因子，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。景觀基因的定義源于對文化景觀本質的深刻剖析，是對景觀的物質載體與文化內涵的雙重表達與抽象。劉沛林從人文地理的科學視角解析傳統(tǒng)聚落的文化特征，綜合文化基因與市鎮(zhèn)形態(tài)理論，借鑒生物基因分析提出了景觀基因理論。該理論以文化因子為切入點，從地學特征的視角剖析傳統(tǒng)聚落景觀，構建了景觀基因地學特征的分析方法體系與理論框架。景觀基因理論對文化景觀基因的識別、提取、譜系構建及應用等方面進行了相關研究。在景觀基因的識別與提取方面通過對景觀的特征進行類別劃分，建立景觀基因識別指標要素，然后按照“類別相近則合并”的原則將識別結果進行合并，最后將識別結果歸類為環(huán)境特征基因、建筑特征基因、文化特征基因與布局特征基因。景觀基因理論的研究，始于文化地理學關于文化景觀的“可印象性”和“可識別性”探索，主要強調對景觀基因或文化基因的深度挖掘、準確識別和主題彰顯，先是應用到傳統(tǒng)聚落的保護、修復，其后慢慢延伸到文化旅游地的規(guī)劃設計，進而推廣應用到建筑、景觀規(guī)劃與設計領域。

景觀基因理論在文化遺產的保護與傳承領域應用很廣泛。學者們通過建立非物質文化景觀基因的識別體系來對文化遺產景觀基因進行識別、提取與譜系構建。胡最等提出了觀察法、資料記錄法與分析比較法3種識別方式，提出表現(xiàn)形式、傳承載體、文化信仰和意象特征4 種途徑來構建文化遺產景觀基因的識別體系。曹帥強等則將景觀基因與符號學、GIS技術結合，對湘西地區(qū)傳統(tǒng)聚落的景觀基因進行識別、提取與編碼，進行數(shù)據(jù)管理與可視化呈現(xiàn)。

景觀基因理論對文化景觀數(shù)字化的分析路徑是綜合運用自然科學的分析方法與GIS 技術開展文化景觀基因的特征研究，提取景觀基因的特征數(shù)據(jù)，結合地理信息圖譜，通過3D 建模、虛擬/增強現(xiàn)實以及數(shù)字新媒體等技術實現(xiàn)文化景觀的數(shù)字化呈現(xiàn)、存儲、傳播、修復與管理，探索其數(shù)字化傳承。景觀基因結合信息技術構建識別指標體系、提取方法和技術流程，實現(xiàn)文化景觀的定量分析，進而建立某些特定文化因子的量化分析模型。這給紅色文化旅游資源景觀研究提供了獨特的視角，為揭示其現(xiàn)代價值提供了定量方法。

本研究試圖從景觀基因角度出發(fā)，識別紅色旅游資源的基因特征，通過對基因特征的提取與分析，構建合理的紅色旅游資源的景觀基因識別體系，深入了解基因特征及其內涵，構建紅色旅游資源的三維數(shù)字化呈現(xiàn)的基因特征體系。利用數(shù)字化技術對提取的紅色旅游資源景觀基因進行視覺呈現(xiàn)，為紅色旅游資源景觀的三維數(shù)字化保護與修復提供科學建議。

2 研究對象與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究對象

本研究案例地選取湖南省長沙市清水塘22 號的毛澤東楊開慧故居（中共湘區(qū)委員會舊址）。1921 年，毛澤東、何叔衡作為湖南代表赴上海參加中共一大，回到長沙后，同年10月10日創(chuàng)建了全國最早的省級支部之一——中共湖南支部。支部租下了清水塘的這棟普通民房，作為支部秘密活動、聯(lián)絡和毛澤東一家的居住地。劉少奇、李立三、李維漢等都曾來此開會、聯(lián)絡，開展革命斗爭。1922年9 月，劉少奇從蘇聯(lián)回國后被安排在中共湘區(qū)委員會工作，他也是在這里第一次和毛澤東見面。中共湘區(qū)黨委的許多重要會議在此召開。毛澤東當時經(jīng)常在這里聽取匯報，研究工作，決策部署工人運動。該革命遺址2001 年被確定為全國愛國主義教育基地，2006年被國務院確定為全國文物保護單位，2016 年被列入“全國紅色旅游經(jīng)典景區(qū)名錄”。

1951年，清水塘毛澤東楊開慧故居于原址上進行修復，故居內的陳設是根據(jù)當時親歷者的回憶復原陳列，還原了當時革命與生活的原貌，完成復原后對公眾開放。1969 年，湖南省政府又對故居周邊的環(huán)境進行了復原，修建了中共湘區(qū)委員會舊址陳列館。多年來，持續(xù)的物理修復雖然較好地保留了舊址的原貌，但卻沒有借助科技的力量突破故居的語義空間，這也成為故居管理方目前未解的難題。

作為以故居類型存在的紅色旅游資源，清水塘毛澤東楊開慧故居的建筑形態(tài)融合了時空與地域的因素，景觀基因的提取更具有價值與可行性。本研究通過分析故居的景觀基因及三維數(shù)字化測繪的特點和需求，選擇合適的測量技術，研究合理的故居類紅色旅游資源的測繪方法，制定詳細的測量方案和操作流程，能夠對其他紅色旅游資源起到借鑒作用。同時，清水塘毛澤東楊開慧故居作為長沙市唯一一處在1938 年的“文夕大火”中幸存下來的革命歷史建筑物，其歷史價值十分珍貴。它的三維數(shù)字化呈現(xiàn)能夠更好地保存原跡，同時能夠將三維數(shù)據(jù)進行更廣泛地應用，對于三維數(shù)字化再現(xiàn)“文夕大火”前的老長沙也具有一定的意義。利用三維重建技術創(chuàng)建數(shù)字孿生模型，能夠在虛擬空間中完成對故居實景的映射，既為日后的物理修復提供依據(jù)，又使故居的紅色價值借助新媒體平臺得到轉化。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)主要來源有3 個渠道：一是研究團隊從湖南省檔案館及長沙市黨史館收集到的清水塘毛澤東與楊開慧故居的相關文獻資料；二是研究團隊利用南方測繪SF700A無人機進行全場景傾斜攝影，美國法如S350P 掃描儀進行重點構筑物三維激光掃描和攝影，“測無止境”穿戴式三維激光移動掃描設備VLX 進行游覽路徑的全真彩點云掃描獲得的航拍、測繪、照片等圖文資料；三是研究團隊在故居進行實地調查獲取的錄音、訪談等調查資料。研究團隊于2021 年4—6 月對清水塘毛澤東楊開慧故居進行了實地調研，分別對空間形態(tài)、地理環(huán)境、傳統(tǒng)特征、紅色文化、習俗活動等方面進行信息收集，收集方式主要包括閱讀文本、走訪談話、三維激光掃描、全真彩點云掃描和全場景傾斜攝影等形式。調研結束之后，對獲取的調研資料、長沙市黨史紀念館提供的內部資料、線上查詢的資料及文獻研究資料等進行整理，為本研究提供了較為全面的數(shù)據(jù)和文獻支撐。

3 紅色旅游資源的景觀基因挖掘與提取

本研究采用了景觀基因理論開展紅色旅游資源的深入挖掘，首先對故居的景觀基因根據(jù)指標體系進行識別，然后提取出有代表性的景觀基因，再將這些景觀基因借助數(shù)字技術虛擬呈現(xiàn)與應用。

3.1 紅色旅游資源景觀基因識別指標體系

本研究采取面向對象的景觀基因分類模式，從布局特征、環(huán)境特征、文化特征、建筑特征4 個角度進行紅色旅游資源景觀基因的分類。

紅色旅游資源的布局特征指的是地理位置和地域單元。環(huán)境特征包含地形特征以及水系特征，通過對紅色旅游資源的地形與水系特征基因的采集，來了解其地域環(huán)境的相關特征。建筑特征包含紅色旅游資源中的革命遺址、民居特征、主體性的公共建筑特征、整體的空間布局特征等。最重要的是文化特征，紅色旅游資源的文化特征包含兩大塊，一是區(qū)域文化特征，一是紅色文化特征。區(qū)域文化特征涵蓋了圖騰、信仰、歷史文脈、生活傳統(tǒng)、價值觀念、風俗習慣等，紅色文化則涵蓋了革命故事、革命精神、革命傳統(tǒng)、革命文獻、革命文物、革命歌曲、革命文學作品、文化氛圍等。本研究根據(jù)以上景觀基因的識別體系，首先分析清水塘毛澤東楊開慧故居的屬性特征，然后根據(jù)各屬性特征的差異建立類別標準，并在此基礎上細化為具體的指標體系。具體內容見圖1。

圖1 紅色旅游資源景觀基因識別指標體系Fig.1 Index system for identification of landscape genes in red tourism resources

3.2 清水塘毛澤東楊開慧故居景觀基因提取

從布局特征來看，清水塘毛澤東楊開慧故居是中共湘區(qū)委員會舊址，圖2為1937年版長沙市實測詳圖，其中，故居位于清水塘22號，當年尚處于長沙市的城郊，小吳門外，沒有被“文夕大火”波及。1951 年，在原址上對其進行了修復，而今位于長沙市繁華的八一路旁，坐落在長沙市開福區(qū)八一路538號。

圖2 1937年版長沙市實測詳圖Fig.2 Actual measurement details of Changsha city of 1937 edition

從環(huán)境特征來看，當年的故居所在地處于城郊，比較偏僻，所處多為菜田，菜畦里有兩口水塘，上塘水濁，下塘水清，清水塘也因此而得名，門前有一條路直通小吳門，位置不引人注意，但交通方便。目前，修復后的清水塘毛澤東楊開慧故居位于中國共產黨長沙歷史館內，走進歷史館大門，青蔥樹木沿路環(huán)抱。行至廣場迎面聳立著身高7.1 米、總高12.26 米的毛澤東主席塑像，塑像后側可見一大一小兩灣池塘。小憩池塘石橋，對面便是清水塘毛澤東楊開慧故居。池塘小渠蜿蜒而伸，靜流故居屋前。前有圍墻庭院，后有雜屋竹林。如今，在原址修復的基礎上，旁邊還興建了一座紀念館和藝術碑廊。藝術碑廊沿景點入口延至紀念館，可見毛澤東所作詩詞；紀念館主要展覽了相關文物資料與主要革命事跡。

從建筑特征來看，清水塘毛澤東楊開慧故居原為私人住宅，青瓦平房，磚木結構，坐北朝南，門開東壁，中間為堂屋，兩側為住房，共6 間。如圖3 故居的平面示意圖、西立面透視圖及三維立體圖所示，這是一座具有典型南方風格的二進三開間民居建筑。屋頂為懸山頂，脊剎和鴟尾（吻）簡潔、樸素。

圖3 故居平面示意圖、西立面透視圖及三維立體圖Fig.3 Plan,west elevation perspective and 3D stereogram

從文化特征來看，清水塘毛澤東楊開慧故居處于湖南省長沙市，融入了湖湘文化的地域特色，這里是毛澤東楊開慧婚后共同生活的第一個家，也是他們居住時間最長的寓所。毛澤東在這里度過了他成為職業(yè)革命家之前一段幸福的家庭時光，毛岸英、毛岸青均在此出生。同時作為最早的省級支部，它也是湖南工人運動的策源地，成為工人運動的指揮所。這里匯聚了豐富的革命文獻以及革命文物，同時很多革命文學作品的創(chuàng)作也與該文化景觀相關聯(lián)，蘊含著豐富的湖湘地域文化與紅色文化內涵。表1對故居的建筑及文化特征指標進行了識別與釋義。

表1 建筑及文化特征識別指標釋義Tab.1 Definitions of architectural and cultural features identification indexes

4 紅色旅游資源數(shù)字化呈現(xiàn)的技術路徑

以上所述，故居的各要素特征，需要在數(shù)字化過程中準確把握、客觀真實呈現(xiàn)，必須將景觀基因找準、認清、落實。紅色旅游資源數(shù)字化呈現(xiàn)的技術路徑包括：數(shù)字化采集→有效數(shù)據(jù)的篩選與基因提取→數(shù)字化建模成像→數(shù)字化傳播→數(shù)據(jù)與文化的檢驗、矯正與反饋等過程，最終實現(xiàn)數(shù)字化游覽，在游覽過程中再不斷對數(shù)據(jù)與文化進行反饋與矯正。從相應技術實現(xiàn)來說，依托了多項數(shù)字技術來實現(xiàn)其三維數(shù)字化呈現(xiàn)，具體技術路徑如下。

4.1 數(shù)字化建模

4.1.1 數(shù)據(jù)的采集

紅色旅游資源數(shù)據(jù)的采集方法正在由傳統(tǒng)人工采集轉向多類型的數(shù)字化采集，常見的包括：以激光點云為核心的三維激光掃描技術（含定點、車載、機載或手持方式），適用大尺度測量需求的多角度感應的無人機傾斜攝影技術，以光束干涉條紋為核心的全息攝影技術，適用動態(tài)測量的近景攝影測量技術，適用高效、便捷地以真實圖片呈現(xiàn)三維虛擬的360全景攝影技術等。

本研究利用南方測繪SF700A 無人機，采用傾斜攝影的方法對故居所在的長沙市黨史館進行了全范圍500m 高空的激光點云和全景影像數(shù)據(jù)收集；利用“測無止境”穿戴式三維激光移動掃描設備VLX，沿著現(xiàn)場游客參觀游覽路徑進行全真彩點云掃描；最后，利用美國法如S350P掃描儀對故居建筑內外景觀和毛主席雕像進行定點地高精度的三維激光掃描和攝影。實現(xiàn)故居空間、影像、紋理數(shù)據(jù)的采集，建立故居建筑的GIS數(shù)據(jù)庫，根據(jù)其民居建筑特征與空間布局，完成故居的平面圖、立面圖、透視圖、三維立體圖并存儲至云端設備，這些數(shù)據(jù)具有非接觸性、即時性、穩(wěn)定性、高精度等特點，為故居的動態(tài)監(jiān)測、保護與修復以及深入解讀信息提供資料。同時，研究團隊根據(jù)毛澤東與楊開慧的具體經(jīng)歷，結合歷史資料與相關口述史進行全方位地搜集、整理與記錄，挖掘圍繞故居相關的時代背景、革命人物、革命事件，提煉其紅色文化與區(qū)域文化特征，運用自動編導系統(tǒng)進行相關藝術創(chuàng)作，并上傳到紅色旅游的云端及數(shù)據(jù)庫。同時，對圍繞故居的文獻、圖片及相關影像資料運用全息攝影等高清的拍攝手段進行數(shù)據(jù)的采集、整理、上傳，便于之后的檢索使用，提高紅色旅游資源的長效保存、高效檢索與共享使用。

4.1.2 有效數(shù)據(jù)的篩選與提取

三維數(shù)據(jù)采集方式的不同，其數(shù)據(jù)處理方式、算法和步驟均不同。如常用于紅色建筑三維信息建模的三維激光掃描技術，包括點云的預處理（剔除不穩(wěn)定點和錯誤點）、點云配準（最近點迭代點云配準算法的控制點配準和靶標缺失的配準）、點云拼接（系統(tǒng)自動拼接和手動拼接）、稀疏點云重建（尺度不變特征變換算法、加速魯棒特征算法的特征點提取）、點云漏洞修復（線性插值方法填補平面空洞數(shù)據(jù)和二次曲面插值方法填補非平面空洞數(shù)據(jù)）等。

本研究處理激光雷達時，首先清洗目標物的點云數(shù)據(jù)以獲取基礎的點云模型，對受到環(huán)境因素如人、樹木、飛鳥等因素干擾，造成點云數(shù)據(jù)中出現(xiàn)少量與掃描對象無關聯(lián)的噪聲點，需要對應刪除或是采用濾波算法除去遮擋物體點云與離散點云數(shù)據(jù)。此外，對反映建筑基因特征的點云數(shù)據(jù)則需要針對性優(yōu)化處理，包含根據(jù)景觀基因特征所提煉出的關于故居的地理位置、民居特征如屋頂裝飾、瓦片、墻體、公共建筑特征和空間布局等因素的點云數(shù)據(jù)進一步優(yōu)化，同時精細處理58件革命文物的點云數(shù)據(jù)，進而完成故居主體的三維網(wǎng)格模型封裝。

4.1.3 數(shù)字化建模成像

數(shù)字化建模成像根據(jù)不同行業(yè)、不同需求呈現(xiàn)出多項技術，常用的包括以數(shù)據(jù)體為表征形式的三維可視化技術，以模擬真實物體、場景和流程的三維動畫技術（如3DMAX、Unreal Engine、MAYA 等軟件），地理信息系統(tǒng)融合三維可視化技術的3D GIS 技術（如Terra Vista、Context Capture、Terrain View、靈圖的VRMap 等軟件），融合數(shù)字仿真技術和三維動態(tài)演示技術的動態(tài)仿真技術，光屏障式、柱狀透鏡式和指向光源式的裸眼3D技術等。

本研究將激光雷達掃描系統(tǒng)采集的點云數(shù)據(jù)通過標準程序接口輸出為Las 數(shù)據(jù)，然后利用Context Capture將點云數(shù)據(jù)與無人機傾斜攝影數(shù)據(jù)融合，進行模型重建。無人機與激光雷達的點云數(shù)據(jù)合并后大幅提升了模型精度與細節(jié)，但同時也為圖形工作站的三維模型重建制造了困難，需先優(yōu)化網(wǎng)格模型和抽稀環(huán)境點云數(shù)據(jù)減少數(shù)據(jù)量，并依據(jù)對建筑基因特征的識別、提取和重構完成模型輕量化處理。軟件生成的三維模型包含故居建筑結構、建筑的細節(jié)（如瓦片、內墻、外墻的表面肌理和色彩紋理）、內部文物的細節(jié)以及建筑周邊環(huán)境。后續(xù)研究中，毛澤東楊開慧清水塘故居歷史情境的數(shù)字化重建是項目研究的難點。研究團隊將依據(jù)景觀基因理論對長沙及周邊的文化遺產進行數(shù)據(jù)采集、整理歸類，完成數(shù)據(jù)庫建構，為歷史地理空間的數(shù)字化重建構建起支撐。

4.2 數(shù)字化傳播

數(shù)字化傳播，即借助數(shù)字化技術與數(shù)字媒介平臺，實現(xiàn)數(shù)字內容的傳播。圖4 所展示的是在數(shù)字媒介平臺所呈現(xiàn)的毛澤東楊開慧故居三維虛擬場景截圖。在故居數(shù)字化傳播方面，一方面，利用紅色文化網(wǎng)站、社交平臺、線上博物館、數(shù)字資源庫等進行分享、推送，促進線上線下互動傳播；另一方面，捕捉互聯(lián)網(wǎng)用戶的體驗習慣與需求，從歷史、文化、旅游多角度切入，創(chuàng)新紅色經(jīng)典故事的現(xiàn)代表述與呈現(xiàn)手段，融通全媒體渠道，依靠媒介矩陣推進全景式、立體式、延伸式展示宣傳。應做好包含建筑特征、環(huán)境特征等物質形態(tài)，包含紅色文化特征、區(qū)域文化特征等精神形態(tài)以及采集到的信息形態(tài)的紅色旅游資源的數(shù)字化展示與傳播。

圖4 由遠及近的毛澤東楊開慧故居虛擬場景截圖Fig.4 Screenshots of virtual scenes of Mao Zedong and Yang Kaihui’s former residence from far to near

本研究采用虛擬現(xiàn)實技術構建中共湘區(qū)委員會舊址，利用數(shù)字化打破時間與空間限制，利用采集到的地域文化與紅色文化景觀基因上傳到紅色旅游資源云端及硬盤數(shù)據(jù)庫的相關數(shù)據(jù)，結合影視片段、動畫故事與語音導覽、音樂等藝術手段還原毛澤東和楊開慧的革命生活原貌，最大程度讓中共湖南支部的革命往事生動呈現(xiàn)，使紅色文化在互聯(lián)網(wǎng)用戶沉浸體驗的同時得以傳播，打造清水塘毛澤東楊開慧故居的數(shù)字博物館。利用三維數(shù)字技術對當時革命環(huán)境之下的戰(zhàn)爭歷程、場景進行藝術化的呈現(xiàn)。還將根據(jù)景觀基因區(qū)域文化中的歷史文脈與價值觀念、紅色文化中的紅色詩詞等文化元素，設置湖湘紅色故事體驗答題、毛澤東經(jīng)典詩詞挑戰(zhàn)等小游戲，增強“紅色故事”的交互性，用戶可以化身為故居的“建設者”、紅色歷史的參與者、湖湘文化及紅色文化的傳承者。這樣的交互參與和沉浸式的體驗能夠讓每一個“玩家”都成為紅色文化傳播的節(jié)點，讓每一個個體都能擁有自己獨特的“紅色記憶”，講述自己的“紅色故事”。將自身情感更好地代入，真正讓紅色文化的傳播入腦入心。使毛澤東楊開慧故居的展示更加生動，一步一景打造交互式、沉浸式的觀賞體驗，使故居更具吸引力和感染力，更好地走進大眾的內心深處，彰顯其新時代價值。

本研究雖對中共湘區(qū)委員會舊址的場景三維網(wǎng)格模型進行了優(yōu)化，但所有數(shù)據(jù)整體打包以后仍然達到7GB，其下載的速度受條件限制而嚴重地制約了體驗的效果。從反饋看來，部分真正使用5G網(wǎng)絡的用戶能夠較為流暢的瀏覽，但大部分通過普通網(wǎng)絡體驗的用戶則反映出下載緩慢與畫面卡頓的問題。從實際情況看，5G技術的普及與成熟還尚需時日，另外，適應普通電腦的虛擬現(xiàn)實優(yōu)化技術還需進一步升級。

4.3 數(shù)據(jù)與文化的檢驗、修正與反饋

對紅色文化旅游資源的三維數(shù)字化呈現(xiàn)的效果需要進行數(shù)據(jù)與文化的檢驗、修正與反饋。這主要通過3個途徑：一是專家的反饋，二是大數(shù)據(jù)挖掘各網(wǎng)絡平臺的評價信息，三是通過體驗平臺建立直接的信息反饋渠道。通過這3 個途徑獲取到信息后，再對三維數(shù)字化呈現(xiàn)的模型進行不斷修正。同時本研究將對游客在線上體驗過程進行進一步的行為特征分析，通過對其在不同景點的停留時間、活動參與時長、提出的實時旅游需求、網(wǎng)絡平臺點評內容等數(shù)據(jù)分析，建立關于數(shù)字化紅色旅游的預測模型，了解旅游者的旅游偏好與情感需求，既為未來更多紅色旅游資源的三維數(shù)字化呈現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐，也可以為紅色文化的傳播效果與社會效益的評估提供數(shù)據(jù)支撐。

中共湘區(qū)委員會舊址虛擬旅游產品設計完成后，2021 年9—10 月在中共長沙歷史館、長沙學院、湘西土家族苗族自治州花垣縣第三中學、湘西州吉首市矮寨鎮(zhèn)矮寨社區(qū)等地進行推廣展示，活動受到媒體關注，相關報道在學習強國、新湖南等媒體刊出，獲得了較好的社會反響。后期將于中共長沙歷史館的公眾號平臺上線。

目前，該產品有中共黨員、普通游客、工人、農民、學生等不同民族、不同年齡、不同職業(yè)、不同文化水平的社會各階層參與體驗。在參與群眾的采訪及在線評論中，體驗者表示“感覺特別真實，希望有機會到實地觀摩”“能夠聯(lián)想到毛澤東等同志早期的革命經(jīng)歷”，另有少部分年輕學生建議“最好能加入逼真的游戲環(huán)節(jié)或者增強游戲體驗”，還有大部分體驗者認為“應該有更多類似的體驗活動和內容”。從活動反饋看來，產品能獲得體驗者的認可，也能獲取體驗者的個人感受與完善產品功能的具體建議。

5 結論

三維數(shù)字化技術是紅色文化傳承的新途徑，三維數(shù)字化呈現(xiàn)能夠很好地促進紅色旅游資源的活化利用，能夠更好地喚回“人”與紅色的“物”之間的鮮活情感聯(lián)系。首先，利用數(shù)字化技術打造數(shù)字紅色資源庫，保存紅色文化的“活性”。用戶能夠觀賞到紅色遺址實體，看到文字信息，還可以通過影像、音樂、聲音等多種信息來進行交互，甚至可以借助虛擬現(xiàn)實技術獲得與實地參觀媲美的沉浸式體驗。其次，優(yōu)化用戶體驗、擴大接觸和普及面，激發(fā)紅色文化的“活力”。最后，提升游客情感代入，讓紅色文化入腦入心，使紅色文化真正地“活化”。紅色資源的數(shù)字化是為了讓紅色文化能夠走進普通大眾生活，塑造民眾與紅色文化遺產之間的關聯(lián)和情感，只有當紅色文化的遺址與文物成為生活的一部分，才能真正地得到“活化”。

數(shù)字化技術能夠真實地重建文化遺產本身，而景觀基因理論則為革命環(huán)境的重建提供了依據(jù)，這也是紅色文化基因守正傳承的重要路徑。景觀基因理論的運用對紅色文化旅游資源如何從實物形態(tài)向虛擬世界映射起到了關鍵指導作用。文化景觀基因的布局特征、環(huán)境特征、文化特征、建筑特征的屬性特征分析、要素提取及圖譜構建能夠為具體的紅色旅游資源三維數(shù)字化呈現(xiàn)與保護提供依據(jù)，為建立紅色文化旅游資源的數(shù)字基因庫提供素材。隨著紅色旅游資源數(shù)字化的逐步實現(xiàn)和深化，可以推進紅色文化數(shù)字化檔案館以及紅色文化基因數(shù)據(jù)庫的建設，促進紅色基因的挖掘與傳承，彰顯新時代的紅色精神。在紅色文化旅游資源的景觀基因提取過程中需要對屬性特征進行深度挖掘，注重類別標準的確立，在三維數(shù)字化呈現(xiàn)過程中特別注意有效信息的篩選以及成像過程中對屬性特征的三維還原，確保對紅色旅游資源三維數(shù)字化呈現(xiàn)的準確性。

遵循景觀基因理論，利用基于三維數(shù)字化技術構建的紅色遺產數(shù)據(jù)庫將成為重要的數(shù)字化生產要素，是紅色旅游資源新的存在形態(tài)，成為其走向新一代游戲、數(shù)字文創(chuàng)、超高清影視等行業(yè)的重要路徑；同時，基于景觀基因理論的三維數(shù)字化技術的應用對其他旅游資源景觀基因的提取、篩選、成像與傳播也具有指導意義。此外，該研究思路也為5G 時代特定文化遺產的虛擬博物館建構提供了解決方案，拓展了傳統(tǒng)博物館的時空存在形態(tài)與體驗感受，是文化遺產在數(shù)字時代的有效振興手段。但目前，虛擬現(xiàn)實硬件設備繁復、眩暈反應，輕量化三維模型的數(shù)據(jù)量，優(yōu)化跨媒體傳播仍是三維數(shù)字化技術亟待解決的問題。放眼未來，推動紅色文化遺產資源的數(shù)字化呈現(xiàn)與應用，還須深度融合5G 通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿科技，規(guī)范紅色文化遺產的數(shù)字化采集精度與呈現(xiàn)標準，加強優(yōu)質紅色文化內容生態(tài)建設。

紅色旅游資源數(shù)字化產品體現(xiàn)出教育性、科技性、游戲性和體驗性，豐富了紅色教育的形式，拓展學習的時間空間。未來，面向元宇宙帶來的場景變革，紅色文化資源除了數(shù)字化呈現(xiàn)以外，還應加強與科技、教育、游戲等行業(yè)的深度融合，才能永葆活力。