基于UE4引擎李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘? 要：傳統(tǒng)的李冰紀(jì)念館采用櫥窗陳列的方式，信息表達(dá)單一，互動(dòng)性較差。該項(xiàng)目通過(guò)3DsMax建模軟件進(jìn)行精準(zhǔn)建模，利用Unreal Engine 4引擎的可視化編程，材質(zhì)系統(tǒng)、UMG等重要功能模塊和實(shí)時(shí)渲染技術(shù)實(shí)現(xiàn)李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)，充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性，交互性和想象性的三大特點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)李冰紀(jì)念館的社會(huì)教育和文化傳播能力具有一定的作用。

關(guān)鍵詞：李冰紀(jì)念館；虛擬展示系統(tǒng)；UE4；虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號(hào)：TP391.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）06-0038-03

Design and Implementation of Virtual Display System of Li Bing Memorial Hall Based on UE4

LIU Tingyan

（Sichuan Tourism University， Chengdu? 610100， China）

Abstract： The traditional Li Bing Memorial Hall adopts the way of window display， the information expression is single， and the interaction is poor. This project uses 3DsMax modeling software for accurate modeling， uses visual programming， material system， UMG and other important function modules and real-time rendering technology of UE4 to realize the virtual display system of Li Bing Memorial Hall. It gives full play to the three characteristics of Virtual Reality technology： immersion， interaction and imagination， and plays a certain role in realizing the social education and cultural communication ability of Li Bing Memorial Hall.

Keywords： Li Bing Memorial Hall; virtual display system; UE4; Virtual Reality

0? 引? 言

李冰又名陸海，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期著名水利工程家，公元前256年到251年擔(dān)任蜀郡太守，任職期間主持修建眾多水利工程，其中都江堰水利工程最為著名。該工程為成都平原成為天府之國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

通過(guò)虛擬漫游技術(shù)，實(shí)現(xiàn)李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)，充分發(fā)揮虛擬漫游技術(shù)的真實(shí)性，交互性和啟示性的三大特點(diǎn)[2]，打造不一樣的宣傳方式，更好地實(shí)現(xiàn)李冰紀(jì)念館的社會(huì)教育和文化傳播能力。3DsMax是一款主要用于建筑建模的建模軟件。Unreal Engine 4簡(jiǎn)稱UE4，是由EpicGames公司推出的一款游戲開發(fā)引擎，UE4的畫面表達(dá)效果非常出色，可以非常真實(shí)的模擬出真實(shí)世界的質(zhì)感[3]，利用UE4引擎的實(shí)時(shí)渲染優(yōu)化可以更加真實(shí)的展現(xiàn)虛擬場(chǎng)館[4]。傳統(tǒng)的文字，圖片，視頻宣傳展現(xiàn)形式沉浸性不夠，交互效果也一般，而虛擬紀(jì)念館能夠帶給體驗(yàn)者更好的沉浸式空間體驗(yàn)，更便捷的互動(dòng)效果。

本項(xiàng)目對(duì)以下3點(diǎn)問(wèn)題提出相應(yīng)解決方案。

問(wèn)題1：三維場(chǎng)景搭建及使用DataSmith插件進(jìn)行資源導(dǎo)入，避免場(chǎng)景重復(fù)搭建，以及材質(zhì)導(dǎo)入U(xiǎn)E4引擎丟失的問(wèn)題，及光源構(gòu)造。以及三維場(chǎng)景的資源優(yōu)化問(wèn)題，場(chǎng)景交互的觸發(fā)精度問(wèn)題，場(chǎng)景漫游視角的問(wèn)題[5]。因此需要保證怎樣能夠?qū)⒔Ｍ瓿傻膱?chǎng)景信息完整的導(dǎo)入到UE引擎中進(jìn)行下一步操作。

問(wèn)題2：虛擬紀(jì)念館關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)。紀(jì)念館的場(chǎng)景漫游功能，紀(jì)念館的交互功能，本項(xiàng)目主要對(duì)文字講解以及視頻講解進(jìn)行研究。

問(wèn)題3：李冰紀(jì)念館應(yīng)用程序打包所遇到的主要問(wèn)題。

1? 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1? 李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)主要由李冰紀(jì)虛擬念館場(chǎng)景，場(chǎng)景漫游功能，全系投影文字講解功能，視頻講解功能，展品檢視功能組成，如圖1所示。

1.2? 關(guān)卡

根據(jù)項(xiàng)目需求設(shè)計(jì)，將項(xiàng)目分為虛擬展館關(guān)卡，歷史記憶關(guān)卡，文獻(xiàn)資料關(guān)卡。李冰紀(jì)念館場(chǎng)景為虛擬展館關(guān)卡，實(shí)地考察李冰紀(jì)念館，根據(jù)真實(shí)場(chǎng)館使用3DsMax搭建李冰紀(jì)念館場(chǎng)景模型。DataSmith是一款鏈接UE4和3Ds MAX，C4D等建模軟件的插件，它能同步導(dǎo)入建模軟件中的模型，材質(zhì)，光照，動(dòng)畫等信息，提高工作效率。場(chǎng)景模型搭建完成后使用DataSmith插件導(dǎo)入U(xiǎn)E4。再利用UE4引擎的實(shí)時(shí)渲染技術(shù)可以實(shí)時(shí)構(gòu)造靜態(tài)光照和動(dòng)態(tài)光源，達(dá)到更真實(shí)的畫面效果[6]；同傳統(tǒng)建模軟件搭建光照相比，也提高了工作效率。同時(shí)可以利用UE4引擎自帶的后期處理體積，對(duì)不同要求下的光源效果進(jìn)行靈活處理。充分發(fā)揮出UE4引擎全局光照處理的優(yōu)勢(shì)[7]。

李冰生平視頻介紹為歷史記憶關(guān)卡，李冰的主要功績(jī)介紹為歷史文獻(xiàn)關(guān)卡。因?yàn)樘摂M展館關(guān)卡場(chǎng)景資源較多，所以使用關(guān)卡流送的方式進(jìn)行提前加載，防止出現(xiàn)關(guān)卡切換卡頓的問(wèn)題。

1.3? UI界面實(shí)現(xiàn)與按鈕功能實(shí)現(xiàn)

UI界面有開始界面，加載界面，關(guān)卡選擇界面；在相應(yīng)界面位置添加按鈕，使用OnPressed事件觸發(fā)實(shí)現(xiàn)關(guān)卡之間相互切換的功能。角色主界面根據(jù)需求設(shè)計(jì)，左上角為李冰紀(jì)念館標(biāo)志，右上角為時(shí)間，小地圖，右下角為靜音和返回按鈕。使用UE4引擎UMG模塊中的畫布面板，尺寸框，水平框，垂直框組件實(shí)現(xiàn)頁(yè)面布局；圖像，進(jìn)度條，循環(huán)動(dòng)態(tài)瀏覽圖示，文本組件實(shí)現(xiàn)頁(yè)面內(nèi)容，按鈕的OnPressed事件觸發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能，如表1所示。

同時(shí)還有文字講解提示3D標(biāo)簽，視頻全屏播放提示標(biāo)簽，展品檢視提示標(biāo)簽。

1.4? 角色

為了增強(qiáng)使用者體驗(yàn)感，項(xiàng)目使用第一人稱視角以提高體驗(yàn)者沉浸感，操作方面，界面左側(cè)為玩家移動(dòng)搖桿控制角色前后左右移動(dòng)，右側(cè)區(qū)域?yàn)橐暯乔袚Q控制角色視角切換區(qū)域，本項(xiàng)目使用自由漫游和定點(diǎn)漫游的漫游方式，更加符合現(xiàn)實(shí)參觀方式，同時(shí)虛擬展示系統(tǒng)的其他交互邏輯也需在角色藍(lán)圖中實(shí)現(xiàn)。以角色藍(lán)圖為媒介的藍(lán)圖通信方式，進(jìn)行藍(lán)圖間的相互連接，實(shí)現(xiàn)角色藍(lán)圖與其他藍(lán)圖相關(guān)的功能，能避免類型轉(zhuǎn)換失敗的情況發(fā)生。

1.5? 小地圖

小地圖，體驗(yàn)者通過(guò)觀看界面右上角的小地圖情況查看自身所處位置，可以自主選擇參觀路線。

小地圖實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建藍(lán)圖類SceneCapture2D（場(chǎng)景捕獲2D）類，使用Wight Bluepringt（控件藍(lán)圖）的Image（圖像）組件，賦予圖像組件材質(zhì)貼圖，通過(guò)實(shí)時(shí)更新當(dāng)前角色位置的貼圖以實(shí)現(xiàn)小地圖功能，如圖2所示。

1.6? 文字講解功能

文字講解功能：導(dǎo)游角色講解參觀點(diǎn)的相關(guān)知識(shí)。

文字講解功能設(shè)計(jì)：角色到達(dá)觸發(fā)區(qū)域位置，彈出相應(yīng)知識(shí)講解或紀(jì)念館介紹的3D標(biāo)簽，點(diǎn)擊3D標(biāo)簽后彈出知識(shí)框，同時(shí)播放對(duì)應(yīng)文字的講解語(yǔ)音。

文字講解功能的實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建對(duì)話系統(tǒng)藍(lán)圖類，利用Box Collision（盒體碰撞組件）進(jìn)行人物檢測(cè)，當(dāng)人物到達(dá)對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)3D標(biāo)簽提示，點(diǎn)擊3D標(biāo)簽后，人物移動(dòng)到預(yù)設(shè)的固定位置并在界面中間彈出文字框，進(jìn)行知識(shí)講解同時(shí)播放語(yǔ)音；講解結(jié)束，角色離開盒體碰撞組件觸發(fā)范圍3D標(biāo)簽消失。使用盒體碰撞組件進(jìn)行檢測(cè)，可以根據(jù)場(chǎng)景需求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)觸發(fā)大小。調(diào)節(jié)觸發(fā)精度。注意語(yǔ)音文件導(dǎo)入時(shí)需要導(dǎo)入Wav格式的音頻文件。本項(xiàng)目一共有37段，例如場(chǎng)景音樂(lè)、導(dǎo)語(yǔ)、序廳介紹、世界的都江堰、水利古國(guó)等。

1.7? 視頻講解功能

視頻講解功能：視頻講解點(diǎn)播放相關(guān)視頻。

視頻講解功能設(shè)計(jì)：人物到達(dá)相應(yīng)區(qū)域，播放對(duì)應(yīng)視頻內(nèi)容，同時(shí)界面左上角彈出UI提示，可以選著是否全屏播放，離開對(duì)應(yīng)區(qū)域關(guān)閉視頻，避免多個(gè)視頻同時(shí)播放，出現(xiàn)聲音重疊的情況，影響體驗(yàn)者體驗(yàn)。

視頻講解功能的實(shí)現(xiàn)：在紀(jì)念館內(nèi)視頻講解的對(duì)應(yīng)位置利用StaticMeshActor（靜態(tài)網(wǎng)格體），制作視頻播放器平面，使用UE4材質(zhì)系統(tǒng)制作視頻播放內(nèi)容材質(zhì)；創(chuàng)建MediaPlayer（媒體播放器），根據(jù)視頻需求選擇播放FileMediaSource（文件媒體源）或MediaPlayList（媒體播放列表）播放對(duì)應(yīng)視頻。由于使用的是本地視頻所以需要將項(xiàng)目所需的視頻內(nèi)容放到正確的目錄下，在項(xiàng)目文件夾的子文件夾Content中新建Movies文件夾用來(lái)存放視頻內(nèi)容。

1.8? 都江堰全景沙盤投影展示

都江堰全景沙盤主要由魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口進(jìn)水口三大部分和百丈堤、人字堤等附屬工程沙盤構(gòu)成。

都江堰全景沙盤實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建投影儀藍(lán)圖類，利用Spot Light（聚光源組件）與光照函數(shù)材質(zhì)制作投影儀，創(chuàng)建母材質(zhì)時(shí)需要將尺寸（一維向量節(jié)點(diǎn)），紋理貼圖轉(zhuǎn)換為參數(shù)方便實(shí)時(shí)更改投影大小和投影內(nèi)容。創(chuàng)建聚光源組件時(shí)要注意需要?jiǎng)?chuàng)建三個(gè)聚光源組件，分別對(duì)應(yīng)紅綠藍(lán)三種光照，避免投影畫面出現(xiàn)色差，如圖3所示。

1.9? 展品檢視功能

展品檢視功能：角色通過(guò)上下左右滑動(dòng)屏幕，可以全方位觀察展品。

展品檢視功能設(shè)計(jì)：體驗(yàn)者能夠全方位的觀察展品。

展品檢視功能實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建展品藍(lán)圖類，以人物角色藍(lán)圖為基礎(chǔ)添加物品檢測(cè)功能，通過(guò)SphereTraceByChannel（由通道檢測(cè)球體）節(jié)點(diǎn)判斷是否使用展品檢視功能。注意所有展品需要由同一個(gè)父類Actor派生。主要展品：神獸石犀、壁畫石板、蜀守武銅戈、石像等，如圖4所示。

2? 調(diào)試與發(fā)布

項(xiàng)目文件需要避免使用中文命名，同時(shí)保存路徑也不能出現(xiàn)中文路徑，否則會(huì)出現(xiàn)未知打包錯(cuò)誤。

在項(xiàng)目設(shè)置中，打包選項(xiàng)中勾選使用Pak文件，同時(shí)要打包特定影片中的文件夾添加為視頻內(nèi)容存放文件夾，避免打包應(yīng)用視頻內(nèi)容丟失；地圖和模式中游戲模式需要改為自己制作的游戲模式，游戲默認(rèn)地圖也要改為初始關(guān)卡，影片中可自己添加應(yīng)用啟動(dòng)界面。

項(xiàng)目打包需要階段性打包，避免未知打包錯(cuò)誤出現(xiàn)，需要從頭檢查程序正確性的情況發(fā)生。

3? 結(jié)? 論

疫情當(dāng)下，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與文旅產(chǎn)業(yè)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)虛擬參觀，在保證自身安全的前提下，實(shí)現(xiàn)紀(jì)念館的文化傳播能力和知識(shí)科普。

本項(xiàng)目使用3DsMax建模軟件進(jìn)行精準(zhǔn)建模，并使用Unreal Engine 4引擎插件DataSmith進(jìn)行資源導(dǎo)入，成功解決場(chǎng)景重復(fù)搭建，以及材質(zhì)導(dǎo)入U(xiǎn)E4引擎時(shí)丟失的問(wèn)題。

通過(guò)Unreal Engine4引擎的可視化編程（藍(lán)圖），材質(zhì)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)渲染技術(shù)等重要功能模塊解決了李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)的場(chǎng)景還原，角色漫游，文字講解，視頻講解等重要問(wèn)題，成功實(shí)現(xiàn)李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)。

李冰紀(jì)念館虛擬展示系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的視頻，圖片，文案宣傳，通過(guò)參觀虛擬紀(jì)念館，可以給體驗(yàn)者帶來(lái)更好的體驗(yàn)感，體驗(yàn)者對(duì)李冰紀(jì)念館也有了更進(jìn)一步地了解，進(jìn)而增加對(duì)李冰紀(jì)念館的宣傳力度，以及宣傳的趣味性，這對(duì)于李冰紀(jì)念館的宣傳也是一種新嘗試，也可以讓更多人通過(guò)李冰虛擬紀(jì)念館了解李冰的生平歷史、功績(jī)成就、治水理念與河工技術(shù)，進(jìn)而了解李冰水利工程對(duì)天府之國(guó)與現(xiàn)代水利發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)，宣傳李冰的治水思想理念、人文精神和現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡(jiǎn)介：劉廷言（1999.04—），男，漢族，四川瀘州人，本科在讀，研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)。

收稿日期：2022-11-01

基金項(xiàng)目：四川旅游學(xué)院第三批“課程思政”示范專業(yè)；四川旅游學(xué)院2020年校級(jí)雙語(yǔ)課程項(xiàng)目（ZL20200049）；川藏智慧旅游工程研究中心2022年開放基金項(xiàng)目（ZLGC2022B05）