基于VR技术的“重走一大路”虚拟漫游系统的研究与应用

    陈希赟 方玉燕 柏敏杰

    

    

    

    摘 要：基于VR技术的“重走一大路”虚拟漫游系统使用Unity作为系统主要开发工具，并使用3Ds Max软件制作人物和場景模型。本项目VR技术的实现得益于Unity引擎及steamVR和VRTK这两款VR开发插件的支持，并使用C#语言进行VR交互开发。通过佩戴VR头显设备，便可完成与场景中人物以及问答界面之间的交互。该项目研发完成后主要应用于高校思政教育及纪念建党百年。

    关键词：红船;党建;虚拟现实;交互

    中国共产党即将迎来建党百年，红色文化也越来越受到人们的重视，激励着中华儿女为理想和信仰拼搏奋斗。南湖红船是中国共产党诞生的标志，昭示着时代的高度与发展的方向，勉励我们沿着南湖红船开辟的革命航道奋勇前进。嘉兴南湖革命纪念馆馆长张志松在2011年接受浙江日报采访时告诉记者，红船先后已接受2200多万人次瞻仰。据数据统计显示，截至2019年12月31日，中国共产党党员总数为9191.4万名，突破9000万。习近平总书记曾说过，如果我们的党员同志能够来到南湖看一次展览，听一次党课，学一次党章，观一次专题片，瞻仰一次红船，重温一次入党誓词，有助于精神传承、思想升华。

    作为南湖红船畔的党员，我们考虑以红船为载体，利用VR技术实现虚拟化“重走一大路”与红船瞻仰。打破地域限制，依托数字媒体技术向全国广大党员同志再现南湖红船风采，可在全体党员中开展“游红船、悟初心”教育活动，传播红船精神。通过虚拟现实技术中的沉浸性、交互性和多感知性等特点再现我党诞生这一伟大历史时刻，激发党员同志爱党、敬党的感情。另通过对嘉兴市革命纪念馆、各大中小院校的调查研究，现在关于南湖红船、党建的展示都是基于视频或全景显示，没有VR技术所能够带来的沉浸式交互体验。通过VR这种新颖的浏览方式，可以让体验者的印象更深刻，南湖红船宣告了中国共产党的诞生，该项目研发具有很大社会意义。

    1 项目设计

    本项目主要用VR技术实现虚拟化重走一大路，再现南湖红船一大场景。用户带上VR头盔后，即到达狮子汇渡口乘坐游船游览南湖，继而登上湖心岛瞻仰南湖红船。利用VR技术可以逼真再现一大代表登岛上船的路线以及中共一大开会的场景。红船精神所昭示的是永不褪色的精神丰碑，利用VR技术可以身临其境地感受“红船劈波行，精神聚人心”的时代精神。更能展现我党是如何在风雨飘摇、生灵涂炭、民族危在旦夕时肩负起实现中华民族伟大复兴的历史使命。

    1.1 项目主要制作内容

    本项目研发重点在于场景制作和交互设计。场景制作主要利用3Ds Max软件，交互设计主要是在Unity软件中合成场景并通过C#语言实现交互功能。

    （1）通过实地调研，利用3D美术技术建构南湖景观、红船模型;

    （2）结合历史资料，利用3D美术技术建构中共一大代表人物模型，完成3D对象骨骼组合的有机运动;

    （3）通过实地调研并结合历史资料，利用3D美术技术，再现船内中共一大会议场景;

    （4）利用U3D技术完成场景搭建，用户可以在任何场景中实现沉浸式漫游和交互式学习;

    （5）用户可通过虚拟现实穿戴设备沉浸式进入一大会场，选择代表角色通过视、听、触、动觉的传感及反应装置，用户在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而了解一大代表人物生平事迹，学习一大会议精神。

    1.2 漫游流程设计

    进入虚拟场景后，用户先在第一场景中观看一段介绍党史的视频资料。随后跳转到第二场景，在狮子汇渡口登船漫游至南湖主场景，漫游者根据提示使用手柄登上湖心岛，开始问答交互。当完成所有问答后，会自动跳转至剧情模式，暗示漫游者进入红船内部。在红船内部可以进行人物交互，了解一大代表人物生平。当完成设定的主线后，漫游者可以使用手柄在整个南湖场景中自由游览。

    2 项目实现

    项目研发的关键技术包括：

    （1）3D美术：利用3Ds Max软件制作红船模型、一大代表人物模型，构建全景模型;

    （2）U3D开发：利用Unity3D引擎搭建场景，开发虚拟现实系统，完成场景漫游;

    （3）交互技术开发：通过C#脚本实现交互训练功能，完成软件平台。

    2.1 场景与人物建模

    因在Unity中无法制作有细节的模型，所以需要通过3D Max来制作人物模型，在导出UV后通过BodyPaint 3D和Photoshop绘制贴图，并把贴图导入3D Max的材质球中进行贴图，导出fbx格式后，导入Unity中使用。建筑场景和道具物品的制作方法相同。

    Unity自带的地形系统非常强大，可以使用Terrain地形模板来制作一些复杂地形的设计，如高山、湖泊和草原等。在建造场景地形时，主要运用Terrain模板中的Raise/Loewe Terrain和Brushes工具，这样可以通过对部分地形的上升和下降来实现主要地形的搭建，再通过笔刷来一点点绘制和修改地形。水面则运用Unity中自带的Environment资源包来进行实现，通过导入资源包可以手动将资源包中的水面资源拖入到场景相应位置中。场景中的复杂模型则是将事先建好的fbx模型文件拖入Unity中的Assets文件目录下，再进行场景布置。

    图2 地形制作? 图3 水面制作

    2.2 虚拟漫游

    2.2.1 定点漫游

    进入南湖主场景后，场景地面、树木和建筑等模型的Mesh Collider组件均为不可用，同时在地面上安置三个高亮的固定传送点，当完成所有固定点交互要求后，高亮点消失，启用场景内所有物体的Mesh Collider组件。

    2.2.2 自由漫游

    启用场景地面Mesh Collider碰撞组件，在VRTK_SDKManager中创建一个空物体，并重命名为PlayArea，添加组件VRTK_Basic Teleport并设置相关属性，传送都是基于碰撞的，所以需要给要进行传送的物体或区域添加Collider碰撞组件。如是禁止传送，要在这些物体上设置Collider碰撞组件，并修改tag标签为nopass为不可穿越，将PolicyList组件改为Ignore，提示射线为不可传送的色彩。为防止在实际运行中穿模导致陷入模型中的情况，需在PlayArea中添加VRTK_TeleportDisableOnHeadsetCollision和VRTK_HeadsetCollision两个组件进行组件控制。

    2.2.3 360度环视

    运用CameraRig组件可以控制摄像机随着VR头盔的旋转而旋转，并将旋轉轴的坐标信息反馈给绑定的对象上。

    2.3 嵌入并播放视频

    Unity支持mov、mpg、mpeg、mp4等多种视频播放格式，但是这些格式在导入Unity时，都会转码为ogv格式。因此为了节省转码时间，可直接将视频转化为ogv格式再导入Unity中。播放功能则是用到了Unity中的VideoPlay控件，主要运用常规的播放控制方法如：Play、Pause、Stop、isPlaying，isLooping等功能。

    2.4 交互问答

    在主剧情的推动下，漫游者需要在规定的路线上完成指定的问答后才能继续前进。通过Unity的GUI制作UI界面，在Canvas中添加Text文字信息和Buttom按钮提交。因为要避免手柄射线穿透导致无法点击按钮的情况，因此要在Canvas中加入VRTK的VRTK_UICanvas脚本。为了避免VR头盔中的显示问题，修改Canvas中的Render Mode为World Space，再通过判断脚本来识别答案的正确与否。制作关卡点时，需给目标点添加VRTK_DestinationPoint脚本用来接收射线实现人物的移动以及下一个答题面板的出现，关键代码如下：

    2.5 剧情模式

    创建一个可以引导用户的暗示，制作一个剧情模式，使用Unity中的空物体为其附加一个Box Collider组件，放置于最后一个高亮点，完成交互问答最后一题时，触发剧情脚本。在看完剧情后，通过销毁代码来销毁不需要的模型，关闭mzdMove脚本，关键代码如下：

    2.6 人物模型交互

    用户可以使用手柄点击人物模型，从而在跳转出来的UI界面中看到所选人物的生平事迹。在Unity中为人物模型添加一个Mesh Collider组件，使其拥有碰撞体。结合VRTK插件中的检测碰撞的API点击实现人物生平UI界面的跳出和消失。在GUI的Canvas中添加两个Image组件，赋予背景和人物贴图材质，在Canvas中添加Text组件，添加人物生平文字介绍。添加答题按钮Buttom组件，深入了解人物经历。整理GUI排版设计，简洁明了地呈现在人物模型身边，以便用户了解查看。为了不让射线穿透GUI界面在需Canvas中添加VRTK_UICanvas脚本。

    3 项目应用

    在党的重大纪念、主题教育活动期间，到南湖红船缅怀革命先辈，看一次展览、听一次党课、学一次党章、观一次专题片、瞻仰一次红船、重温一次入党誓词，已成为各级党组织和党员干部的优良传统。[1]为回顾建党历史，纪念建党百年，本项目以红船为载体，利用VR技术可面向九千万党员同志实现虚拟化“重走一大路”并瞻仰红船，感悟初心和使命。该项目搭配VR头显设备可广泛应用于大中小院校、企事业单位、社区等基层党组织以开展爱国教育，弥补广大党员同志不能亲临嘉兴南湖的遗憾，其社会效益明显。

    但目前虚拟现实技术在党建方面的应用还不广泛，在中国知网检索VR/虚拟现实+党建，文献结果不足20条。随着“互联网+”时代的发展，加强党在新形势下的建设，充分利用网络信息将现实党建的全部内涵在网络虚拟世界中进行延伸，将网民网上及网下的互动相结合，虚拟党建与现实党建相结合，加强网络党内外的互动，积极发挥虚拟党建的作用，采取正确的行动策略提高各级党组织的网络建设能力及党员干部的网络素质，不断的丰富党建的内容及形式，构建贯通虚拟党建与现实党建的工作运行机制显得非常重要。[2]

    VR党建是互联网+党建教育的具体实践和应用，利用新型的信息技术手段，将新媒体新技术融入到党建工作中，将虚拟现实技术应用于党建展览馆的设计与建设中，既能够解决场地和时间对基层党员参观学习的限制问题，又能通过数字化的展览馆形式使党建文化更加生动、有趣、便捷地展现在学习者面前。[3]

    虚拟现实技术因其特点在高校党建思想政治教育中尤具重大意义和价值。党的建设是党领导的伟大事业不断取得胜利的秘诀，高校党的建设更是中国共产党建设中重要的组成部分。推动高校党建的形式创新，对推进我国党建的发展完善有着重要价值。[4]该项目应用在课堂教学中，可以将原本抽象的党建思政概念变得生动、直观、形象，立体画面感的展示有助于加速学生对理论知识的理解和运用。习近平总书记指出，革命传统资源是我们党的宝贵精神财富，要把红色资源利用好、把红色传统发扬好、把红色基因传承好。传统的党建思政社会实践主要以参观和考察“红色旅游”景点和爱国主义教育基地、走访新农村、社会调研、假期“三下乡”社会实践活动、社会公益活动、“青年志愿者”等活动形式进行展开。然而，从时间、空间和安全性等多因素考虑，很难让所有学生都能走出去，因此难以将抽象的道理转化为鲜活的故事、生动的例子，内化于心、外化于形，实现思政教育润人心脾的目标。但通过VR技术可以弥补传统课程教学的不足，通过视觉、听觉等全方位立体化互动式学习体验，打破传统体验式红色教育的时空限制，真实再现红色革命场景以引导学生矢志不渝听党话、跟党走，增强使命担当，争做社会主义可靠接班人。

    4 结语

    本项目的研发和应用也是对中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》的贯彻和落实。该项目能有效缓解党史、党建理论学习的枯燥性，通过寓教于乐的学习方式更好地宣传红船精神，有利于提升学习者对党史、党建学习的积极性和趣味性，能更好地建立和培养起青年学生的社会主义价值观。使用虚拟现实技术实现嘉兴红船一大会议的展示，通过虚拟现实设备的交互让体验者可以更好地在南湖红船上体验到当时一大会议的场景，让体验者可以更好地认识开展会议的人大代表。可以更好地通过虚拟现实技术中沉浸性、交互性和多感知性特性再现我党诞生这一伟大历史时刻。

    参考文献：

    [1]葛慧君.大力弘扬“红船精神”[N].光明日报，2017-11-02

    [2]张安庆，王安吉.基于虚拟党建与现实党建相关性的分析[J].才智，2014，（35）：299.

    [3]董楠楠，栾婷.基于虚拟现实技术的沈阳市社区教育——党建展览馆的设计与研究[C].第十六届沈阳科学学术年会论文集（理工农医），2019-10.

    [4]白惠敏，纪甜，吕咪，赖喜琳，肖爱，莫绪鹏，彭青和.智慧党建结合VR技术建设高校党建的可行性分析[J].现代信息科技，2019，3（6）：128-131.

    作者简介：陈希赟（1988—），女，汉族，浙江嘉兴人，硕士，中级职称，研究方向：人机交互。