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摘 要：2016年以来虚拟现实技术在文化遗产的数字化传承中得到广泛应用，文章针对齐鲁乡村传统手工艺的虚拟现实系统开发问题进行讨论，从设计目标、系统需求分析、系统软件和硬件的选择、系统功能模板的设计四方面分析虚拟现实系统的设计思路。
关键词：虚拟现实技术;齐鲁乡村;传统手工艺
“2016年被称为“虚拟现实元年”，虚拟现实技术沉浸式的体验形式和人机交互的操纵环境，为文化遗产的开发和利用提供新的空间。乡村传统手工艺是文化遗产的重要形式之一，不同种类的手工技艺所使用的材料、制作工具、工艺程序、产品等物理形态不同，其虚拟现实系统界面呈现的形式不同，但系统的内在搭建思路一致。文章深入分析齐鲁乡村传统手工艺虚拟现实系统的实现方法和内在搭建思路，以期为齐鲁乡村传统手工艺的虚拟现实系统的搭建与实践提供指导性建议。
一、齐鲁乡村传统手工艺虚拟现实数字化保护研究的必要性
齐鲁乡村传统手工艺在齐鲁特定区域的生活生产方式下，依托村民以特殊技艺为表现手段，以“口传身教”作为文化传承方式， “静态”的数字化保护难以将其错综复杂的制作过程完整表达出来，因此面临着后继无人、技艺失传等问题[1]，而虚拟现实技术运用3D等多媒体技术，营造逼真、生动的展示效果，让用户得到沉浸式体验，为齐鲁乡村传统手工艺的信息共享和再生提供有力保障。[2]
二、乡村传统手工艺虚拟现实的特点
首先，乡村传统手工艺虚拟现实还原操作者完整劳动过程。利用VR技术将乡村传统手工艺进行建模，再现乡村传统手工艺的繁盛历史、操作流程、技艺形态等。学习者真实体验操作的过程，以实现沉浸式体验。
其次，VR技术改变之前学习者对单一物理化形态的视觉感知，实现虚拟世界数字化形态多感知。学习身临其境的参与到乡村传统手工艺的各个场景，将抽象的数据信息或经验变换成熟悉的体验，提高学习效率。
再次，虚拟现实中乡村传统手工艺建模复杂，既要实现对乡村传统手工艺方法的建模，同时需对手工技艺的成品进行建模。
三、手工技艺虚拟现实系统设计
乡村传统手工艺虚拟现实系统的设计，首先需明确系统设计的目标，并对系统进行需求分析;其次进行系统的功能模块设计，功能模块分为场景管理模块和场景创建模块;再次对各模块进行分解并详细进行设计，编写代码;最后进行模块整合并对整个系统进行测试、调试、完善。
1 设计目标
系统的设计满足以下几个目标：其一、易操作性。系统中各个功能操作方便，内容易于查找;其二、适用性。系统根据乡村传统手工艺独有的文化特质进行设计;其三、场景真实性。虚拟现实系统中所有乡村传统手工艺的展示场景、操作场景与真实场景有较高的匹配度，提高用户的体验度。[3]
2 系统需求分析
（1）数字化存储需求。数字化的存储是乡村传统手工艺保护的重要形式，首先确定数字化信息采集的内容。根据信息的内容明确乡村传统手工艺数字化存储的形式如文本、图片、视频、音频、动作等，将数据资源分类储存，以便实时调用。
（2）满足乡村传统手工艺全方位展示的需求。针对具体的乡村传统手工艺提取其工艺特征，围绕乡村传统手工艺涵盖的内容进行信息解读和展示。
（3）安全性需求。安全性需求是所有系统所具备的基本条件，除了在内部设置可靠的防火墙，还需严格控制管理权限，不同用户赋予不同的权限，以保证系统的安全性。
3 虚拟现实系统的硬件设备的选择
硬件设备需根据展示物体的特点进行选择，乡村传统手工艺多以手部操作为主，感知手部的动作并能模拟触觉，身体需自由活动，因此乡村传统手工艺虚拟现实系统硬件选择为数据手套、集耳机和耳麦一体的头盔显示器、光学追踪系统、计算机系统。
4 系统功能模块设计
（1）虚拟现实系统平台设计框架
手工技艺虚拟展示系统包括用户使用的前端交互界面和管理员使用的后端管理界面。前端交互以虚拟场景为界面，在虚拟环境中植入乡村传统手工艺的三维展示、场景演示、模拟创作三大模块。在三维展示模块中，导入手工技艺3D文件和3D模型，呈现其产品三维展示、产品纹理的三维展示、产品制作工具的三维介绍。
（2）虚拟现实系统场景创建模块
（2.1）3D模型创建
3D模型的创建主要是创建手工技艺特定的三维立体模型，目前大多通常采用3Dmax 软件。手工技艺建模的内容包括：手工艺品单品建模、手工制作工具整体建模、手工制作工具小品建模、人物或景物小品建模等。
（2.2）虚拟环境创建
3D模型建立好后，需将其放置于特定的交互的3D 环境中，目前国内常用工具为Vega，Vega 根据专业需要而设计的既直观又易用的3D 环境观察和交互接口，主要用虚拟现实、实时视景仿真以及其它可视化领域的应用软件环境。
（2.3）真实感模型创建
真实感模型主要对构建的3D模型的材质、透明度和纹理等进行设置，模拟真实的物理规律，进而制作完全仿真的动画效果，进而完成对虚拟仿真模型的渲染。
（3）虚拟现实系统场景管理模块
虚拟场景管理包括渲染控制、漫游控制、沉浸控制。渲染控制是对部分仿真数据进行不同参数设置，进而实现不同方式的渲染。漫游控制包括视角控制和动态虚拟控制。视角控制是对三维坐标视角进行实时转换、缩放等，动态虚拟控制则对制作的工序进行控制。沉浸控制借助立体显示设备将用户封闭于虚拟空间，完成触觉和动觉的控制。
将上述功能模块进行分解，并将各部分模块搭建到虚拟现实系统平台设计框架中，进而完成整个系统的设计。
四、结论
目前国内外对特定文化遗产的虚拟现实实现方法研究较少，不同形式的文化遗产的虚拟现实系统的研发将成为文化学者未来研究的重要方向。文章针对乡村传统手工技艺独有特质，分析其虚拟现实系统设计方法，为其数字化复原和再现技术提供理论支撑。文章对乡村手工技艺虚拟现实系统的共性设计思路进行探讨，并中未涉及具体的手工技艺，对特定手工技艺虚拟系统的设计研发和实现有待继续研究。
参考文献：
[1]张爽，彭珊珊，凌慧东.传统手工艺数字化平台的设计与实现[J].无线互联科技，2018，5（03）：71.
[2]陈旺，朱米娜. 徽州牌坊VR 虚拟现实数字化保护与沉浸式研究[J]. 赤峰学院学报（ 自然科学版），2017，33（09）：87.
作者簡介：
杨雅莉，硕士，讲师，工作单位：烟台南山学院，从事胶东传统民俗文化研究。
关键词：虚拟现实技术;齐鲁乡村;传统手工艺
“2016年被称为“虚拟现实元年”，虚拟现实技术沉浸式的体验形式和人机交互的操纵环境，为文化遗产的开发和利用提供新的空间。乡村传统手工艺是文化遗产的重要形式之一，不同种类的手工技艺所使用的材料、制作工具、工艺程序、产品等物理形态不同，其虚拟现实系统界面呈现的形式不同，但系统的内在搭建思路一致。文章深入分析齐鲁乡村传统手工艺虚拟现实系统的实现方法和内在搭建思路，以期为齐鲁乡村传统手工艺的虚拟现实系统的搭建与实践提供指导性建议。
一、齐鲁乡村传统手工艺虚拟现实数字化保护研究的必要性
齐鲁乡村传统手工艺在齐鲁特定区域的生活生产方式下，依托村民以特殊技艺为表现手段，以“口传身教”作为文化传承方式， “静态”的数字化保护难以将其错综复杂的制作过程完整表达出来，因此面临着后继无人、技艺失传等问题[1]，而虚拟现实技术运用3D等多媒体技术，营造逼真、生动的展示效果，让用户得到沉浸式体验，为齐鲁乡村传统手工艺的信息共享和再生提供有力保障。[2]
二、乡村传统手工艺虚拟现实的特点
首先，乡村传统手工艺虚拟现实还原操作者完整劳动过程。利用VR技术将乡村传统手工艺进行建模，再现乡村传统手工艺的繁盛历史、操作流程、技艺形态等。学习者真实体验操作的过程，以实现沉浸式体验。
其次，VR技术改变之前学习者对单一物理化形态的视觉感知，实现虚拟世界数字化形态多感知。学习身临其境的参与到乡村传统手工艺的各个场景，将抽象的数据信息或经验变换成熟悉的体验，提高学习效率。
再次，虚拟现实中乡村传统手工艺建模复杂，既要实现对乡村传统手工艺方法的建模，同时需对手工技艺的成品进行建模。
三、手工技艺虚拟现实系统设计
乡村传统手工艺虚拟现实系统的设计，首先需明确系统设计的目标，并对系统进行需求分析;其次进行系统的功能模块设计，功能模块分为场景管理模块和场景创建模块;再次对各模块进行分解并详细进行设计，编写代码;最后进行模块整合并对整个系统进行测试、调试、完善。
1 设计目标
系统的设计满足以下几个目标：其一、易操作性。系统中各个功能操作方便，内容易于查找;其二、适用性。系统根据乡村传统手工艺独有的文化特质进行设计;其三、场景真实性。虚拟现实系统中所有乡村传统手工艺的展示场景、操作场景与真实场景有较高的匹配度，提高用户的体验度。[3]
2 系统需求分析
（1）数字化存储需求。数字化的存储是乡村传统手工艺保护的重要形式，首先确定数字化信息采集的内容。根据信息的内容明确乡村传统手工艺数字化存储的形式如文本、图片、视频、音频、动作等，将数据资源分类储存，以便实时调用。
（2）满足乡村传统手工艺全方位展示的需求。针对具体的乡村传统手工艺提取其工艺特征，围绕乡村传统手工艺涵盖的内容进行信息解读和展示。
（3）安全性需求。安全性需求是所有系统所具备的基本条件，除了在内部设置可靠的防火墙，还需严格控制管理权限，不同用户赋予不同的权限，以保证系统的安全性。
3 虚拟现实系统的硬件设备的选择
硬件设备需根据展示物体的特点进行选择，乡村传统手工艺多以手部操作为主，感知手部的动作并能模拟触觉，身体需自由活动，因此乡村传统手工艺虚拟现实系统硬件选择为数据手套、集耳机和耳麦一体的头盔显示器、光学追踪系统、计算机系统。
4 系统功能模块设计
（1）虚拟现实系统平台设计框架
手工技艺虚拟展示系统包括用户使用的前端交互界面和管理员使用的后端管理界面。前端交互以虚拟场景为界面，在虚拟环境中植入乡村传统手工艺的三维展示、场景演示、模拟创作三大模块。在三维展示模块中，导入手工技艺3D文件和3D模型，呈现其产品三维展示、产品纹理的三维展示、产品制作工具的三维介绍。
（2）虚拟现实系统场景创建模块
（2.1）3D模型创建
3D模型的创建主要是创建手工技艺特定的三维立体模型，目前大多通常采用3Dmax 软件。手工技艺建模的内容包括：手工艺品单品建模、手工制作工具整体建模、手工制作工具小品建模、人物或景物小品建模等。
（2.2）虚拟环境创建
3D模型建立好后，需将其放置于特定的交互的3D 环境中，目前国内常用工具为Vega，Vega 根据专业需要而设计的既直观又易用的3D 环境观察和交互接口，主要用虚拟现实、实时视景仿真以及其它可视化领域的应用软件环境。
（2.3）真实感模型创建
真实感模型主要对构建的3D模型的材质、透明度和纹理等进行设置，模拟真实的物理规律，进而制作完全仿真的动画效果，进而完成对虚拟仿真模型的渲染。
（3）虚拟现实系统场景管理模块
虚拟场景管理包括渲染控制、漫游控制、沉浸控制。渲染控制是对部分仿真数据进行不同参数设置，进而实现不同方式的渲染。漫游控制包括视角控制和动态虚拟控制。视角控制是对三维坐标视角进行实时转换、缩放等，动态虚拟控制则对制作的工序进行控制。沉浸控制借助立体显示设备将用户封闭于虚拟空间，完成触觉和动觉的控制。
将上述功能模块进行分解，并将各部分模块搭建到虚拟现实系统平台设计框架中，进而完成整个系统的设计。
四、结论
目前国内外对特定文化遗产的虚拟现实实现方法研究较少，不同形式的文化遗产的虚拟现实系统的研发将成为文化学者未来研究的重要方向。文章针对乡村传统手工技艺独有特质，分析其虚拟现实系统设计方法，为其数字化复原和再现技术提供理论支撑。文章对乡村手工技艺虚拟现实系统的共性设计思路进行探讨，并中未涉及具体的手工技艺，对特定手工技艺虚拟系统的设计研发和实现有待继续研究。
参考文献：
[1]张爽，彭珊珊，凌慧东.传统手工艺数字化平台的设计与实现[J].无线互联科技，2018，5（03）：71.
[2]陈旺，朱米娜. 徽州牌坊VR 虚拟现实数字化保护与沉浸式研究[J]. 赤峰学院学报（ 自然科学版），2017，33（09）：87.
作者簡介：
杨雅莉，硕士，讲师，工作单位：烟台南山学院，从事胶东传统民俗文化研究。