第1章緒論1.1選題背景在生活水平持續(xù)提升引發(fā)的全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，虛擬漫游交互設計的研究與發(fā)展顯得尤為重要。該領域作為數(shù)字技術(shù)的前沿應用，通過實現(xiàn)不同數(shù)字媒體技術(shù)之間的協(xié)同合作，有效推進多學科交叉融合。虛擬漫游系統(tǒng)中的交互設計猶如一座溝通設計師與用戶的橋梁，旨在實現(xiàn)深度沉浸式體驗和高效的人機交互目標。展望未來，虛擬漫游的發(fā)展?jié)摿o限，其交互設計的優(yōu)化與革新將有力地推動相關技術(shù)的進步和應用拓展。1.2選題目的及意義1.2.1目的選題目的：龍?zhí)端l(xiāng)是成都市打造的又一張文化旅游名片，被譽為成都市的“清明河上圖”。由于開發(fā)商由于土地糾紛而陷入官司中，且沒有地鐵直達，交通不便捷。導致龍?zhí)端l(xiāng)這座花了20億元建造的仿江南水鄉(xiāng)的龍?zhí)端l(xiāng)被人們所淡忘，因此，為了大力弘揚江南水鄉(xiāng)文化，采用交互技術(shù)在歷史文化的保護與傳播過程中的作用就顯得尤為重要。運用交互技術(shù)在虛擬漫游中的設計與實現(xiàn)，可以對江南水鄉(xiāng)文化起到保護、弘揚和再現(xiàn)的效果，這樣既可以為相關的宣傳工作人員提供大力的幫助與支持，還能帶動龍?zhí)端l(xiāng)經(jīng)濟的發(fā)展，吸引更多游客前來打卡拍照，促進成都發(fā)展。1.2.2意義理論意義：交互設計作為媒介，構(gòu)建了設計者與用戶間深入溝通的渠道，旨在實現(xiàn)高度個性化和人性化的用戶體驗。有助于深化我們對人機交互的理解，推動相關理論和技術(shù)體系的發(fā)展。而龍?zhí)端l(xiāng)作為中國歷史文化的一部分，為了更好的宣傳和弘揚龍?zhí)端l(xiāng)的文化價值意義和價值內(nèi)涵，將交互技術(shù)應用到虛擬漫游之中，使人們能夠更加直觀立體的感受到春秋祠特有的文化魅力，也能讓人們體會到科技與文化相結(jié)合的真切感受。而運用交互系統(tǒng)在虛擬漫游中的設計與實現(xiàn)，是轉(zhuǎn)變和增強龍?zhí)端l(xiāng)這類歷史文化影響力的重要技術(shù)和方式，也是文化旅游從單一的實地參觀轉(zhuǎn)變?yōu)椴辉谑軙r空、地點等條件限制的一個發(fā)展途徑。實踐意義：基于虛擬漫游在文化傳播上的目的，通過建立《龍?zhí)端l(xiāng)》漫游交互系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，能夠更好的展現(xiàn)歷史文化的發(fā)展過程和文化影響，從而讓更多的人對傳統(tǒng)江南水鄉(xiāng)文化產(chǎn)生興趣，讓人們能夠?qū)崟r和全方位的體會到虛擬漫游所帶來的真實現(xiàn)場感和交互體驗感。因此交互技術(shù)的創(chuàng)新與運用使其融入到人們的日常生活中去，能夠十分有效的豐富和便捷人們生活，本文旨在結(jié)合現(xiàn)有相關理論研究，設計虛幻交互技術(shù)以期達到真實、互動的效果增強其幸福感。通過這種技術(shù)手段，提高虛擬漫游體驗的質(zhì)量，滿足用戶多元化需求，最終引領和推動數(shù)字化旅游產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進步與升級。1.3國外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀交互設計（InteractionDesign）這一概念是在20世紀80年代初被正式提出，特別是在1984年由IDEO的聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·莫格里奇（BillMoggridge）在一次設計會議上引入，標志著這一領域的獨立化和專業(yè)化進程的開始。隨著計算機技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，20世紀90年代末期，人機交互（Human-ComputerInteraction,HCI）研究的關注焦點逐漸轉(zhuǎn)向更加高級和多元化的交互形式，如智能化交互（如自然語言處理、智能推薦系統(tǒng)）、多媒體交互（如音視頻同步交互）、虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實交互以及更深度的人機協(xié)同工作等方向。進入21世紀后，交互設計的應用范圍進一步拓寬，尤其在移動設備、網(wǎng)絡服務、游戲娛樂、智能家居等領域取得了顯著進展。2007年的“羅馬再生”項目是國際合作的一個例子，該項目可能運用了先進的交互技術(shù)和設計理念來復原或者再現(xiàn)羅馬歷史文化景觀，結(jié)合現(xiàn)代科技手段為用戶提供沉浸式的交互體驗，從而推動了文化保護與傳播手段的創(chuàng)新升級，實現(xiàn)世界上最大的虛擬古建筑,通過虛擬漫游的設計實現(xiàn)了在虛擬羅馬城中可實現(xiàn)多角度游覽。2011年2月1日，GoogleArts&Culture正式啟動，該項目借助Google先進的街景技術(shù)和高分辨率攝影技術(shù)，讓用戶能夠在網(wǎng)上如同親臨現(xiàn)場般參觀全球各地的知名博物館和藝術(shù)館，瀏覽其中的藝術(shù)品和歷史遺跡。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，GoogleArts&Culture還可能通過VR技術(shù)為用戶提供更加沉浸式和互動性的觀賞體驗，讓觀眾仿佛置身于真實的博物館環(huán)境中，極大地拓寬了藝術(shù)教育和文化傳播的可能性和邊界。2022年法國推出了《永恒的巴黎圣母院》沉浸式虛擬展覽,巴黎圣母院通過虛擬數(shù)字化手段還原了建筑原貌,并加入語音導覽進行介紹。在虛擬交互技術(shù)方面，交互系統(tǒng)的作用使得在生活、科技、教育等領域都更加的成熟化和便捷化，在這些國外研究和實踐的基礎之上，讓生活中的虛擬交互開始得到了廣泛的應用。GoogleArts&Culture項目不僅體現(xiàn)了科技巨頭Google對于文化藝術(shù)傳播的貢獻，而且也是虛擬現(xiàn)實在文化和教育領域應用的典型案例。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀而相較于國外的交互設計發(fā)展技術(shù)，國內(nèi)相對于起步較晚，交互系統(tǒng)在發(fā)展之初技術(shù)相對還不夠成熟。20世紀90年代以后，由于各項技術(shù)（計算機圖形學、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)以及網(wǎng)絡通信技術(shù)）的突破與發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了快速發(fā)展，并成為一個獨立的領域。陜西數(shù)字博物館的籌建始于2010年，正逢這一技術(shù)發(fā)展的關鍵時期。至2011年底，陜西數(shù)字博物館成功實現(xiàn)了上線試運行，利用當時先進的數(shù)字化手段，如三維建模、虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建了一個線上展示平臺，使用戶能夠在線上“走進”博物館，觀覽各種文物和展覽，體驗前所未有的數(shù)字化參觀方式。2022年7月5日中國國家博物館采用了多媒體和虛擬現(xiàn)實等數(shù)字化技術(shù)，以增強觀眾體驗，使他們能夠在虛擬環(huán)境中漫游，更直觀地了解文化遺產(chǎn)的全貌。此外，數(shù)字博物館能夠?qū)⒉┪镳^環(huán)境制成3D模型，允許游客在虛擬空間中自由瀏覽并觀賞藏品的三維仿真展示，同時查詢相關信息資料。這樣的技術(shù)應用不僅提高了管理效率，還打破了時間和空間的限制，實現(xiàn)了文化的“活化”和“動態(tài)”展示并已經(jīng)完成了60個展覽的建立。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛地應用于醫(yī)療、旅游、游戲等領域。加上互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，各種交互系統(tǒng)開始得到大跨步的發(fā)展，在經(jīng)濟發(fā)展前沿的城市中已經(jīng)產(chǎn)生專門的交互系統(tǒng)設計的機構(gòu)，交互系統(tǒng)逐漸開始完善和成熟。總的來說，國內(nèi)的交互系統(tǒng)雖然起步較晚，但是相應的實踐和研究卻一直在快速發(fā)展，隨著交互系統(tǒng)應用領域的進一步拓展，更多的交互系統(tǒng)應用到各種行業(yè)領域，使得交互系統(tǒng)不斷的創(chuàng)新和成熟。因此,在近年來，國內(nèi)一些虛擬現(xiàn)實新技術(shù)研究的重要研究組織機構(gòu)和我國高校之間也陸續(xù)取得了一些較有廣闊發(fā)展空間和前景良好的研究成果。在旅游領域，借助逼真的虛擬場景，人們足不出戶就能體驗到當?shù)氐娘L景。越來越多的人愿意接受并嘗試虛擬現(xiàn)實旅游。1.3研究內(nèi)容本課題研究基于虛幻引擎的水鄉(xiāng)三維漫游系統(tǒng)，利用三維建模還原水鄉(xiāng)原貌，利用虛幻引擎ue5技術(shù)復原文化水鄉(xiāng)、虛幻引擎漫游和動態(tài)展示，具體流程圖如圖1-1所示。圖1-1實現(xiàn)流程1.4研究方法1.4.1方法資料收集法：首先在互聯(lián)網(wǎng)上收集龍?zhí)端l(xiāng)相關數(shù)據(jù)資料，以及了解更多對水鄉(xiāng)的建筑歷史來源以及如何保護和還原措施，然后分析整理設計出適合本課題的相關交互技術(shù)，系統(tǒng)設計奠定基礎。文獻研究法：通過閱讀研究大量國內(nèi)外相關文獻資料，搜集、整理文獻內(nèi)容，并分析文獻相關內(nèi)容來獲取資料信息，為系統(tǒng)設計及論文的撰寫奠定理論基礎。實踐研究法：通過項目進行實踐，使用3DMAX進行水鄉(xiāng)建模，再將建筑模型導入虛幻引擎中，制作相關材質(zhì)，進行場景的制作，以第三人稱的形式漫游水鄉(xiāng)，加入水鄉(xiāng)互動小游戲，場景小地圖，提示UI，完成虛擬水鄉(xiāng)漫游。1.4.2論文研究框架這篇論文專注于研究和設計一個基于虛幻引擎的虛擬水鄉(xiāng)漫游系統(tǒng)，旨在響應數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的大趨勢，推動交互設計及技術(shù)的發(fā)展，并以此服務于龍?zhí)端l(xiāng)的經(jīng)濟發(fā)展與江南水鄉(xiāng)文化的傳承保護與弘揚。本文分為4個章節(jié)，具體章節(jié)內(nèi)容概述如下：第一章：選題背景與意義背景：討論了數(shù)字化技術(shù)在各行各業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中的重要性，特別是在文化旅游領域?qū)换ピO計優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新的需求。目的：明確提出要通過構(gòu)建基于虛幻引擎的虛擬漫游系統(tǒng)來促進龍?zhí)端l(xiāng)的經(jīng)濟發(fā)展，同時強調(diào)了對江南水鄉(xiāng)文化遺產(chǎn)的保護與傳播。意義：闡明了該項目實施能夠提升游客的體驗質(zhì)量，從而推動數(shù)字化旅游產(chǎn)業(yè)不斷向前發(fā)展與升級，并針對國內(nèi)外相關研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了深入分析。第二章：技術(shù)實現(xiàn)分析重點技術(shù)手段：詳述了如何借助3DMAX三維建模技術(shù)、虛幻引擎技術(shù)、碰撞檢測技術(shù)這三個技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境模擬技術(shù)來共同打造真實且互動性強的虛擬漫游環(huán)境。第三章：水鄉(xiāng)場景設計與制作需求分析：針對水鄉(xiāng)的具體應用場景和用戶需求進行了深入剖析。模型與貼圖設計：具體展示了如何對龍?zhí)堕w等主體建筑進行精細建模，包括江南特色物件如長椅的三維制作以及拱橋等場景的貼圖設計與實際效果呈現(xiàn)，最后整體展示了水鄉(xiāng)建筑群落的虛擬構(gòu)建成果。第四章：交互功能實現(xiàn)與應用人稱視角切換：介紹了系統(tǒng)支持的第一人稱視角和第三人稱視角切換的功能實現(xiàn)。交互游戲設計：設計了諸如換裝游戲、猜燈謎游戲等多種沉浸式互動環(huán)節(jié)，以及與虛擬角色如船夫、非玩家角色（NPC）之間的語言交互功能。UI設計與導航：論述了如何通過制作直觀易用的用戶界面（UI）和動態(tài)引導，幫助漫游者更好地游覽虛擬水鄉(xiāng)。多媒體視頻：包含了水鄉(xiāng)介紹視頻等內(nèi)容的創(chuàng)作與整合，豐富了用戶體驗并加深了用戶對水鄉(xiāng)文化的理解。通過以上四個章節(jié)的系統(tǒng)研究與設計，該論文致力于構(gòu)建一個既具備高度還原性又充滿互動樂趣的虛擬水鄉(xiāng)漫游系統(tǒng)，為用戶提供全新的數(shù)字化游覽體驗，并且能夠推動旅游業(yè)的現(xiàn)代化進程。小結(jié)：通過對此章節(jié)的研究確定龍?zhí)端l(xiāng)這一選題符合課題，能夠繼續(xù)研究設計交互完成虛擬漫游系統(tǒng)的制作。

第2章虛擬水鄉(xiāng)漫游系統(tǒng)技術(shù)分析2.1項目實現(xiàn)相關技術(shù)需求2.1.13DMAX建模技術(shù)3DMAX是由美國AutoDesk公司開發(fā)的一款三維建模和渲染軟件。它提供了強大的建模工具、渲染引擎以及動畫制作功能，能夠滿足用戶對于三維模型的設計、制作和呈現(xiàn)的需求。本虛擬漫游系統(tǒng)中模型的創(chuàng)建所運用的版本是3DMAX2022，操作界面如圖2-1。圖2-13DMAX操作界面主要運用了此技術(shù)的建模技術(shù)利用幾何原理遵循點、線、面建模規(guī)則創(chuàng)建出所需模型的三維表現(xiàn)形勢，骨骼系統(tǒng)通過綁定技術(shù)將NPC所需骨骼關聯(lián)到模型的頂點上，制作出能夠控制模型的動作，關鍵幀動畫技術(shù)設置動畫序列中的關鍵幀，使人物能夠做出打招呼、走路等動作。建模、骨骼綁定、關鍵幀動畫技術(shù)是完成此次設計的基礎，對水鄉(xiāng)中的主建筑龍?zhí)堕w、烏篷船、橋等建筑物雕刻建模做出模型，以及水鄉(xiāng)漫游中的漫游者動畫的設計使其完成基本的人物交流動作，為后期將模型導入虛幻引擎進行開發(fā)和交互設計奠定基礎。2.1.2虛幻引擎技術(shù)虛幻引擎是由EpicGames開發(fā)的，其中基本功能包括三維引擎技術(shù)、物理引擎技術(shù)、藍圖、諸多平臺支持導入導出、增強渲染效果庫。在項目中選擇3DMAX對場景建筑進行建模，通過對藍圖控制實現(xiàn)虛擬漫游。本虛擬漫游系統(tǒng)中交互設計是采用的虛幻引擎5，操作界面如圖2-2。圖2-2虛幻引擎5操作界面主要運用了虛幻引擎中的藍圖設計它的原理是通過可視化的方式來設計和實現(xiàn)游戲邏輯，而無需直接編寫傳統(tǒng)的文本代碼。不同類型的藍圖適用于不同的目的而此漫游系統(tǒng)的設計基本運用關卡藍圖來完成。通過導入在3damx中制作好骨骼動畫的人物再創(chuàng)建一個新的Blueprinte通過在此藍圖中的節(jié)點系統(tǒng)、事件驅(qū)動、可視化腳本的設計完成對BPfirstPersonCharacter的交互。2.1.3碰撞檢測技術(shù)碰撞檢測技術(shù)的運用是保證漫游場景中各種物體、任務、建筑交互觸發(fā)的重要一環(huán)。碰撞檢測是檢測兩個或多個物體相交的計算問題。碰撞檢測是計算幾何學的一個經(jīng)典問題，在各種計算領域都有應用，主要是在計算機圖形學、計算機游戲、計算機模擬、機器人和計算物理學中。碰撞檢測算法可以分為對2D和3D對象的操作。在此設計中一共涉及了兩次碰撞檢測：一是物體與物體之間有一定距離且互不打擾形成的碰撞二是在虛幻引擎藍圖的運用中，通過對藍圖的鏈接，使物體與物體之間、NPC與物體之間產(chǎn)生互動，進行碰撞使其實現(xiàn)交互效果。不同的場景情況碰撞檢測方法不同，具體方法如下表：場景類型形狀碰撞檢測方法二維情況圓與圓碰撞檢測矩形與矩形碰撞檢測矩形與點包含性檢測更復雜的二維形狀不規(guī)則多邊形分離軸定理三維情況球與球碰撞檢測立方體與立方體碰撞檢測更復雜的三維模型OBB，復雜多面體射線投射等2.1.4PS貼圖技術(shù)在Photoshop中進行貼圖（TextureMapping）通常指的是將一張紋理圖像覆蓋到另一張圖像的表面以達到逼真的視覺效果的過程，這在3D設計、包裝設計、游戲角色設計等領域非常常見。本虛擬漫游系統(tǒng)中交互設計是采用的PS2022，操作界面如圖2-3。圖2-3PS操作界面在3dmax中導出的模型為白模，運用ps畫出模型所需素材再使用快捷鍵Ctrl+O導入需要貼圖的主圖和待貼的紋理圖，通過自由變換工具Ctrl+T或者“變形”工具調(diào)整大小和位置使其按照目標形狀調(diào)整紋理以及角度，最后完成貼圖后選擇png.格式導出。小結(jié)：通過此章節(jié)對相關技術(shù)的研究和梳理此漫游場景的相關交互設計確定虛擬漫游的可行性。第3章虛擬水鄉(xiāng)模型需求分析與系統(tǒng)設計3.1需求分析3.1.1非功能性需求非功能性需求是指為了滿足漫游者的需求而必須具有除功能需求外的特性。主要是關注性能、可靠性、安全性、兼容性、可用性、可維護性、用戶體驗等方面。在此設計中非功能性需求有：1.通過虛幻引擎藍圖完成交互設計，這是對此漫游系統(tǒng)“交互體驗”這一非功能性需求的實現(xiàn)以確保用戶能夠流暢自然地與虛擬環(huán)境進行互動。2. 使用UI技術(shù)完成頁面美化，旨在提升產(chǎn)品的視覺效果和美觀度，從而滿足用戶對于“用戶體驗”的非功能性需求，讓用戶在視覺感受上獲得舒適愉悅的體驗。3. 確保良好的用戶體驗和易用性，這同樣是非功能性需求的重要部分，它要求此漫游系統(tǒng)不僅要能完成預設的功能，還要易于理解和操作，讓用戶在使用過程中感到舒適愉快。3.1.2功能性需求模型的建立需要通過實地走訪測量和根據(jù)奧維互動地圖參考數(shù)據(jù)相結(jié)合制作出比例符合要求的模型。交互需根據(jù)建模來設計出適合此場景的交互互動游戲。具體交互內(nèi)容如下：1.漫游者走到某一個地方觸發(fā)節(jié)點后通過UI會彈出有關此景區(qū)標志性建筑：龍?zhí)堕w和“龍?zhí)端l(xiāng)”內(nèi)引進的珍稀樹種：金桂、香樟、羅漢松的簡介和相關視頻。2.通過漫游者與漫游場景中“龍?zhí)端l(xiāng)”景區(qū)門口的NPC1（景區(qū)管理人員，進行語言互動歡迎大家來到景區(qū)游玩，以及介紹“龍?zhí)端l(xiāng)”的背景，以及NPC3景區(qū)內(nèi)的商家漫游者可以詢問南家商品價格進行按鈕交互(語音都是運用“叭里咕嚕語”，根據(jù)人物說話的語速顯示文字，再配上“嘟嘟嘟”的音效，結(jié)合漫游者強大的腦補，就能做出很強的代入感)。3.漫游者進入景區(qū)后走到烏篷船附近時觸發(fā)與NPC2（船夫）的語言互動，通過詢問漫游者選擇坐船進入景區(qū)還是步行，漫游者通過語音回答“是”或者“不是”選擇上船或者不上船。走到茶館時觸發(fā)與茶館老板的對話，可以選擇是否在茶館里面休息。4.剛到景區(qū)大門口時設計：一個換裝小游戲，根據(jù)漫游者的不同審美搭配出自己喜歡的古裝（晉制漢服、唐制漢服、宋制漢服）和發(fā)型（側(cè)低盤發(fā)、雙丫醫(yī)、墮馬髻）進入龍?zhí)端l(xiāng)。5.走到景區(qū)內(nèi)標志性建筑“龍?zhí)堕w”時進行互動游戲等增強互動性和趣味性，通過設計一個在元宵節(jié)這個節(jié)日作為節(jié)點的猜燈謎小游戲，漫游者通過猜燈謎獲取裝飾的小物件如：發(fā)卡、發(fā)簪、手提袋等。系統(tǒng)的尺寸比例符合水鄉(xiāng)的數(shù)據(jù)要求，包括4個交互場景，每個場景有對應的建筑群，每個場景有符合場景的交互應用情景。達到漫游者漫游場景時互動功能能正常運行，不卡頓，身臨其境在游戲的同時快樂漫游的目的。3.2漫游系統(tǒng)設計漫游分別為系統(tǒng)漫游和自主漫游兩個部分。系統(tǒng)漫游通過鏡頭方式記錄水鄉(xiāng)全貌，提供玩家觀賞。自主漫游是玩家視角在場景中漫游，通過不同情景交互功能游覽水鄉(xiāng)，漫游系統(tǒng)邏輯如圖3-1所示。圖3-1漫游系統(tǒng)架構(gòu)圖3.3三維建筑模型的數(shù)據(jù)采集及處理構(gòu)建三維模型的過程中，對建筑及其環(huán)境的詳細信息獲取至關重要，包括建筑物的長、寬、高，房間尺寸，門窗大小等精確的幾何數(shù)據(jù)，這是三維模型的基礎框架還有空間布局、實景資料等都會影響到建模構(gòu)建效果。而此場景漫游系統(tǒng)是以龍?zhí)端l(xiāng)為原型，因此根據(jù)龍?zhí)端l(xiāng)的俯視圖、游覽視頻。以及實地走訪時手機拍攝的照片等確定場景的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。如圖3-2所示圖3-2水鄉(xiāng)俯視圖由于條件限制現(xiàn)實場景的實地照片是通過手機拍攝獲取的。實地照片的有兩個方面的作用：可以作為構(gòu)建場景三維模型的參考圖片，由于實地走訪過對于場景比較熟悉便于后期的建模以及確定模型特征，而且拍攝的真實圖片中的紋理材質(zhì)，可以作為模型材質(zhì)貼圖的參考，從而提高模型的真實感。場景實地照片如圖3-3。（a）龍?zhí)堕w（b)戲臺圖3-3龍?zhí)端l(xiāng)部分場景實景圖3.4建筑建模3.4.1建筑模型首先根據(jù)建筑特點進行二分之一，四分之一建模，減少工作量及儲存內(nèi)存。在完成模型建設后檢查是否有四點面的出現(xiàn)、多余的線或者點等進行刪除，焊接。通過實地走訪對龍?zhí)端l(xiāng)中的戲臺作為參考照片然后以建模的基本命令進行大致輪廓的確定后，以二分之一結(jié)構(gòu)的模型進行細節(jié)加工，表現(xiàn)出建筑他的細節(jié)特征。進行測量在3DMAX中完成建模后利用在3DMAX根據(jù)收集的參考圖為背景進行建筑建模，得到一個還未貼圖的建筑模型，此模型是依據(jù)龍?zhí)端l(xiāng)中最具代表性的建筑--龍?zhí)堕w而建，龍?zhí)堕w是一座五層塔式建筑，體現(xiàn)了中國古典建筑文化精粹。如圖3-4所示。圖3-4建筑模型圖3.3.2細節(jié)物品展示通過觀察龍?zhí)端l(xiāng)中江南長椅的細節(jié)特征和查找有關江南長椅的圖片，依據(jù)圖片用三點面的建模方式仿照圖片完成長椅模型的制作，如圖3-5所示。圖3-5細節(jié)物品模型圖3.3.3材質(zhì)貼圖PS作為強大的圖像處理軟件在各領域皆有所應用，本研究中主要功能是對圖像進行色彩調(diào)整和設計及圖像大小、方向調(diào)整和格式轉(zhuǎn)換對模型進行紋理材質(zhì)的賦予或者貼圖繪制，最后進行整理導出。通過ps進行材質(zhì)圖片處理，在3dmax中完成貼圖設置，實現(xiàn)建筑模型效果，貼圖展示與建筑效果如圖3-6所示。圖3-6貼圖展示與建筑效果3.3.5建筑集群實現(xiàn)通過在3DMAX中完成建筑群的建模設計再導入到虛幻引擎中搭建通過建筑場景組合實現(xiàn)建筑集群，完成水鄉(xiāng)建筑模型設計，如圖3-7所示。圖3-7水鄉(xiāng)建筑模型3.3場景構(gòu)建在創(chuàng)作過程中從3DMAX導入了水鄉(xiāng)建筑的資源素材進入到虛幻引擎中，并根據(jù)位置擺放建筑模型最終形成與水鄉(xiāng)相應的建筑場景，如圖3-8所示。圖3-8水鄉(xiāng)部分場景效果圖3.4水材質(zhì)的制作制作河流中的水材質(zhì)，在3DMAX中使用專用的水面材質(zhì)和組件，調(diào)整材質(zhì)球的參數(shù)模擬出真實的河流湖泊效果。材質(zhì)編輯器設置與效果圖如圖3-9所示。圖3-9材質(zhì)編輯器設置與效果圖小結(jié)：通過主體建筑、小物件、建筑群制作模型并進行貼圖，形成一個完整的場景建筑群，為接下來進行交互設計奠定模型基礎。第4章虛擬水鄉(xiāng)漫游系統(tǒng)與交互功能的實現(xiàn)4.1漫游人稱視角切換第一人稱視角（First-PersonPerspective，簡稱FPP）在游戲設計中是非常重要的一種視覺表現(xiàn)形式。這種視角下，玩家通過游戲角色的眼睛來觀察和交互游戲世界，因此能夠提供極高的沉浸感和真實感。虛幻引擎中制作第一人稱視角如下：在虛幻引擎中首先添加創(chuàng)建第一人稱藍圖控制內(nèi)容中右鍵點擊，選擇BlueprintClass，創(chuàng)建出一個新的關卡藍圖。如圖4-1所示。圖4-1關卡藍圖的設置再從內(nèi)容列表中選擇Character類并點擊CreateBlueprintClass，將藍圖中的人物命名為MyFirstPersonCharacter，創(chuàng)建出一個新的人物視角，然后點擊確定后會自動彈出新的藍圖編輯器窗口選擇CapsuleComponent這是為了模擬第一人稱攝像機的伸縮臂效果，它可以保持攝像機與角色頭部之間有一定的距離，并隨角色運動而平滑地移動選擇后保存。如圖4-2所示。圖4-2MyFirstPersonCharacter設置3.在角色藍圖中的Mesh下添加Camera組件，選擇新創(chuàng)建的Camera在右側(cè)找到父項插槽，設置為角色頭部骨架，然后將攝像機調(diào)整到合適位置，如圖4-3所示。（a）設置了角色頭部骨架（b）父項卡槽圖4-3角色頭部骨架設置4.將關卡藍圖與剛制作完成的人物MyFirstPersonCharacter藍圖進行連接，將FollowCamera視角取消，在Camera中勾選AutoActivate選項即可使用Camera視角即第一人稱視角。如圖4-4所示。（a）勾選AutoActivate（b）第一人稱藍圖的連接圖4-4第一人稱視角藍圖連接5.第一人稱視角效果如圖4-5所示。圖4-5藍圖設置與第一人稱視角效果第三人稱視角（Third-PersonPerspective，簡稱TPP）在游戲設計中同樣扮演著關鍵的角色。與第一人稱視角不同，它允許玩家從一個相對遠離游戲角色的位置觀看游戲場景，通常是從游戲角色背后或側(cè)面的一個固定角度。同時，通過對角色周遭環(huán)境的細致展現(xiàn)，游戲敘事也往往能得到更好的烘托，進一步提升沉浸式體驗，使玩家更容易沉浸在游戲的故事和情境之中。虛幻引擎中制作第三人稱視角過程如下：1.創(chuàng)建新項目或在現(xiàn)有項目中選擇合適的模板開始，確保其支持第三人稱類型的游戲設計。2.導入或創(chuàng)建角色模型，并為其配置骨骼動畫系統(tǒng)（如skeletons和animations），包括行走、跑步、轉(zhuǎn)向等各種基礎動作。3.攝像機控制：設置一個獨立的攝像機藍圖（CameraBlueprint），它會跟隨并觀察主角，但保持一定距離以展現(xiàn)第三人稱視角。并且調(diào)整攝像機的位置和旋轉(zhuǎn)方式，使其能夠動態(tài)適應角色移動、跳躍、爬行等行為的變化。其代碼為：//.h/**攝像機輸入操作*/UPROPERTY(EditAnywhere,BlueprintReadOnly,Category=Input,meta=(AllowPrivateAccess="true"))classUInputAction*LookAction;/**調(diào)用攝像機輸入*/voidLook(constFInputActionValue&Value);//.cppvoidAFunctionCharacter::Look(constFInputActionValue&Value){ //輸入設置為Vector2D FVector2DLookAxisVector=Value.Get<FVector2D>(); if(Controller!=nullptr) { //addyawandpitchinputtocontroller AddControllerYawInput(LookAxisVector.X); AddControllerPitchInput(LookAxisVector.Y); }}其藍圖設置攝像機視角如圖4-6所示圖4-6攝像機藍圖4.編寫或配置角色控制器藍圖，處理輸入和玩家操作，比如移動、交互和視角調(diào)整。設計攝像機平滑跟隨機制，比如使用SpringArm組件來實現(xiàn)軟碰撞和視距變化。5.當角色移動時，確保攝像機與角色之間有適當?shù)钠坪托D(zhuǎn)關系，以便在復雜地形和環(huán)境中提供良好的可視性。實現(xiàn)攝像機的翻越、窺探、近戰(zhàn)攻擊等特殊視角切換功能。其代碼如下：//.h/**移動輸入操作*/UPROPERTY(EditAnywhere,BlueprintReadOnly,Category=Input,meta=(AllowPrivateAccess="true"))classUInputAction*MoveAction;/**調(diào)用移動輸入*/voidMove(constFInputActionValue&Value);//.cppvoidAFunctionCharacter::Move(constFInputActionValue&Value){ //輸入設置為Vector2D FVector2DMovementVector=Value.Get<FVector2D>(); if(Controller!=nullptr) { //找出前進的方向 constFRotatorRotation=Controller->GetControlRotation(); constFRotatorYawRotation(0,Rotation.Yaw,0); //獲取向前向量 constFVectorForwardDirection=FRotationMatrix(YawRotation).GetUnitAxis(EAxis::X); //獲取向右向量 ConstFVectorRightDirection=FRotationMatrix(YawRotation).GetUnitAxis(EAxis::Y); //添加移動輸入 AddMovementInput(ForwardDirection,MovementVector.Y); AddMovementInput(RightDirection,MovementVector.X); }}角色移動藍圖如圖4-7所示。圖4-7角色移動藍圖6.針對第三人稱視角下的LOD（LevelofDetail）層級、視錐體剔除（ViewFrustumCulling）和其他性能優(yōu)化技術(shù)進行細致調(diào)試。設計藍圖如圖4-8所示。圖4-8第三人稱視角藍圖的設置7.第三人稱視角效果圖如圖4-9所示。圖4-9第三人稱效果圖將模型導入到虛幻引擎中，通過虛幻引擎中的攝像機捕捉不同人稱視角同時設置世界變幻即可完成人稱視角的切換。開始漫游后，玩家可以360度在場景中旋轉(zhuǎn)，通過鼠標控制完成人物前進后退左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)的實現(xiàn)。通過地圖導航進行場景漫游，地圖上顯示主建筑——龍?zhí)堕w即換裝游戲場地，漫游者找到即可玩游戲，在漫游過程中與路人NPC進行簡單的互動。在大門口有播放按鈕，漫游者可以通過按鈕來實現(xiàn)數(shù)字視頻的播放講解視頻，通過觀看視頻了解龍?zhí)端l(xiāng)傳統(tǒng)文化。4.2交互小游戲4.2.1服裝變換交互龍?zhí)端l(xiāng)是以江南水鄉(xiāng)為例在成都建造的，富有濃郁的江南氣息，而一想到江南服裝便是歷史悠久的漢服，為了符合該水鄉(xiāng)場景，設置出能夠在漫游場景中進行換裝的一個交互，漫游者可以在漫游地圖途中“偶遇”到散落在場景中的各種服飾、發(fā)型、首飾等，而漫游者可以按照自己的喜好保存自己喜歡的服飾。此交互能增添漫游者的漫游樂趣，從而調(diào)動漫游積極性。4.2.2裝扮、配飾的設定及骨骼綁定根據(jù)漫游者的不同審美搭配出自己喜歡的古裝（晉制漢服、唐制漢服、宋制漢服）和發(fā)型（側(cè)低盤發(fā)、雙丫醫(yī)、墮馬髻）游覽龍?zhí)端l(xiāng)。選擇模型的面或者元素選項，把衣服的部分選擇出來-分離，得到人和衣服兩個模型，分別為人和衣服進行骨骼綁定，因為兩套衣服的骨骼名稱和骨骼大小是一樣的，所以通用。進行換裝后需要與原NPC動畫動作一致，所以通過3DMAX中人物骨骼的綁定，將NPC與服裝發(fā)型等骨骼動作動畫綁定同一個動畫，從而達到換裝的效果。如圖4-10所示。圖4-10隨機走動NPC的實現(xiàn)4.2.3服裝變換漫游者年齡覆蓋廣泛所以選擇用最簡單的點擊方式完成不同裝扮的變換。因為骨骼是一樣通用的，只是不同服裝的蒙皮不同所以只需放置一個身體動畫藍圖即可。藍圖及效果如圖4-11所示。（a）換裝藍圖（b）換裝效果圖圖4-11換裝的的實現(xiàn)4.2.4換裝合影漫游者完成換裝后，為了此次漫游留下紀念意義可以與自己搭配的裝扮完成合影留戀。效果如圖4-12所示。圖4-12合影效果圖4.2.5猜燈謎小游戲猜燈謎，又稱打燈謎，是中國獨有的富有民族風格的一種漢族民俗文娛活動形式，是從古代就開始流傳的元宵節(jié)特色活動。為了符合古代這一風格主題從而設置這一游戲，并且此交互游戲在主建筑龍?zhí)堕w中呈現(xiàn)。4.2.6游戲機制猜燈謎游戲由漫游者走進主體建筑龍?zhí)堕w后觸發(fā)，游戲設置為五道燈謎題，漫游者通過UI圖片提示進行答題，答對兩道題即可獲得人物配飾發(fā)簪，答對三道題可獲得發(fā)簪+發(fā)型，五道題全部答對即可獲得服裝+發(fā)簪+發(fā)型一套的裝飾。其代碼為：fromtkinterimportmessageboxfromPILimportImage,ImageTkimportrandomimportcsvimporttkinterastkclassLanternRiddles(object):def__init__(self):self.root=tk.Tk()self.root.title("猜燈謎鬧元宵")self.root.geometry("1200x500")self.root.geometry("+100+150")self.data=[]withopen('new_data.csv','r')asf:reader=csv.reader(f)forrowinreader:self.data.append(row)self.index=[iforiinrange(len(self.data))]random.shuffle(self.index)#做成背景的裝飾pic1=Image.open('pic/bg.jpg').resize((1200,500))#加載圖片并調(diào)整大小至窗口大小pic=ImageTk.PhotoImage(pic1)render=tk.Label(self.root,image=pic,compound=tk.CENTER,justify=tk.LEFT)render.place(x=0,y=0)#標簽and輸入框label=tk.Label(self.root,text='輸入答案',font=('微軟雅黑',15),fg='black',bg="Magenta")label.place(x=0,y=10,width=100,height=40)self.entry=tk.Entry(self.root,font=('宋體',15),width=15,bg="GhostWhite")self.entry.place(x=110,y=10,width=150,height=40)#設置輸入框，輸入答案#按鈕confirm_button=tk.Button(self.root,text='確認',font=('微軟雅黑',15),bg="LightGreen",command=self.check)confirm_button.place(x=270,y=10,width=100,height=40)#確定按鈕quit_button=tk.Button(self.root,text='退出軟件',font=('微軟雅黑',15),bg="LightGreen",command=self.quit)quit_button.place(x=800,y=10,width=100,height=40)#退出軟件start_button=tk.Button(self.root,text='開始答題',font=('微軟雅黑',15),bg="LightGreen",command=self.get_next)start_button.place(x=0,y=80,width=100,height=40)#更換題目prompt_button=tk.Button(self.root,text='顯示提示',font=('微軟雅黑',15),bg="LightGreen",command=self.show_prompt)prompt_button.place(x=650,y=10,width=100,height=40)#更換題目self.riddle=tk.Text(self.root,bg="OrangeRed",fg="dimgray",font=('微軟雅黑',15))self.riddle.place(x=200,y=180,width=300,height=160)#顯示題目self.root.mainloop()defget_next(self):#更換題目self.riddle.delete('1.0','end')#清空顯示index=random.choice(self.index)self.index.remove(index)self.question=self.data[index][0]self.answer=self.data[index][1]mpt=self.data[index][2]self.riddle.insert(tk.END,self.question)defcheck(self):#驗證答案reply=self.entry.get()ifreplyinself.answer:messagebox.showinfo('提示','回答正確')self.get_next()self.entry.delete(0,tk.END)else:messagebox.showinfo('提示','回答錯誤，請重試')self.entry.delete(0,tk.END)defshow_prompt(self):#顯示提示messagebox.showinfo('提示',mpt)defquit(self):self.root.destroy()if__name__=='__main__':LanternRiddles()其UI圖如圖4-13所示。圖4-13UI圖片游戲解釋引導圖4.2.7UI設計的實現(xiàn)根據(jù)龍?zhí)端l(xiāng)場景中的建筑和網(wǎng)絡搜集到的圖片或者視頻為素材，運用PS中的摳圖、組合、色彩搭配等制作出一張還未被添加到UE里的UI圖片或者視頻。制作的UI圖片與水鄉(xiāng)介紹視頻如圖4-14所示。（a）UI圖片制作效果（b）水鄉(xiāng)介紹視頻圖4-14UI圖片與水鄉(xiāng)介紹視頻選擇BlueprintClass，然后在彈出菜單中選擇UserInterface>WidgetBlueprint來創(chuàng)建一個新的UI藍圖。再雙擊打開新創(chuàng)建的WidgetBlueprint，進入藍圖編輯器。使用藍圖可視化編程環(huán)境中的UI組件，例如面板(Panel)、圖像(Image)、文本(Text)、按鈕(Button)等，從Palette區(qū)域拖放到設計視圖中，布置和設計UI布局。再編寫相應的藍圖節(jié)點邏輯，例如當漫游者靠近藍圖觸發(fā)區(qū)域即可彈出響對應UI圖，以響應用戶的操作。最后嵌入UI到游戲中：創(chuàng)建一個PlayerController或GameModeblueprint，或者在已有的藍圖中添加相關邏輯，數(shù)將UI藍圖實例化并顯示在游戲中即可完成。藍圖及效果如圖4-15所示。(a)視頻彈出藍圖（b）視頻播放效果圖圖4-15視頻嵌入到虛幻中藍圖及播放效果圖4.3NPC的實現(xiàn)4.3.1隨機走動NPC的實現(xiàn)在3DMAX中制作好NPC模型及衣物配飾等導入虛幻引擎中首先確認導入的模型是否完整，包括網(wǎng)格、UV貼圖、紋理等資源是否正確加載，再為NPC模型設置好合適的骨骼系統(tǒng)，確保角色的每個部位都能正確跟隨骨骼運動。最后賦予角色骨骼綁定，通過虛幻引擎中的快速設置完成NPC的隨機走動。具體設置如下：需要建立一個AI角色藍圖，而藍圖中有不同的組件，組件不同作用不同如網(wǎng)格體--控制骨骼、動畫、材質(zhì)的CameraBoom--控制攝像機視圖。給AI藍圖綁定控制器，不然AI無法移動，添加一個AI控制器再打開AI-ThirdPersonCharacter藍圖選擇PAWN中的AI控制器類綁定AI控制器藍圖。如圖4-16所示。圖4-16綁定AI控制藍圖添加尋路網(wǎng)格體，在模式中找到尋路網(wǎng)格體（NavMeahBoundsVolume）拖入場景中，讓網(wǎng)格體覆蓋AI需要行走的場景。藍圖設置如圖4-16所示。（a）AI行走路線藍圖（b）覆蓋網(wǎng)格圖設置圖4-17網(wǎng)格體覆蓋AI路徑圖4.隨機走動NPC實現(xiàn)效果如圖4-18所示。圖4-18隨機走動NPC的實現(xiàn)4.3.2與玩家交流NPC的實現(xiàn)在3D建模軟件3dsMax中完成NPC模型、衣物配飾的設計和賦予NPC一個新的骨骼動畫“捂嘴”這會讓NPC看起來像是在同對方對話一般，完成制作后，可以將其導出并導入至虛幻引擎中進行進一步處理。在虛幻引擎中通過對藍圖的設置連接完成NPC到達制定地點后的交流動作。具體制作過程如下：1.將Structure以及DateTable進行初始化，其中DateTable主要用于存放對話內(nèi)容，準備一個widget，通過設立一個ClickedButto（點擊按鈕）彈出對話框，在此藍圖中增加Delay是為了放置點擊過快導致對話框提前結(jié)束。每次點擊對話框，則讀取DtaTable中的內(nèi)容，然后展示出來。讓Row超出預設范圍，則關閉對話框。如圖4-19所示。（a）DateTable對話框設計（b）ClickedButto的設置（c）完整對話框藍圖連接圖4-19對話框藍圖的連接在NPC藍圖中自定義接口中的三種函數(shù)：EventEnterNPCRadius、EventInteractwithNPC、EventLeaveNPCRadius其中EventInteractwithNPC主要實現(xiàn)對話邏輯。通過EventInteractwithNPC通過對對話框小部件的連接再添加到可視化窗口即可完成NPC藍圖的設置。如圖4-20所示。圖4-20NPC事件藍圖的設置getoverlappingactor：獲取與指定的class重疊的對象數(shù)組，在這里選定的就是與玩家重疊的叫做NPC的對象，將返回得到的數(shù)組連接DoesImplementInterface來判斷在NPC藍圖中是否已經(jīng)實現(xiàn)了接口函數(shù)判斷，已實現(xiàn)則執(zhí)行交互事件，未實現(xiàn)則不發(fā)生。如圖4-21所示。圖4-21NPC對話交流藍圖的設置NPC對話效果展示如圖4-22所示。圖4-22NPC對話效果展示4.4小地圖的實現(xiàn)在虛幻引擎中，小地圖的實時捕捉是利用打開場景的頂視圖，具體實現(xiàn)方法如下：1.在PS軟件中將小地圖根據(jù)場景中的擺放制作出，也可以等比例截取一張俯瞰圖來作為小地圖，如圖5-1所示。創(chuàng)建actor藍圖，添加平面組件圖5-1小地圖的截取將每一小區(qū)快分辨率設置為256乘以256，計算兩個小區(qū)塊間的距離，作為正交攝像機的正交寬度。使攝像機從起點開始，每次移動后就將前面捕捉到的畫面存儲到硬盤中，然后移動到下一個點位，依次截取。當攝像機走到終點中途途徑的每一個小區(qū)塊的畫面都會被存儲到指定路徑。攝像機設置藍圖如圖5-2所示。圖5-2攝像機設置藍圖只要將攝像機生成在（Maxx，MinY，Z）的位置，攝像機就會自動捕捉每一個區(qū)塊。這樣當攝像機走到終點后我們就得到了一張地圖的全部小區(qū)塊，只要將他們平湊起來就能形成一張完整的地圖。拼湊完成效果如圖5-3所示。圖5-3拼湊效果圖5.創(chuàng)建小區(qū)塊地圖UI，采用UniformPanel來容納小區(qū)塊地圖如圖5-4所示。圖5-4容納小區(qū)塊藍圖6.在地圖拍攝完成后執(zhí)行開始加載小地圖，它會自動按照我們之前儲存照片的序號讀取圖片，按照順序填充進UniformPanel中，在填充完成后就可以組成一張完整的小地圖，小地圖效果圖如圖5-5所示。圖5-5小地圖效果圖4.5界面設計與實現(xiàn)4.5.1UI設計完成頁面的美化及布局。在虛幻引擎中，通過創(chuàng)建并使用控件藍圖（Blueprint），開發(fā)者可以高效地設計出豐富的用戶界面（UI）元素，如按鈕、文本標簽、滑塊等，并通過藍圖可視化腳本系統(tǒng)實現(xiàn)這些元素間的邏輯連接和交互響應。例如，可以通過連接藍圖來定義按鈕點擊事件觸發(fā)的特定動作，如改變場景中的漫游者路線或者顯示相應的提示信息。這種基于藍圖的UI設計方法能夠顯著提升用戶體驗，因為它允許開發(fā)者動態(tài)、靈活地調(diào)整用戶界面與虛擬環(huán)境的交互方式。通過恰當?shù)腢I指引（如自動彈出卡片，詳細介紹水鄉(xiāng)歷史背景等），漫游者可以更直觀地理解操作流程，無需過多關注如何操作，而是將注意力集中在他們真正關心的內(nèi)容探索和游戲操作上，形成更加沉浸式和自然的交互體驗。如圖5-6所示。圖5-6界面設計與實現(xiàn)小結(jié)：在此次研究中，用戶可以通過第一人稱視角和第三人稱視角的切換穿梭于龍?zhí)端l(xiāng)的街巷中，且可自由選擇場景，極大地提高了漫游者的自由度。并且通過虛幻引擎中藍圖的連接設置和ui技術(shù)來實現(xiàn)此漫游場景中最重要的環(huán)節(jié)--交互設計，此環(huán)節(jié)能夠提升漫游者漫游體驗和增強真實感，從而完成虛擬水鄉(xiāng)漫游系統(tǒng)，展現(xiàn)水鄉(xiāng)特色建筑，傳播水鄉(xiāng)文化這一目的。

結(jié)論將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在旅游業(yè)中，可讓人們足不出戶就能游覽各種旅游景點，了解各地的歷史文化，有利于促進傳統(tǒng)文化的傳播和建筑風貌的保護。本課題針對水鄉(xiāng)建筑模型和場景的構(gòu)造，虛擬漫游系統(tǒng)的實現(xiàn)過程展開，水鄉(xiāng)漫游系統(tǒng)作為古代建筑文化遺產(chǎn)保護的一種形式。而從玩家體驗角度來進行旅游漫游，第一人稱漫游與場景互動方式，并通過藍圖的方式加以體現(xiàn)。然而伴隨著5G技術(shù)的發(fā)展，其低延遲：5G網(wǎng)絡的毫秒級延遲顯