基于UE4引擎李冰紀念館虛擬展示系統的設計與實現

摘? 要：傳統的李冰紀念館采用櫥窗陳列的方式，信息表達單一，互動性較差。該項目通過3DsMax建模軟件進行精準建模，利用Unreal Engine 4引擎的可視化編程，材質系統、UMG等重要功能模塊和實時渲染技術實現李冰紀念館虛擬展示系統，充分發揮虛擬現實技術的沉浸性，交互性和想象性的三大特點，對實現李冰紀念館的社會教育和文化傳播能力具有一定的作用。

關鍵詞：李冰紀念館；虛擬展示系統；UE4；虛擬現實

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻標識碼：A? 文章編號：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，戰國時期著名水利工程家，公元前256年到251年擔任蜀郡太守，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奠定堅實基礎[1]。

通過虛擬漫游技術，實現李冰紀念館虛擬展示系統，充分發揮虛擬漫游技術的真實性，交互性和啟示性的三大特點[2]，打造不一樣的宣傳方式，更好地實現李冰紀念館的社會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簡稱UE4，是由EpicGames公司推出的一款游戲開發引擎，UE4的畫面表達效果非常出色，可以非常真實的模擬出真實世界的質感[3]，利用UE4引擎的實時渲染優化可以更加真實的展現虛擬場館[4]。傳統的文字，圖片，視頻宣傳展現形式沉浸性不夠，交互效果也一般，而虛擬紀念館能夠帶給體驗者更好的沉浸式空間體驗，更便捷的互動效果。

本項目對以下3點問題提出相應解決方案。

問題1：三維場景搭建及使用DataSmith插件進行資源導入，避免場景重復搭建，以及材質導入UE4引擎丟失的問題，及光源構造。以及三維場景的資源優化問題，場景交互的觸發精度問題，場景漫游視角的問題[5]。因此需要保證怎樣能夠將建模完成的場景信息完整的導入到UE引擎中進行下一步操作。

問題2：虛擬紀念館關鍵功能實現。紀念館的場景漫游功能，紀念館的交互功能，本項目主要對文字講解以及視頻講解進行研究。

問題3：李冰紀念館應用程序打包所遇到的主要問題。

1? 設計與實現

1.1? 李冰紀念館虛擬展示系統結構

李冰紀念館虛擬展示系統主要由李冰紀虛擬念館場景，場景漫游功能，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? 關卡

根據項目需求設計，將項目分為虛擬展館關卡，歷史記憶關卡，文獻資料關卡。李冰紀念館場景為虛擬展館關卡，實地考察李冰紀念館，根據真實場館使用3DsMax搭建李冰紀念館場景模型。DataSmith是一款鏈接UE4和3Ds MAX，C4D等建模軟件的插件，它能同步導入建模軟件中的模型，材質，光照，動畫等信息，提高工作效率。場景模型搭建完成后使用DataSmith插件導入UE4。再利用UE4引擎的實時渲染技術可以實時構造靜態光照和動態光源，達到更真實的畫面效果[6]；同傳統建模軟件搭建光照相比，也提高了工作效率。同時可以利用UE4引擎自帶的后期處理體積，對不同要求下的光源效果進行靈活處理。充分發揮出UE4引擎全局光照處理的優勢[7]。

李冰生平視頻介紹為歷史記憶關卡，李冰的主要功績介紹為歷史文獻關卡。因為虛擬展館關卡場景資源較多，所以使用關卡流送的方式進行提前加載，防止出現關卡切換卡頓的問題。

1.3? UI界面實現與按鈕功能實現

UI界面有開始界面，加載界面，關卡選擇界面；在相應界面位置添加按鈕，使用OnPressed事件觸發實現關卡之間相互切換的功能。角色主界面根據需求設計，左上角為李冰紀念館標志，右上角為時間，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，垂直框組件實現頁面布局；圖像，進度條，循環動態瀏覽圖示，文本組件實現頁面內容，按鈕的OnPressed事件觸發實現對應功能，如表1所示。

同時還有文字講解提示3D標簽，視頻全屏播放提示標簽，展品檢視提示標簽。

1.4? 角色

為了增強使用者體驗感，項目使用第一人稱視角以提高體驗者沉浸感，操作方面，界面左側為玩家移動搖桿控制角色前后左右移動，右側區域為視角切換控制角色視角切換區域，本項目使用自由漫游和定點漫游的漫游方式，更加符合現實參觀方式，同時虛擬展示系統的其他交互邏輯也需在角色藍圖中實現。以角色藍圖為媒介的藍圖通信方式，進行藍圖間的相互連接，實現角色藍圖與其他藍圖相關的功能，能避免類型轉換失敗的情況發生。

1.5? 小地圖

小地圖，體驗者通過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。

小地圖實現：創建藍圖類SceneCapture2D（場景捕獲2D）類，使用Wight Bluepringt（控件藍圖）的Image（圖像）組件，賦予圖像組件材質貼圖，通過實時更新當前角色位置的貼圖以實現小地圖功能，如圖2所示。

1.6? 文字講解功能

文字講解功能：導游角色講解參觀點的相關知識。

文字講解功能設計：角色到達觸發區域位置，彈出相應知識講解或紀念館介紹的3D標簽，點擊3D標簽后彈出知識框，同時播放對應文字的講解語音。

文字講解功能的實現：創建對話系統藍圖類，利用Box Collision（盒體碰撞組件）進行人物檢測，當人物到達對應位置出現3D標簽提示，點擊3D標簽后，人物移動到預設的固定位置并在界面中間彈出文字框，進行知識講解同時播放語音；講解結束，角色離開盒體碰撞組件觸發范圍3D標簽消失。使用盒體碰撞組件進行檢測，可以根據場景需求實時調節觸發大小。調節觸發精度。注意語音文件導入時需要導入Wav格式的音頻文件。本項目一共有37段，例如場景音樂、導語、序廳介紹、世界的都江堰、水利古國等。

1.7? 視頻講解功能

視頻講解功能：視頻講解點播放相關視頻。

視頻講解功能設計：人物到達相應區域，播放對應視頻內容，同時界面左上角彈出UI提示，可以選著是否全屏播放，離開對應區域關閉視頻，避免多個視頻同時播放，出現聲音重疊的情況，影響體驗者體驗。

視頻講解功能的實現：在紀念館內視頻講解的對應位置利用StaticMeshActor（靜態網格體），制作視頻播放器平面，使用UE4材質系統制作視頻播放內容材質；創建MediaPlayer（媒體播放器），根據視頻需求選擇播放FileMediaSource（文件媒體源）或MediaPlayList（媒體播放列表）播放對應視頻。由于使用的是本地視頻所以需要將項目所需的視頻內容放到正確的目錄下，在項目文件夾的子文件夾Content中新建Movies文件夾用來存放視頻內容。

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、寶瓶口進水口三大部分和百丈堤、人字堤等附屬工程沙盤構成。

都江堰全景沙盤實現：創建投影儀藍圖類，利用Spot Light（聚光源組件）與光照函數材質制作投影儀，創建母材質時需要將尺寸（一維向量節點），紋理貼圖轉換為參數方便實時更改投影大小和投影內容。創建聚光源組件時要注意需要創建三個聚光源組件，分別對應紅綠藍三種光照，避免投影畫面出現色差，如圖3所示。

1.9? 展品檢視功能

展品檢視功能：角色通過上下左右滑動屏幕，可以全方位觀察展品。

展品檢視功能設計：體驗者能夠全方位的觀察展品。

展品檢視功能實現：創建展品藍圖類，以人物角色藍圖為基礎添加物品檢測功能，通過SphereTraceByChannel（由通道檢測球體）節點判斷是否使用展品檢視功能。注意所有展品需要由同一個父類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? 調試與發布

項目文件需要避免使用中文命名，同時保存路徑也不能出現中文路徑，否則會出現未知打包錯誤。

在項目設置中，打包選項中勾選使用Pak文件，同時要打包特定影片中的文件夾添加為視頻內容存放文件夾，避免打包應用視頻內容丟失；地圖和模式中游戲模式需要改為自己制作的游戲模式，游戲默認地圖也要改為初始關卡，影片中可自己添加應用啟動界面。

項目打包需要階段性打包，避免未知打包錯誤出現，需要從頭檢查程序正確性的情況發生。

3? 結? 論

疫情當下，將虛擬現實技術與文旅產業相結合實現虛擬參觀，在保證自身安全的前提下，實現紀念館的文化傳播能力和知識科普。

本項目使用3DsMax建模軟件進行精準建模，并使用Unreal Engine 4引擎插件DataSmith進行資源導入，成功解決場景重復搭建，以及材質導入UE4引擎時丟失的問題。

通過Unreal Engine4引擎的可視化編程（藍圖），材質系統，實時渲染技術等重要功能模塊解決了李冰紀念館虛擬展示系統的場景還原，角色漫游，文字講解，視頻講解等重要問題，成功實現李冰紀念館虛擬展示系統。

李冰紀念館虛擬展示系統替代傳統的視頻，圖片，文案宣傳，通過參觀虛擬紀念館，可以給體驗者帶來更好的體驗感，體驗者對李冰紀念館也有了更進一步地了解，進而增加對李冰紀念館的宣傳力度，以及宣傳的趣味性，這對于李冰紀念館的宣傳也是一種新嘗試，也可以讓更多人通過李冰虛擬紀念館了解李冰的生平歷史、功績成就、治水理念與河工技術，進而了解李冰水利工程對天府之國與現代水利發展的巨大貢獻，宣傳李冰的治水思想理念、人文精神和現實意義。

參考文獻：

[1] 潘殊閑.李冰與天府之國 [J].中華文化論壇，2018（10）：16-21.

[2] 陳雋沁.虛擬漫游技術在景觀設計中的應用 [J].現代裝飾：理論，2016（7）：66.

[3] 史敏麗，宋思潼.虛擬現實技術在旅游中的運用——以余東古鎮虛擬漫游系統設計實踐為例 [J].大觀，2022（8）：112-114.

[4] 沈忠杰.基于UE4的建筑可視化漫游應用研究 [D].桂林：桂林電子科技大學，2021.

[5] 王保青，李放.基于UE4引擎的虛擬現實技術光影關系的探索與研究 [J].美術教育研究，2018（4）：50.

[6] 郭廣通，徐娜.基于虛擬現實技術和三維模型的室內色彩優化研究 [J].現代電子技術，2020，43（21）：132-136+142.

[7] 鄭凱東，馮天星，王家華.實時光照對景物模擬真實性的影響研究 [J].智能計算機與應用，2019，9（3）：244-246+255.

作者簡介：劉廷言（1999.04—），男，漢族，四川瀘州人，本科在讀，研究方向：虛擬現實。

收稿日期：2022-11-01

基金項目：四川旅游學院第三批“課程思政”示范專業；四川旅游學院2020年校級雙語課程項目（ZL20200049）；川藏智慧旅游工程研究中心2022年開放基金項目（ZLGC2022B05）