網絡虛擬展館的設計實現與發展趨勢

　　摘要：傳統展館業受天氣、交通、費用的影響正逐步走向衰落，隨著計算機技術、網絡技術及虛擬現實技術的發展，網絡虛擬展館應運而生。本文分析網絡虛擬展館與傳統展館的異同，提出構建網絡虛擬展館的關鍵技術及實現方式，經過幾何建模、碰撞檢測與交互設計搭建完整的虛擬展館，最后從注意力傳播的角度探討網絡虛擬展館未來的發展趨勢。

　　關鍵詞：網絡虛擬展館;虛擬現實;交互設計;碰撞檢測;注意力傳播

　　本文源自《藝術科技》 2020年16期《藝術科技》省級藝術愛好者論文發表期刊，它主要發表藝術、教育、科技、管理等領域的學術論文，及時報道和傳播相關領域學術研究新成果、新發現、新理念、新經驗、新技術、新工藝，理論指導實踐，當然所發表論文均可在中、高級職稱評定、晉升和業績考核以及崗位競聘中起到科研認定作用，是職稱評審必備的硬性材料依據。

　　傳統展會需要參展商將展品帶到現場，策展、布展會花費大量的物力、財力。然而，受天氣、交通、時間等因素的限制，展館受眾十分有限。隨著web3.0(第三代互聯網)、計算機技術、虛擬現實技術的普及，網絡虛擬展館打破了這些限制，受眾可自由選擇時間、環境在線觀看各種各樣的展覽。虛擬現實技術為受眾提供了真實的虛擬展覽環境與虛擬展品，受眾可以通過鼠標、數據頭盔等設備漫游其中，多角度觀看展品，并與虛擬展品進行交互，獲得與真實觀展環境相似的虛擬展館漫游體驗。

　　1 網絡虛擬展館的特點與分類

　　隨著虛擬現實技術的不斷成熟，虛擬展館應運而生。網絡虛擬展館不受時空的限制，能夠隨時隨地讓受眾觀賞展品，實現展館的信息化。2010年上海世博會的網絡布展使網絡虛擬展館走進大眾的視野，隨后，出現了諸多虛擬博物館、數字博物館、非物質文化遺產網絡博物館等網絡虛擬展館。

　　虛擬展館不是實體展館的刻板復刻，而是對虛擬網絡環境及觀賞模式的拓展和補充。與傳統展館相比，虛擬展館更具自主性、便利性及互動性。在自主性方面，受眾可以根據自己的時間選擇感興趣的網絡虛擬展館進行觀展;在便利性方面，虛擬展館打破了天氣、交通等限制，受眾足不出戶便可漫游虛擬展館;在互動性方面，受眾可以通過數字化文字、圖片、視頻甚至多感官通道全方位了解展品情況，感受觀覽樂趣。網絡虛擬展館還將“共享”理念融入其中，受眾來自世界各地，可以共享信息，相互交流，也解決了傳統展館客流量受限的問題和安全問題。因此，網絡虛擬展館與傳統展館相比，具有從靜態到動態，從單個到多個，從被動到交互以及從離線到在線的巨大技術優勢[1]。

　　虛擬展館架設技術成熟，國內外已相繼建立多個虛擬展館。從表現形式上可分為二維圖文展覽式與三維虛擬仿真式。

　　二維圖文展覽式就是用圖片和文字的形式傳達展品信息，加上簡單的游戲互動實現與受眾的交流，成本低、信息量大。例如，中科院計算機網絡中心旗下的中國科普博覽網站就收錄了70多個虛擬展館，這是中國最早搭建的虛擬展館群。但二維圖文展覽式展館最大的缺點就是視覺效果差，雖然信息量龐大，但趣味性弱。因此三維虛擬仿真式展館更受人們歡迎，成為虛擬展館發展的主流[2]。

　　三維虛擬展館即以三維的形式搭建場景空間，采用虛擬現實技術讓受眾可以在展館中漫游，與展品形成互動，給受眾帶來身臨其境的感受與強烈的視覺沖擊。中國第一個通過互聯網展現歷史文化景點的虛擬場館“虛擬紫禁城”自2008年正式推出后就受到了全社會的廣泛好評，網友坐在家中，連接互聯網，即可足不出戶游覽故宮博物院，并與展館、展品進行互動交流。

　　隨著虛擬展館技術的發展與成熟，其商業價值也得到了開發商的認可與關注，各種大型展會在互聯網上開展。疫情期間，虛擬博物館的漫游及互動體驗更是為足不出戶的受眾提供了豐富的精神文化食糧。

　　2 構建網絡虛擬展館的關鍵技術

　　2.1 虛擬現實技術

　　虛擬現實是20世紀末出現的計算機交互技術，它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器等多項技術指標，為用戶搭建逼真的多感官虛擬世界，使用戶與虛擬世界實時互動，給用戶帶來身臨其境的感受。虛擬現實是信息技術全新的研究方向和領域，隨著5G時代的到來，通過人機交互方式實現數據交換，模仿虛擬的三維世界成為可能[3-4]。隨著相關產業的發展，截至2020年3月，中國網民數量已突破9億，這為在線展館的建設提供了有力的后盾[5]。

　　虛擬現實具有“3I”特性，即沉浸性、交互性與想象性，它們在虛擬展館中可充分展示給受眾。沉浸性是受眾在觀覽過程中沉浸在計算機搭建的虛擬環境中，感受到與真實觀展一致的視、聽、觸、嗅覺信息，產生的身臨其境之感。交互性是虛擬現實產生沉浸感知的必要因素，是受眾進入虛擬展館開始與計算機或與計算機中的產品產生信息輸入并獲得反饋的感知。想象性是指漫游的場景不是真實存在的，需要依靠大腦的構想創建一個虛擬的仿真環境。

　　2.2 VRML概述

　　VRML(Virtual Reality Modelin Language，虛擬現實建模語言)，它提供交互式3D圖形，完整的編程功能以及網絡訪問權限[6]。VRML是建立虛擬現實系統最常用的建模語言，它可以通過計算機瀏覽架構好的虛擬三維模型，同時部署到具有開放接口的VR設備上[7]。VRML語言的運用把三維模型帶入互聯網，用戶通過瀏覽器與互聯網即可訪問虛擬場景，并與場景內的物體進行交互。因此，VRML為虛擬環境的互聯網展示提供了非常有力的支持。

　　VRML語言創建的環境以瀏覽器為平臺，可以為受眾提供多重節點，分層建模減少網絡效能、壓縮文件大小，并具備強大的交互功能與多語言接口，便于后續開發。提供了外部編輯口，從而可以在外部直接操作、控制、修改虛擬世界中的場景。雖然在模型搭建上，VRML不如專業三維軟件精細，但由于其生成文件容量較小，操作更加流暢。

　　3 網絡虛擬展館的設計與實現

　　搭建網絡虛擬展館首先需要完成整體構架，其次細分功能，最終通過人機交互實現受眾在虛擬環境中的漫游。

　　3.1 創建幾何模型

　　對虛擬環境、虛擬物件進行幾何建模是構建虛擬現實系統的基礎[8]，場景的真實度與建模的精細程度息息相關，因此一般采用專業的三維建模工具進行貼圖與建模，其強大的兼容性可以使虛擬現實技術簡單地實現。

　　首先，明確模型層次。對具體建模場景及需求進行分析，明確模型層次與區塊，將建模場景劃分為粗模型與精細模型。其次，創建幾何模型。需要精細建模的模型盡量使用精確的幾何形體創建模型細節，要粗建模的模型要盡量使用面數較少的幾何體構建，這時創建的模型還只是一個未加任何修飾的模型。這個過程完成了幾何建模的工作，但是并沒有層次感和立體感[9]。再次，簡化模型。去除模型中多余的多邊形，減少數據量，利用最少的多邊形創造真實的環境。第四，貼圖。對精細度要求比較低的造型，可以用簡單的貼圖代替建模，減少面數，優化性能。

　　3.2 網絡虛擬展館交互技術的實現

　　網絡虛擬展館能使受眾身臨其境地感受周圍的虛擬環境并與之產生互動。在建模過程中，需要運用視點綁定與跟蹤技術、造型與信息交互技術等。

　　3.2.1 視點綁定與跟蹤技術

　　受眾通過瀏覽器進入虛擬環境，應將受眾視角作為第一視角，為了準確定位場景和造型，需要設置造型視點(Viewpoint)，受眾在瀏覽器中通過視點切換到理想的視點。在多視點環境中，需要采用視點綁定技術快速定位，當受眾通過單擊鼠標等方式與已設置視點的場景中的特殊位置或造型接觸時，視點就被切換到當前位置。VRML提供了一種實現這種機制的技術就是視點綁定技術[10]。

　　在架設網絡虛擬展館時，一般存在多路徑、多方式瀏覽，在架設系統時可以設置最優游覽路徑。再解釋一下插值標定或傳感器標定。插值標定是利用VRML插值器創建導覽路線，通過鼠標點擊特定視點標定位置，在預設主路線上漫游;傳感器標定是接近傳感器獲取受眾位置，在虛擬環境中感知受眾從進入到退出的行為，確定長方體區域動作，模擬受眾的視角。

　　3.2.2 造型與信息交互技術

　　造型交互技術，即受眾的操作與虛擬造型模型之間的反應操作，當瀏覽器感知到受眾的行為后，場景中的各種造型模型會對用戶的行為產生回應。VRML可以采用兩種方法實現虛擬環境與受眾之間的互動，即檢測器+插值器或監測器+Script節點實現最終的人機交互。

　　受眾在虛擬環境中漫游時，可以通過虛擬展品獲取設計中的隱含信息。例如，受眾在觀看一個虛擬展品的時候，可以360°旋轉觀看，還可以調取與展品相關的視頻、圖片信息等。VRML同時提供音源文件的引入，利用Sound(聲音)節點設置音源位置與播放方式，AudioClip(用于播放音頻剪輯的簡單抽象)和MovieTexture(電影紋理)節點即可。

　　3.3 網絡虛擬展館的碰撞檢測

　　虛擬環境的流暢度與沉浸感在很大程度上受碰撞檢測機制的影響，完善的碰撞檢測可以避免很多問題，讓受眾的瀏覽更加流暢。在碰撞檢測扎起測試過程中，一般需要對檢測及響應進行測試與判斷。檢測需要發現在虛擬環境中是否存在人與物、物與物之間的交叉碰撞，并對其定位，碰撞響應則是在碰撞發生以后的響應機制[11]。

　　碰撞檢測主要檢測的是幾何模型之間相交產生的碰撞，一般采用層次包圍盒算法或空間分解法。不論采用那種碰撞檢測辦法，目的都是盡可能地減少相對應的幾何元素對。層次包圍盒算法得到廣泛使用，是因為它的基本思想與碰撞檢測的模式完全一致。選用一些比被測集合對象略大，但仍可以還原事物本身的集合體進行層次建模，然后用幾何體將其包圍起來，用包圍盒不斷逼近需進行碰撞檢測的對象來測試兩者之間是否相交，從而進一步簡化和剔除并未產生碰撞的幾何體邊緣，并且對碰撞相交的部分進行檢測，可以加快檢測的效率，提升系統運行的速度，壓縮文件。

　　4 網絡虛擬展館的發展趨勢

　　展館是收藏、展出、保護展品的重要場所，雖然它并不是一項大眾傳播媒介，但仍然具有信息傳播的功能。隨著網絡虛擬展館技術的成熟，虛擬展館的傳播模式將會從原本的展品展覽模式向注意力模式轉變。注意力傳播模式認為：“信息源(傳播者)不是設法傳遞信息或信念，而是對傳播效果不加理會，只想抓住觀眾的注意力。它意味著，既沒有意義的傳遞，也沒有意義的分享，更沒有在傳播者與接受者之間加深聯系。受眾消磨在媒介上的時間，是衡量注意力的主要標準……”[12]隨著互聯網的普及，在大量信息數據的沖擊下，受眾很難有效地獲取需要的信息。信息的泛濫已經超過了受眾注意力可以承受的范圍，受眾的注意力很難長期集中在一個地方，這種現象使注意力成為一種稀缺資源[13]。虛擬展館的出現，給受眾帶來了強烈的信息沖擊，不同以往的展覽，采用沉浸、交互的方式展出，可以讓展品以類真實的狀態展現在受眾眼前。虛擬展館的發展日趨成熟，在網絡、虛擬現實、交互設備等軟硬件條件的支持下，未來的網絡虛擬展館將會進一步強調沉浸感，實現多感官感知模式的發展，讓受眾實時感知海量數據，獲得完全身臨其境的體驗。通過游戲、交互等途徑，吸引受眾的注意，實現信息的傳播是未來網絡虛擬展館的發展方向。

　　5 結語

　　虛擬現實技術的快速發展為社會的發展、人們多通道感知世界提供了更廣闊的空間。隨著科學技術的不斷發展，虛擬現實相關技術的硬件性能也在不斷上升，開發難度逐漸變小。作為文化傳播的新形式，網絡虛擬展館的便利性會隨著科技的發展進一步得到凸顯。研究信息傳播到注意力傳播的轉變過程，我們有理由相信，網絡虛擬展館將會給未來的傳播模式帶來巨大的變革。

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