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摘要：良渚瑶山遗址公园位于浙江省杭州市余杭区。瑶山遗址展示了良渚古城遗址作为早期国家形态的阶层划分、统一信仰和社会分工等价值特征，是良渚古城遗址的重要组成部分。本论文以瑶山遗址公园为研究对象，借助Autodesk 3DS Max软件建立三维模型;基于Unreal Engine 4虚幻引擎，完成了建立地形、界面设计、光源设计、交互漫游等功能，实现对瑶山遗址公园的数字化再现。

关键词：虚拟现实;Unreal Engine 4;瑶山遗址;良渚文化;数字化

Abstract：Liangzhu Yaoshan Ruins Park is located in Yuhang District， Hangzhou， Zhejiang Province. The Yaoshan site shows the value characteristics of the Liangzhu ancient city site as an early state form， such as class division， unified belief and social division of labor， and is an important part of the Liangzhu ancient city site. This subject takes Yaoshan Ruins Park as the research object， and builds a 3D model with Autodesk 3DS Max software; based on the Unreal Engine 4 virtual engine， the establishment of terrain， interface design， light source design， interactive roaming and other functions are completed， and the digital reproduction of Yaoshan Ruins Park is realized.

Keywords：Virtual Reality; Unreal Engine 4; Yaoshan Site; Liangzhu Culture; Digital

信息化时代背景下，虚拟现实技术应用在文化、旅游方面是国家近些年提倡的“艺术与科技结合”的主要表现手段之一[1]。瑶山遗址展示了良渚古城遗址作为早期国家形态的阶层划分、统一信仰和社会分工等价值特征，是良渚古城遗址的重要组成部分。本文利用虚幻引擎技术对瑶山遗址公园进行数字化场景设计研究，希望能够为受众提供交互体验空间，让用户足不出户便可领略瑶山遗址区的文化魅力，弘扬良渚文化。

1 虚幻引擎及关键技术概述

1.1 虚幻引擎概述

Unreal Engine4（中文名虚幻引擎，以下简称UE4）是由Epic Games公司推出的一款游戏开发引擎，相比于市面上的其它引擎，虚幻引擎效率高、功能丰富，能够直接高质量地渲染预览效果，给开发者更大的发挥空间。相较于Unity 3D，Virtools， Quest 3D等游戏引擎，UE4具有更好的图像处理能力以及交互效果，因此选用UE4来制作瑶山遗址公园虚拟漫游系统[2]。

1.2 关键技术介绍

本项目主要涉及到蓝图、材质、UMG UI Designer、碰撞这4项技术：

UE4的蓝图灵活且强大，它是一个完整的游戏性脚本系统，使设计师能够在不掌握编程知识的情况下设计出理想的交互效果。此外，程序员可借助虚幻引擎C++实现可用的蓝图特定标记，创建基线系统，而设计师可以对其进行扩展[3]。

基于物理渲染（（Physically based rendering））的材质技术可以使材质创建工作流程更易于使用，开发者可以通过调整基础颜色、粗糙度、金属感、高光度这四个属性创造出需要的材质。

Unreal Engine 4中提供简单碰撞和复杂碰撞。简单碰撞是基础，如盒体、球体、胶囊体和凸包，复杂碰撞是给定对象的三角形网格图。Unreal Engine 4默认会创建简单和复杂两种形态，然后基于用户需要（复杂查询与简单查询），物理解算器会使用相应的形状进行场景查询和碰撞检测。

UE4自带的UI设计器可用于创作UI元素，例如菜单和界面。UMG的核心是控件，即一组用于创建界面的预构建功能（比如画布面板、按钮、复选框、图像、文字等）。可以在控件蓝图中编辑这些控件。界面设计包括两个板块，一个是设计选项卡，主要负责视觉部分;另一个是图形选项卡，主要用于实现具体功能。

2 良渚瑶山遗址公园概述

瑶山遗址公园位于浙江余杭安溪村，由瑶山、凤凰山、馒头山三座山峰共同组成，核心遗址区为瑶山祭坛，周边分布有访客中心、凤凰山观景台、馒头山观星台、瑶山果园、旅客服务中心等基础设施。

瑶山祭坛南部共发掘两排共13座大墓，分两排，南排7座，北排6座，居中的墓等级最高。随葬品包括玉器、陶器、石器等，共751件（组），其中玉器678件（组），出土物与墓主人的性别存在对应关系。南排埋葬男性贵族，出土玉琮、玉钺、玉三叉形器、成组玉锥形器等;北排埋葬女性贵族，出土玉璜、玉纺轮、成组玉圆牌等。

公园于2021年9月正式对外开放，其地理位置偏僻，游客稀少。相较于良渚博物院和良渚古城遗址，瑶山遗址公园的影响力和关注度比较低。笔者以“瑶山”、“良渚”、“虚拟展示”、“虚拟现实”、“数字”等为关键词在知网、百度、微信等网站进行检索，发现目前有关瑶山遗址公园的数字化展示较少。

3 系统设计与实现

3.1 开发流程

本漫游系统的开发流程如图1所示：

3.2 场景设计

瑶山遗址公园占地0.66平方公里，是一块自然山地，准确获得地形数据具备一定困难。因此，为了达到真实效果，笔者参考了网络上的全景图，获取了瑶山遗址公园虚拟场景模型和出土文物的位置关系，并且在UE4中统一了现实世界单位。同时通过网络查询的方式，获得了其它的数据，如贴图纹理、几何模型，以及一些附属的景观模型等。

（1）利用UE4自带的地形工具，创建一块800m*800m地形。

（2）以实际地形为参考，选择“雕刻”功能，雕刻出山脉、河道。

（3）在材质系统中设置多维子材质球，多维子材质球包含多种材质。赋予不同材质不同权重，再通过地形工具中的“绘制”功能，在地形上表现出不同的地貌。多维子材质的具体设置如图2所示。

（4）将在3DS Max中建好的植物模型导入进UE4中，利用UE4的植被工具，在地形上安放植物。

3.3 出土模型设计

（1）多边形建模：对于一些简单的模型，如房子、路灯等，采用多边形建模方法。在3DS Max中，将一些基本几何体（如正方体、圆形、长方形）进行组合，将安排好位置的几何体附加在一起，导出fbx和datatsmith两种格式。

（2）样条线建模：此项目中，大部分玉器（如玉冠状器、玉牌饰）就采用了此种建模方法。在3DS Max中，依据玉器的外轮廓和内部纹样，绘制二维样条线图形，将所有样条线附加之后，使用“挤出”命令，使二维样条线转换成三维模型。将建好的模型导出fbx格式。

（3）部分玉器如玉琮，则采用了多边形建模和样条线建模两种方式。

3.4 自然环境模拟

对自然环境的模拟分为两种，一种是视觉上的模拟，一种是听觉上的模拟。

（1）在模拟真实的视觉环境时，需要设置昼夜交替。昼夜交替须在关卡蓝图中添加一个触发事件，将Directional Light以及BP_Sky_Sphere添加到关卡蓝图中，通过设置Actor场景旋转来达到昼夜交替的效果。

（2）为了达到听觉上的沉浸感，在开启游戏关卡的瞬间，就会播放“风吹麦浪”的背景音乐，让用户客有一种置身荒野的体验感。需要注意的一点是，导入进UE4的音频文件一定要是.WAV。在 UE 中 可 以 用Ambient Sound 这个物体或者给其他物体添加的 Audio 组件来播放[4]。

3.5 界面设计

项目一旦运行，便会开启主界面。主界面包含“项目介绍”、“按Tab键盘播放视频”、“文物介绍”和“退出”四个功能板块。在设计主界面时，不仅要考虑到基本的交互功能（如点击按钮产生相应响应），还要考虑到整体视觉风格。

瑶山遗址公园时良渚文化的重要组成部分，体现了先民的生活智慧和审美情趣。为了迎合原始社会古朴的风格，故在界面设计中选择了隶书字体，并且采用了红棕色这一常见于原始社会陶器外表的颜色，以凸显古朴之感。同时，在弹出的介绍窗口中，可以看到透明度较低的“神人兽面纹”图层。鼠标光标的颜色与界面主色调相统一，使得用户在漫游时有一个好的视觉体验。

界面主要在Adobe Photoshop、Adobe Illustrator、UMG UI Designer完成，在Adobe Photoshop和Adobe Illustrator中完成前期的视觉设计，再在UE4的UI设计器选项卡完成界面的控件布局。

先在UI设计器中组合排列“画板”、“图像”、“按钮”等控制板，再将在PS和AI中设计好的高保真界面导入。

3.6 添加碰撞

选中需要添加碰撞的物体，在细节面板双击静态网格体，给物体添加简单碰撞，以免增加资源损耗。

3.7 漫游功能设计

通过调整摄像机与角色的位置，实现了第一人称视角漫游，用户需用键盘W、A、S、D配合鼠标操作。实现这一步，只需在关卡蓝图中获取玩家控制器，事件开始运行时，玩家便可以开始漫游。蓝图设置如图6所示：

3.8 展示功能设计

漫游系统中，设置了静态界面展示、语音播放、视频播放三种展示方式：

（1）静态界面展示。点击主菜单上的按钮，或者点击散落在场景中的玉器模型时，会弹出相应介绍界面。要实现这一功能，需要将目标模型添加到关卡蓝图中，再将目标模型与相应的控件蓝图连接在一起。

（2）语音播放展示。漫游系统中，每个模型和热点地区都有相应的语音介绍，点击“播放语音”按钮，就会播放该模型的语音。实现此功能，只需要在UI Designer中，给“点击时”添加“播放音效2D”触发事件。

（3）视频播放展示。当游客按下键盘上的“Tab”键时，会播放纪录片视频，当游客再次按“Tab”键时，则会退出视频，返回主界面。要实现这一功能，首先需要将MP4格式的视频导入UE4中，再给这个视频添加控件蓝图。在控件蓝图中构造一个“视频播放”的触发事件，在关卡蓝图中将触发方式设置为“按Tab键”。

3.9 打包发布

经过多次反复调试，修改BUG，实现瑶山遗址公园虚拟漫游系统的PC端打包发布，最终效果如图9所示.

4 总结

基于Unreal Engine，本课题实现了对瑶山遗址公园的虚拟漫游，呈现了交互式、沉浸式的虚拟场景展示，足不出户便能将瑶山遗址公园及出土文物展现在游客面前，以数字化的形式保护和展示了历史文化，具有积极的技术价值与社会意义。目前还存在较大的优化空间，接下来需要继续学习，对其他交互功能进行完善以及拓展文化展示的内容。

参考文献

1李天，耿旭朴 .VR：艺术世界的感知化[J]. 新美术，2017，10：66-74.

2符清芳.基于UE4引擎的汉昭烈庙历史文化虚拟实景展示系统开发[D].成都：西华大学，2017.

3虚幻引擎官方文档 [EB/OL].https：//docs.unrealengine.com/4.27/zh-CN/Basics/GettingStarted/.

4李妍，程璐璐，郭骁煊.基于虚幻引擎技术的兰州战役纪念馆数字化场景设计[J].技术与实践，2021，（12）：157-158.

作者简介：褚容为浙江水利水电学院信息工程与艺术设计学院数字媒体技术18级本科生

韩俊为浙江水利水电学院讲师