古村落龙家大院VR全景系统设计与实现

文/刘鑫伟，廖缘媛，朱喜基

摘要：本文以湖南省永州市龙家大院为例，通过实地考察，调查分析龙家大院的发展现状及问题，基于VR全景技术，设计与实现古村落互动系统，打造生动、趣味、沉浸式虚拟网络文化空间，吸引更多人关注和了解古村落历史文化，促进古村落历史文化的传承和发

展。

关键词：VR全景；古村落；互动系统

我国古村落蕴藏着丰富的历史信息和文化景观，是人类居住文化史留给后人的宝贵财富。随着社会经济、技术、文化的发展，人们的生活包括衣、食、住、行等等，都跟随着越来越现代化的脚步发生巨大变化，而我国古村落发展与环境保护的矛盾也日益突出，从木石砖瓦到钢筋水泥，古村落所有的特色风貌与文化特征面临着与日俱增的现代建筑形态同化的威胁。

互联网技术飞速发展，无疑给我们生活工作的方方面面带来了便利，基于VR全景技术开发古村落历史文化资源，设计制作全景互动系统，针对景点文化资源特色多层次、多角度、全方位地展示，实现在PC端及移动端进行360°浏览体验、分享传播，打造网络文化时空，让更多的人关注和了解古村落的历史文化，在满足大众对旅游的文化需求的同时进一步促进对古村落的发展和保护。1 龙家大院现状概述龙家大院位于湖南省永州市新田县枧头镇，始建于宋神宗元丰年间，全村龙姓，至今已有930余年的历史，是永州市现存最有特色的体现明清建筑风格的砖木结构建筑群。这些民居、古迹，地处风水宝地，设计巧妙，制作精良，气度不凡，神韵犹存，体现了古代劳动人民的聪明智慧和高超的建筑技艺。龙家大院在2018年12月10日被住建部列入第五批中国传统村落名录，在2019年1月30日列入第七批中国历史文化名镇名村名单。但是近年来随着经济社会、科学技术的发展，与许多传统村落一样，龙家大院在岁月流逝中也难以避免面临各种程度的困境。现今龙家大院的总体格局和多数建筑尚存，但个别房屋毁损严重，院墙现今只留存有西墙以及小部分南墙，门楼仅存位于池塘右侧者，部分门框左右两侧高墙上书写的对联也有不同程度的毁损。因居民人口外流增加，院内部分建筑也常年闲置，导致缺乏日常维护，使得上述残损现象发生更加频繁。院外文物建筑的保存状况则较差，八德亭残损严重，原形已不可考；龙山学校和普善堂现均已荒废，失去原有功能；和堡遗址仅残存部分墙体，遗址内部被植物覆盖；祠堂遗址则仅剩门前地面青石残留等。2 VR全景技术在古村落保护上的应用VR全景技术即虚拟现实技术，是一种基于全景图像处理的虚拟漫游，能够创建和体验虚拟世界，通过计算机生成一种交互式的三维动态视景，其实体行为的仿真系统能够使用户沉浸到该环境中，也称为虚拟现实全景图。

访问者可以对图像环境进行一定比例的放大、缩小、旋转等操作。同时在全景系统设计中还支持语音解释、图片、文字介绍、视频动画的插入，完整的交互式视图对真实场景进行还原显示。

传统的图文展示局限、呆板，无法向访问者真实、直观地呈现某一场景或事物，传播效率低而这种人机交互的交流方式，使观众体验到一般画面和三维造型无法比拟的真实感、立体感、沉浸感。

通过VR虚拟现实技术来促进古村落的发展和保护，以此创新VR技术在古村落的传承和发展中所扮演的角色，把古村落的故事说给更多人听。VR能够给人一种身临其境的感觉，不用去古村落也能一览古村的全貌。3 基于VR全景技术的古村落互动系统设计与实现3.1 主要内容在实地考察的过程中，针对各建筑历史结构、特色风貌和文化特征保存状况、毁损情况，综合在前期制作拍摄环节中最佳效果的实现可能性，经过分析和各方面考虑在整个龙家大院全景互动系统中选取了龙家大院内以下具有代表性的建筑地点进行制作：

“八德亭”。龙伯高修身治国的精神，给后人留下“八德”之家风，命建其亭为“八德”亭。整个亭由16根直径为40厘米的木柱支撑，穿斗抬梁式结构，歇山顶，四角上翘，雄伟古朴。木雕、石雕构图优美，造型逼真，具有很高的历史、艺术和科学价值。

“龙呤故居”，龙呤出生于民国时期，是新田县的第一慈善家，不参加任何党派。擅画梅竹，为著名国画大师刘海粟的学生。

“护院墙”，建于清代早中期，整个大院由护墙围砌，此段方石墙体的基墙保存完好，由整块大小基本相同体积的方石砌成，内设栈道及楼栏通道，石墙上方有二米多高的青砖围墙，墙体上设有瞭望与射击孔。

“武陵堂”，“三厅”之一，是一座明末的建筑，气派非常，门上堂名左书“旋马”、右书“蟠龙”，旋马门上对联“家系龙师旧，客从鸟篆来”道出了龙家大院的来历。

“世师堂”，是一栋清代的建筑，堂内的木结构历经数百年而保存完好，门旁粉壁上是一幅很有气势的长联：“雷雨酿经纶山岳效灵呼之欲出，疑云开画稿乾坤整顿焕然一新”。

“八德堂”是大院灵魂之所，龙氏家族“重谱牒，敬祖宗，敦孝友，亲师友，肃闺门，睦乡邻，急输将，戒游惰”“八德”的家训，也有记录祖宗对联：“居同靖节先生宅， 家衍零陵太守风”。另外还有“敦厚堂”、“荷池月塘”。3.2 功能设计通过对龙家大院历史信息和文化资源各个方面的了解和分析，可以更好地设计VR全景古村落互动系统的功能。

3.2.1 路线标记功能。通过设置热点，添加标识、路标按钮等，可以起到注明当前位置和导航路线方向等作用，一方面以一种由外到里，慢慢深入大院的方式展现其布局“曲径通幽处”般的特色，在路标的指引下过一把“闯迷宫”的瘾，另一方面突出其互动性的特点，为观看者增添体验感和趣味性，提高关注度，亦可为参观者指明安全通道的位置，主要通过引导和全景图上标记的方式完成。通过本功能还可以开展消防演练，为居民参观者增强消防安全意识。

3.2.2 景点导视功能。不同的地点，可以通过导航栏快速查看。比如在入口八德亭提供导视功能，观看者可快速浏览选择整个系统包含的景点，点击后可快速转换至相应地点，任意切换，同样可以增添互动性，在全方面多角度的展示下享受沉浸式的体验。

3.2.3 分享传播功能。在互联网覆盖的范围内，观看者可以随时随地分享上传全景二维码或链接，就像发朋友圈动态一样，实现信息的一键快捷分享，通过自媒体广泛传播极大地扩充旅游信息量，也可以让更多的人关注和了解到古村落的历史文化，促进对古村落历史文化的传承发展。

3.2.4 背景音效功能。观察古村落的自然环境，感受全景整体氛围，选取合适的背景音乐，从而追求并达到一种情景交融的效果。

在进入VR全景系统时，不用点击背景音乐便可以开始自动播放，访问者可以一边看图一边听音乐，音乐与场景的融合，给观看者安排一场“视听盛宴”，为观看者加深印象，营造更优美的氛围，更加充分地展现这里的文化魅力，如果观看者不想循环播放，可以选择关闭声音。3.3 制作过程3.3.1 全景拍摄模式的选择以及照片的采集。首先是龙家大院各景点照片素材的拍摄，拍摄全景照片时首先要选择拍摄工具，结合实地考察和经费等具体情况本次项目选择的设备有：

全景云台：不同于一般的相机云台，它可以调节相机节点在一个纵轴线上转动，也可以让相机在水平面上进行水平转动拍摄，从而达到使相机拍摄节点在三维空间中的一个固定位置进行拍摄，保证拍摄出来的图像可以进行三维全景的拼合，主要应用于三维全景展示及虚拟漫游制作的前期拍摄中。

全景相机：使用的全景相机并不是普通的单反相机，而是采用鱼眼镜头构成，这种全景相机取景更广，可以让后期照片的拼接工作更加简单方便。全景相机主要负责拍摄各个建筑及周围360°环境，拍摄工作是一项耗时费力的大工程，把握最佳拍摄时间至关重要，认真拍摄，后期的工作才能更加顺利，画面效果才能更具吸引力。

3.3.2 图像处理以及全景的拼接与合成

（1）图像处理

将拍摄的素材进行筛选编辑，可以根据用遮挡等方式拍摄下来的标记镜头区分每个场景的照片素材，将不同场景的照片进行分类放进其相应名称的文件夹里，删除多余重复照片，有利于提高合成软件进行全景图拼接合成的准确度，以便减少手动修改，提高生成效率。

（2）全景的拼接与合成

全景的拼接与合成是指使用全景合成软件最终合成比例为2:1的全景图。在这个过程中用到的相关软件有PTGuiPro、Pano2VRPro、Photoshop等，这些合成编辑软件，优点是操作简便、合成速度快、效果好。但也有缺点，就是在合成之后进行局部修改时不太方便，比如像补天、补地等局部修改需要“转战”Photoshop，在Pano2VRPro中双击选取需要编辑的区域生成.psd文件，再在Photoshop中进行图像处理，包括去掉地面上的脚架、阴影等使画面真实而完整，这个过程需要花费一定的时间，也需要耐心和细心。

3.3.3 全景多媒体文件以及虚拟漫游的制作。国内外关于互动系统的开发有很多可行的方法和途径，这里选择的是通过网络平台免费提供的网站制作——720云全景平台。优点是修改方便，其功能包括基础信息、视角、热点、沙盘、遮罩、嵌入、音乐、特效、导览、足迹、细节等的设置，简单便捷。这里根据全景系统预设功能的需要进行选择性地设置。

（1）将合成软件生成的比例为2:1或6:1的全景图上传。

以某一场景为初始场景，这里以龙家大院大门为初始场景，等待自动创建全景漫游。创建成功后添加场景，依次将其他场景的全景图导入。在整个全景系统制作中所需要用到的图片、音频等素材文件上传后都能存放在云平台上，可以根据需要随时调用。

（2）按照约定顺序，从初始场景开始设置。

视角设置，设置场景打开或跳转后的初始画面，通过设置视角范围、垂直视角、水平视角来进行调整，以达到理想视角。

热点设置，热点类型包括全景切换、超链接、图片、视频、文本、音频、图文、等，添加当前位置、路线标识等图标，在添加当前位置热点时可以设置标题和文本说明，供访问者阅读，那些丰富的历史文化背景，以图文并茂的方式，展现给访问者，这也提供了一个能使访问者加深对古村落的了解和体会的窗口。

音乐设置，根据古村落的自然环境，感受全景整体氛围，上传合适的音乐，调节音量等并应用到各个场景。

（3）进行基础设置，生成永久全景分享二维码。

720云平台可以在需要修改或更新设置时，实现实时更新，同时共享二维码和链接为传播分享提供了便利，节省购买及维护服务器等的费用。

根据前面的设计，完成全景互动系统的最终生成工作。最后制作完成后可生成两种浏览版本，电脑网页版和手机浏览版，电脑网页版即用浏览器访问网址进行浏览，而手机浏览版可以通过微信等软件扫一扫功能，扫描全景二维码进行浏览，另外，值得一提的是该全景系统也可支持VR眼镜模式，在VR眼镜中，可通过转动头部进行控制浏览。系统开发后先进行小规模的测试，根据反馈在进行修改更新，然后在校内教师和学生之间进行大规模测试。4 结论 在网络媒体融合的时代，充分发挥VR全景技术得天独厚的优势，开发古村落VR全景互动系统，不仅拓展了古村落数字化保护形式，还有助于推进诸如“龙家大院”等景点的文化旅游宣传工作，提升古村落历史文化的影响力，调动人们了解和传承古村落历史文化的积极性。人们在浏览全景时，身临其境，感叹前人的智慧，感受文化的魅力传承文化的责任感油然而生。

目前本研究所包含的古村落数量只是现实生活的冰山一角，由此可见古村落保护工作任重道远。相信随着科学技术的发展，日后将会涌现出更多保护古村落的新途径。

参考文献：

[1] 朱长久.古村落保护与文化传播意义——以上九山古村落为例[J].青年记者,2017.

[2] 王莉莎,林灿虹,张毅.VR技术在古村落传承和发展中的应用——以钱岗古村为例[J].艺术科技,2017(12).

[3] 肖伟.基于720云平台上建立的全景校园漫游系统研究[J].科技风,2020(25).

基金项目：1.2018年度湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目“基于VR全景技术永州市古村落漫游系统设计与实现——以龙家大院为例”（项目文件号：湘教通[2018]255 号）；国家级大学生创新创业训练计划平台项目“基于VR全景技术永州市古村落漫游系统设计与实现——以龙家大院为例”（编号：201810551006）。

（作者单位：湖南科技学院传媒学院）