基于虚拟现实技术的三维数字展馆应用设计与研究

基于虚拟现实技术的三维数字展馆应用设计与研究

赵腾亚1

（1.中国铁路设计集团有限公司，天津 300142）

【摘要】随着科技的不断发展，虚拟现实技术（VR）逐渐成为了一种新颖的信息传递方式，为人们提供了一个全新的、沉浸式的体验。在这种背景下，基于虚拟现实技术的三维数字展馆应运而生，打破了传统展示方式的限制，为展示、传播和体验带来了革命性的变革。本文主要探讨了基于虚拟现实技术的三维数字展馆的设计与应用，以期为相关领域的研究提供参考和启示。

【关键词】虚拟现实技术；三维数字展馆；平台展示效果；制作方法；实现手段；设计流程

0引言

随着信息时代的到来，人们对于展示、传播和体验的需求不断提升。传统展示方式已经无法满足现代社会的需求，而基于虚拟现实技术的三维数字展馆则应运而生。这种新型的展示方式不仅可以提供沉浸式的体验，还能实现与观众的实时互动，成为当前研究的热点问题。本文将从行业内主流虚拟现实交互技术及线上数字展馆基础支撑平台的调研出发，对不同平台间的效果表现与承载力进行详细对比，并在此基础上形成一套完整的基于虚拟现实技术三维数字展馆的制作方法、实现手段和设计流程。

1行业内主流虚拟现实交互技术及三维线上展示平台

本文对当前行业内主流的虚拟现实交互技术及线上数字展馆基础支撑平台进行了调研。具体调研方法包括：文献综述、实地考察、专家访谈等。通过这些方法，我们可以了解各种虚拟现实交互技术及线上数字展馆基础支撑平台的优势和劣势，为后续研究提供参考。

1.1 虚拟现实交互技术

（1）Oculus Rift：一款头戴式显示器，可提供沉浸式虚拟现实体验，支持手势识别和360度全景视频播放等功能。

（2）HTC Vive：一款由HTC公司开发的虚拟现实系统，支持室内和室外使用，具备手势识别和空间定位等功能。

（3）Microsoft HoloLens：一款增强现实眼镜，可将数字信息叠加在现实场景中，支持手势识别和语音识别等功能。

（4）Google Cardboard：一款基于纸板制作的虚拟现实眼镜，价格低廉，支持智能手机和平板电脑等设备。

1.2 虚拟现实软件

（1）Unity3D：一款跨平台的开发引擎，可用于构建三维数字展馆应用程序，支持多种平台和设备。

（2）Unreal Engine 5：一款高性能的开发引擎，可用于构建高质量的三维数字展馆应用程序，支持多种平台和设备。

（3）CryEngine：一款非常强大的游戏引擎，以渲染效果和游戏画面著称。它采用了先进的渲染技术，使得游戏画面非常逼真。

通过对三种游戏引擎的比较，结合系统中UI界面可能会较多、系统开发难度和项目成本控制等实际因素，最终选择Unreal 作为开发本系统的游戏引擎。它对于初级游戏开发人员来说能够足够快的上手，但是又不缺乏专业性，对于游戏开发专家来说也能提供强大的支持。所以，Unreal应该适合所有那些想要在如计算机、手机等各种终端部署游戏的开发人员。

1.3 三维线上展示平台

（1）720云：是由微想科技独立开发运营的面向世界各地的VR全景及元宇宙创作工具，该产品致力于高效创作VR全景/XR/3D/数字人等元宇宙内容的优质产品。

（2）视创云展:通过打造元宇宙展厅，实现全空间无死角真三维漫游体验。通过打造数字活动展厅，营造沉浸式线上活动体验。通过搭建数字营销展厅，利用AI+3D技术，变身为数字化营销升级利器。

2 不同平台展示效果差异化分析及承载力对比

2.1 展示效果差异化分析

根据实际调研结果，不同平台在展示效果方面存在明显的差异。具体表现在以下几个方面：

（1）沉浸式体验：Oculus Rift和HTC Vive在沉浸式体验方面表现出色，可让观众完全沉浸在虚拟环境中。而Google Cardboard和Microsoft HoloLens则相对较弱，主要通过头戴式显示器将数字信息叠加在现实场景中。

（2）交互方式：Oculus Rift和HTC Vive支持手势识别和空间定位等功能，观众可以通过控制器或者其他设备与虚拟场景进行互动。而Google Cardboard和Microsoft HoloLens则主要通过语音识别和手势识别与应用程序进行交互。

（3）视觉效果：Oculus Rift和HTC Vive在视觉效果方面表现出色，可提供高分辨率、高帧率的视觉体验。而Google Cardboard则相对较弱，主要通过智能手机和平板电脑等设备进行显示。

2.2 承载力对比

除了展示效果方面的差异外，不同平台在承载力方面也存在明显的对比。具体表现在以下几个方面：

（1）资源消耗：Oculus Rift和HTC Vive由于硬件配置较高，对计算机硬件资源消耗较大。而Google Cardboard则相对较低，主要依赖智能手机和平板电脑等设备的硬件配置。

（2）开发难度：Unity3D和Unreal Engine 5作为跨平台的开发引擎，具有一定的开发难度。而Unreal Engine 5通过蓝图功能开发难度相对较低，开发者只需掌握HTML5和JavaScript等技术即可进行相关前台内容开发。

3.三维数字展馆的设计流程、制作方法及用到的工具

3.1 设计流程及制作方法

在制作方法和设计流程方面，基于虚拟现实技术的三维数字展馆需要一整套科学、高效的流程和方法。首先，需要利用三维建模软件（如3ds Max、Maya等）进行展馆的模型构建。在模型构建过程中，需要考虑到展馆的布局、材质、灯光等因素，力求还原真实的展馆场景。

其次，需要利用虚拟现实开发引擎（如Unity3D、Unreal Engine 5等）进行展馆的虚拟环境设置和交互设计。在这个过程中，需要注重用户体验和交互设计，以提供自然、流畅的沉浸式体验。

此外，还需要进行音效、动画等特效的设计与制作，以及测试和优化等工作。在制作过程中，还需要结合实际需求和技术限制进行灵活调整，以实现最佳效果。

图1 设计流程及制作方法

4.高质量、高刷新率等三维展示技术在三维数字展馆中的应用

高质量、高刷新率的展示技术对于三维数字展馆的实现至关重要。首先，需要关注视觉效果的质量。这包括高分辨率、高帧率的图像显示，以及逼真的材质和光照效果。为了实现这些效果，需要采用先进的渲染技术和高效的图像处理算法。例如，利用延迟渲染（Deferred Rendering）技术可以显著提高渲染效率，同时保证图像质量。此外，对于材质和光照效果的处理，可以采用物理引擎（如Unity3D的PhysX引擎）来进行模拟和计算，以达到更真实的效果。

其次，需要关注刷新率的问题。高刷新率可以提供更流畅的视觉体验，减少延迟和眩晕感。为了实现高刷新率，需要优化虚拟现实应用程序的性能，确保其在各种设备上都能够高效运行。此外，还可以采用动态分辨率和帧率调整技术来平衡显示效果和性能之间的关系。例如，当设备性能不足以维持高帧率时，可以自动降低分辨率或采用其他优化策略来保证流畅度。

最后，还需要关注交互技术的实现。除了传统的鼠标和键盘操作外，还需要支持手势识别、眼动追踪等先进的技术。这些技术可以提供更自然、直观的交互方式，进一步提高用户体验。例如，可以利用深度学习算法进行手势识别，或者采用眼动追踪技术来自动调整视角和焦点。

5.项目应用实践

5.1 项目背景

2023年，正值中国铁路设计集团70周年院庆。在这70年的发展历程中，集团公司深入贯彻国家创新驱动发展战略，坚持“科技兴企”方针，大力开展科技攻关，积极抢占科技创新制高点，多项科技成果获奖。随着三维虚拟现实技术的发展，其也逐渐被应用到传统展馆的升级改造过程中去，虚拟展馆是传统展馆在当前背景下的一种发展趋势，其发展的基础技术便是三维虚拟现实技术。借助虚拟展馆的展现形式不仅能够满足大众的文化需求，给展馆参观者营造一种真实的环境。

5.2 总体架构

图2 系统总体架构图

按照版块将线上展览馆分为首页、序厅、主展区、尾厅，共计一个介绍页、三个主功能厅。

5.3主要功能界面介绍

（1）系统欢迎页

设置系统欢迎界面，包含宣传语等其他文字信息。

图5 系统欢迎界面图6 首页界面

（2）首页

首页设置序厅、主展区（7个功能区）的快速进入按钮。

（3）主展区介绍

点击漫游模式后可以快速跳转至相应展区。

图7高铁及城轨展区

参考文献

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姓名：赵腾亚

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