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【摘要】在研究Leap motion侦测数据生成运动信息的基础上，以赫哲族为例建设民族聚落，运用Leap Motion与漫游系统进行体感式交互，提高赫哲族文化的辨识度。通过前期数据的采集及总结，完成了对赫哲族建筑/文化体验等模型的构建；通过制作漫游、游戏程序等操作进行交互试验，增强用户临场感，增强赫哲族文化国际性及人与人之间传播能力；提出了对贴图、LOD、DOF、碰撞等技术的优化新方案，改善交互体验，实现了对民族文化的信息数据化、虚拟现实化、体感交互化式的保护。
【關键词】Leap motion；交互设计；虚拟现实；数字化；民族聚落
【中图分类号】TP391.4 【文献标识码】A
引言
作为跨界民族的赫哲族历史悠久，慢慢褪去了表演的华服，淡出我们的世界。时至今日，越来越少的人穿着鱼皮衣，鱼皮技艺几近失传，赫哲语成为我国濒危语言之一，服饰几乎同汉族一般无二，更别说其习俗、信仰……由此可见赫哲文化所处境遇之严峻。本研究借助数字化效力对其进行高效、及时的抢救，主要包括绘图数字化、建模数字化、虚拟现实数字化、信息系统数字化。Leap Motion体积轻便小巧，成本低廉、性能稳定，寿命长，精确定位手部动作，不易受周围环境磁场的影响，可移植性强本研究计划通过采用Leap Motion，以人机交互融入数字化漫游的方式达到操作者与虚拟环境实现沉浸式交互，增加体感体验的效果。首先建立赫哲族聚落漫游系统，然后融合leap Motion交互体验，通过Leap motion获取的侦测数据创建Leap motion右手笛卡尔坐标系，刻画手部坐标，模拟手部行为运动，进而完成狩猎文化、捕鱼文化、鱼皮衣文化等一系列交互行为。
一、赫哲族模型的创建
（一）建模模块规划
本研究采用3DMax对赫哲族建筑物进行三维建模，主要分为建筑模型、工艺品模型、交通工具模型、生活模型，最后组成赫哲系列三维场景。整体流程包括无人机扫描以及现场拍摄采集建筑信息、导入Scene软件生成的点云数据形成建筑轮廓，导入3DMax软件绘制三维模型，3DMax纹理贴图处理、模型输出。流程如图1。
（一）系统界面
以初始界面为媒介向用户传递情感，是界面设计的魅力所在。利用Photoshop处理图片素材，以自带框架结构诠释赫哲族民族元素的界面，通过按钮对用户进行心里暗示和引入指导，以便用户了解和使用本系统。
（二）建筑虚拟场景
利用建模技术、Unity强大的虚拟交互能力，还原建筑及建筑周边的环境形态、赫哲文化生活、工作场景、衣着服饰、使用器具、风俗习惯等，形成与建筑息息相关的文化圈，以直观的表现，丰富互动趣味性，解决抽象思维与建筑实体之间的接触问题，辅以移动终端为信息传达的媒介，为赫哲族非物质文化遗产的传承与发扬提供有力途径，提高公众对赫哲族文化遗产的关注度，并从被动的了解转化为主动的探索。虚拟场景效果如图2-2：
如何实现与物体的交互是一大难点，手势输入的手部模型与其他物体无法直接发生碰撞，经过测试发现，物体与手势触发，Rigidbody与Collider两种物理属性缺一不可，还需挂上Grabbable Object脚本完成抓取的程序设定.Collider有Box Collider、Capsule Collider等属性，不同物体采用不同的碰撞器，碰撞的效果也不一样，比如给鱼Box Collider属性时，手势与鱼碰撞时容易被手势弹飞，当给Capsule Collider属性时，调整胶囊碰撞器的轴向，使胶囊体刚好跟鱼本身重合，当手势与之碰撞时，就能有效解决碰撞的问题。鱼叉同样方法处理，给场景添加HandControllerSandBox，限定物体运动区域。
（五）碎片虚拟化拼接
通過Leap Motion获取的数据，进行手部行为的模拟运动，创建右手笛卡尔坐标系，分别刻画手部以及碎片坐标，运行Leap Motion插件时，系统以帧为单位反馈感应，给以用户流畅体验，每一帧中包含很多参数，其中包括tipPosieion将指尖位置与碎片位置形成对应关系，方便快捷精准捕捉，赋予碎片代码属性，手部捕捉碎片通过平移、旋转、空间对接完成。 三、优化设计
（一）动态加载优化
采用AssetBundle 动态加载机制，将Unity3D中文件、资源导成特定文件格式（.unity3D），用户进入漫游时，优先加载角色周边场景环境，其他文件在需要时自动加载到场景中，减少内存消耗。
（二）运行速率优化
采用LOD技术实现在不同层次、不同视角条件下，采用不同精细程度的模型代表同一物体，大量减少绘制的顶点数目，对漫游场景进行优化，提高场景运行速率。
（三）渲染效率优化
采用遮挡剔除技术，降低Batches，对不在摄像机视野范围内的模型不渲染，加快渲染效率，调整相机属性Field of View、Cilpping Planes值实现。
（四）网格材质合并
未经处理的模型具有很多相同Shader的材质球，从而产生了大量的Batches，占用CPU的运算时间，加大内存占用量，当模型量大时，会造成程序卡顿，因此需要把具有相同Shader的材质球合并，采用Mesh Baker插件，以减少Batches的产生。
四、结语
在赫哲族文化濒于自然消失的背景下，本研究介绍了赫哲族文化数字化保护技术，针对数字化保护方法，采用信息化、数据化、虚拟化、交互化结合方式，分别对这四种方式的关键技术进行详细介绍；同时，根据族文化特性提出了虚拟系统融合Leap motion战略，制作相应渔文化脚本代码，打破传统方式，实现人机交互，增强用户临场感，增强赫哲族文化国际性及人与人之间传播能力。这种途径在数字化时代背景下利用体感交互、增强现实、虚拟现实更具真实感且有效的保护赫哲族文化。
参考文献：
[1]颜明霞.非物质文化遗产保护与旅游开发的互动发展模式研究[J].创新，2014（3）：61-64
[2]李春晓.基于Unity 3D的中国古代农耕虚拟场景智能展示平台[J].农业工程学报，2017：308-314.
[3]袁田琛.基于Leap Motion 和Unity3D的体感游戏开发与集成[J].电脑知识与技术，2015（13）：201-204.
作者简介：胡雨珠（1997-），女，汉族，吉林省四平市，本科生，研究方向为工程管理bim应用；黄泰怡（1996-），女，布依族，云南省德宏州，本科生，研究方向为工程管理bim应用；谢能（1995-），男，汉族，广西南宁市，本科生，研究方向为工程管理bim应用；王磊（1994-），男，汉族，內蒙古赤峰，大连民族大学计算机科学与工程学院硕士研究生，主要从事主要从事计算机视觉与大数据技术研究；王楠楠（1980-），女，讲师，研究方向为图形图像处理技术。
【關键词】Leap motion；交互设计；虚拟现实；数字化；民族聚落
【中图分类号】TP391.4 【文献标识码】A
引言
作为跨界民族的赫哲族历史悠久，慢慢褪去了表演的华服，淡出我们的世界。时至今日，越来越少的人穿着鱼皮衣，鱼皮技艺几近失传，赫哲语成为我国濒危语言之一，服饰几乎同汉族一般无二，更别说其习俗、信仰……由此可见赫哲文化所处境遇之严峻。本研究借助数字化效力对其进行高效、及时的抢救，主要包括绘图数字化、建模数字化、虚拟现实数字化、信息系统数字化。Leap Motion体积轻便小巧，成本低廉、性能稳定，寿命长，精确定位手部动作，不易受周围环境磁场的影响，可移植性强本研究计划通过采用Leap Motion，以人机交互融入数字化漫游的方式达到操作者与虚拟环境实现沉浸式交互，增加体感体验的效果。首先建立赫哲族聚落漫游系统，然后融合leap Motion交互体验，通过Leap motion获取的侦测数据创建Leap motion右手笛卡尔坐标系，刻画手部坐标，模拟手部行为运动，进而完成狩猎文化、捕鱼文化、鱼皮衣文化等一系列交互行为。
一、赫哲族模型的创建
（一）建模模块规划
本研究采用3DMax对赫哲族建筑物进行三维建模，主要分为建筑模型、工艺品模型、交通工具模型、生活模型，最后组成赫哲系列三维场景。整体流程包括无人机扫描以及现场拍摄采集建筑信息、导入Scene软件生成的点云数据形成建筑轮廓，导入3DMax软件绘制三维模型，3DMax纹理贴图处理、模型输出。流程如图1。
（一）系统界面
以初始界面为媒介向用户传递情感，是界面设计的魅力所在。利用Photoshop处理图片素材，以自带框架结构诠释赫哲族民族元素的界面，通过按钮对用户进行心里暗示和引入指导，以便用户了解和使用本系统。
（二）建筑虚拟场景
利用建模技术、Unity强大的虚拟交互能力，还原建筑及建筑周边的环境形态、赫哲文化生活、工作场景、衣着服饰、使用器具、风俗习惯等，形成与建筑息息相关的文化圈，以直观的表现，丰富互动趣味性，解决抽象思维与建筑实体之间的接触问题，辅以移动终端为信息传达的媒介，为赫哲族非物质文化遗产的传承与发扬提供有力途径，提高公众对赫哲族文化遗产的关注度，并从被动的了解转化为主动的探索。虚拟场景效果如图2-2：
如何实现与物体的交互是一大难点，手势输入的手部模型与其他物体无法直接发生碰撞，经过测试发现，物体与手势触发，Rigidbody与Collider两种物理属性缺一不可，还需挂上Grabbable Object脚本完成抓取的程序设定.Collider有Box Collider、Capsule Collider等属性，不同物体采用不同的碰撞器，碰撞的效果也不一样，比如给鱼Box Collider属性时，手势与鱼碰撞时容易被手势弹飞，当给Capsule Collider属性时，调整胶囊碰撞器的轴向，使胶囊体刚好跟鱼本身重合，当手势与之碰撞时，就能有效解决碰撞的问题。鱼叉同样方法处理，给场景添加HandControllerSandBox，限定物体运动区域。
（五）碎片虚拟化拼接
通過Leap Motion获取的数据，进行手部行为的模拟运动，创建右手笛卡尔坐标系，分别刻画手部以及碎片坐标，运行Leap Motion插件时，系统以帧为单位反馈感应，给以用户流畅体验，每一帧中包含很多参数，其中包括tipPosieion将指尖位置与碎片位置形成对应关系，方便快捷精准捕捉，赋予碎片代码属性，手部捕捉碎片通过平移、旋转、空间对接完成。 三、优化设计
（一）动态加载优化
采用AssetBundle 动态加载机制，将Unity3D中文件、资源导成特定文件格式（.unity3D），用户进入漫游时，优先加载角色周边场景环境，其他文件在需要时自动加载到场景中，减少内存消耗。
（二）运行速率优化
采用LOD技术实现在不同层次、不同视角条件下，采用不同精细程度的模型代表同一物体，大量减少绘制的顶点数目，对漫游场景进行优化，提高场景运行速率。
（三）渲染效率优化
采用遮挡剔除技术，降低Batches，对不在摄像机视野范围内的模型不渲染，加快渲染效率，调整相机属性Field of View、Cilpping Planes值实现。
（四）网格材质合并
未经处理的模型具有很多相同Shader的材质球，从而产生了大量的Batches，占用CPU的运算时间，加大内存占用量，当模型量大时，会造成程序卡顿，因此需要把具有相同Shader的材质球合并，采用Mesh Baker插件，以减少Batches的产生。
四、结语
在赫哲族文化濒于自然消失的背景下，本研究介绍了赫哲族文化数字化保护技术，针对数字化保护方法，采用信息化、数据化、虚拟化、交互化结合方式，分别对这四种方式的关键技术进行详细介绍；同时，根据族文化特性提出了虚拟系统融合Leap motion战略，制作相应渔文化脚本代码，打破传统方式，实现人机交互，增强用户临场感，增强赫哲族文化国际性及人与人之间传播能力。这种途径在数字化时代背景下利用体感交互、增强现实、虚拟现实更具真实感且有效的保护赫哲族文化。
参考文献：
[1]颜明霞.非物质文化遗产保护与旅游开发的互动发展模式研究[J].创新，2014（3）：61-64
[2]李春晓.基于Unity 3D的中国古代农耕虚拟场景智能展示平台[J].农业工程学报，2017：308-314.
[3]袁田琛.基于Leap Motion 和Unity3D的体感游戏开发与集成[J].电脑知识与技术，2015（13）：201-204.
作者简介：胡雨珠（1997-），女，汉族，吉林省四平市，本科生，研究方向为工程管理bim应用；黄泰怡（1996-），女，布依族，云南省德宏州，本科生，研究方向为工程管理bim应用；谢能（1995-），男，汉族，广西南宁市，本科生，研究方向为工程管理bim应用；王磊（1994-），男，汉族，內蒙古赤峰，大连民族大学计算机科学与工程学院硕士研究生，主要从事主要从事计算机视觉与大数据技术研究；王楠楠（1980-），女，讲师，研究方向为图形图像处理技术。