“VR+乡村振兴”虚拟展示系统的设计与实现论文

SCI论文（www.lunwensci.com）

　　摘要：为全面实施乡村振兴战略，以某村为样本，设计并实现乡村振兴VR展示系统。从展示乡村振兴成果的角度探讨乡村振兴的途径和方法；结合VR技术及Unity 3D开发平台，通过沉浸式漫游、代入式音视频介绍和一比一还原典型建筑物，使访问者能够打破时间和空间的限制，身临其境地融入村庄的美丽环境，感受费孝通先生的文化精神及乡村居民的幸福生活。该系统为弘扬中国传统文化、广泛宣传和共享乡村振兴成效、学习乡村振兴实践方法提供了有利手段。

　　关键词：虚拟展示系统；乡村振兴

　　Abstract:To fully implementing the rural revitalization strategy,a virtual reality(VR)display system was designed and implemented with a village as a example.The ways and methods of rural revitalization were discussed from the perspective of showing rural revitalization achievements;by using VR technology and Unity 3D development platform,through immersive roaming,immersive audio and video introduction and a one-to-one restoration of typical buildings,visitors can break the limitations of time and space,immerse themselves into the beautiful environment of the village,and feel the cultural spirit of Mr.Fei Xiaotong and the happy life of rural residents.It provides an effective way to carry forward Chinese traditional culture,widely publicize and share the effects of rural revitalization,and learn the practical methods of rural revitalization.

　　Key words:virtual display system;rural revitalization

　　0引言

　　在全球一体化和城市化进程中，中国大部分乡村处于尴尬的境地，也面临着有史以来最为严峻的考验，那就是乡村的衰落。乡村持续的衰落，在很大程度上会带来乡村危机[1-2]。目前，我国仍处于并将长期处于社会主义初级阶段，其特征很大程度上表现在乡村。而全面建成小康社会和全面建设社会主义现代化强国，最艰巨最繁重的任务在乡村，最广泛最深厚的基础在乡村，最大的潜力和后劲也在乡村[3]，乡村兴则国家兴，乡村衰则国家衰。全面实施乡村振兴战略，推进乡村产业、人才、文化、生态、组织的振兴，着力让广大农民群众共享现代化成果，是党的十九大做出的重大决策部署，是决胜全面建成小康社会、全面建设社会主义现代化国家的重大历史任务。

　　1 VR+乡村振兴

　　虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术通过三维图像生成技术、多传感器交互技术以及高分辨率现实成像技术，能够生成更加逼真的三维虚拟环境，使访问者可以跨越时空限制，在虚拟环境中获得前所未有的沉浸感、交互性和自主性。近年来，随着计算机技术的高速发展，

　　虚拟现实技术已广泛应用于产品仿真、军事、航天、医学与娱乐等多个领域[4]。将国家乡村振兴战略与虚拟现实技术深度融合，实现“VR+乡村振兴”，对于改善乡村环境、宣传乡村传统文化、记录乡村产业发展、交流乡村发展经验有着极其重要的作用。

　　目前，“VR+乡村振兴”的研究主要集中在“美丽乡村”建设、“乡村文化”振兴、“乡村经济”发展和综合提升建设等4个方面。其中，在“美丽乡村”建设方面，杨山等[5]从建筑学的角度提出融合建筑信息模型(BIM)、地理信息系统(GIS)及“互联网+”技术开发“住宅设计与建造虚拟”的仿真平台，但并未给出具体、详细的建设方案和实现效果。黄诚[6]从设计的角度说明了“美丽乡村”建设的思路和实施细节，但未能给出最终的设计效果。

　　在“乡村文化”振兴方面，贺艳[7]提出利用虚拟现实、图像处理与人工智能等技术记录和保存民间节庆、戏曲、生产与生活状态等乡村文化资源，推行“乡村记忆工程”，让人们找到“根”的归属感，留住乡愁。但是，文献缺乏实例，没有典型性和针对性。黄倩等[8]以台州市传统村落半山为例，利用移动互联网技术、3D全景定位导航技术和虚拟现实技术，探索有利于传统古村落宣传和推广的媒介平台，从而传承和宣传农村的优秀传统文化，但是也未能给出最终的实施效果。郭永玲等[9]将山西孝义具有鲜明地方特色和文化表现的面塑与VR技术、人工智能技术、全息影像技术相融合，使传统面塑与流行文化得以契合，大力发扬乡村文化，但同样也未能给出具体的实施方案。

　　在“乡村经济”发展方面，张磊等[10]提出依托3S技术、无人机技术、三维激光技术及RTK技术提取贵州山地旅游村的天地一体多源时空数据，实现了对重点景区时空数据的全生命周期管理和维护，但文献内容以景区的时空数据采样为主，未能给出整个系统的设计与实现思路。郭晨等[11]认为发展乡村旅游业应遵循因地制宜的发展原则，结合文化大数据、全景故事来构建“文化大数据+全景故事+数字出版”相结合的数字化新媒体呈现手段，实现基于虚拟现实的新型乡村旅游发展模式，并给出了详细的实现步骤和系统效果。

　　在综合研究方面，陈世林[12]以“重庆市巴南区彩色森林”为例，结合互联网+元素，提出了村镇农旅融合发展模式；同时，以森林和田园为载体，形成以森林康养、森林旅游和森林产品开发为主导产业的融合互动发展模式，并对模型的结构和实施细则进行了详细描述。

　　上述研究从不同角度给出了“VR+乡村振兴”的解决方案，但是多数研究仍停留在计划或设计阶段，最多给出了简单的实施步骤，鲜有最终实现效果的展示和对系统的综合评价。而在研究内容方面，仍多以探讨乡村振兴某一方面的具体内容为主，很少有从乡村振兴成果展示的角度探讨“乡村振兴”途径的研究。随着乡村振兴战略的启动和深入实施，全国各地有思想、实施效果显著、具有典型性和广泛适用性的案例不断涌现。共享优秀案例经验、学习案例实施方案，将更多更好的优秀案例、经验和发展模式宣传、推广出去，带动其他地区乡村振兴的实施同样有着重要意义。

　　因此，以江苏省苏州市吴江区七都镇的开弦弓村为样本，设计并实现了能够更加生动、形象、具体地展现乡村振兴在产业发展、人文环境、乡村文化提升、生态保护和组织决策等方面成果的VR展示系统。该系统为访问者提供浏览器、VR眼镜、移动终端App和PC桌面等不同版本，访问者通过访问VR展示平台，可以身临其境地感受村庄的自然美景、体验江村村庄的变化和乡村居民的幸福生活，从而有效地学习开弦弓村的建设经验。同时，访问者还可以在VR展示平台中相互交流和学习乡村振兴经验、分享乡村振兴的特色发展模式，从而为对外展示乡村振兴成果，建立乡村振兴“元宇宙”奠定基础。

　　2乡村振兴VR展示系统

　　以江村作为社会学研学圣地的IP为基础，选择其中具有代表性的费孝通纪念馆、江村教授工作室、江村图书馆、党建文化室、江村礼堂、江村club和江村市集，围绕江村文创村落在空间建构上的不同层次，创建以展示江村文化研学特色、新老江村变化、乡村居民幸福生活的乡村振兴VR展示系统。该系统在突出乡村振兴的历史背景与改革成果的同时，强调江村自力更生、崇文重教、文化自信的整体品格与气质，使访客能够身临其境地感受江村旧貌的同时，也能直观地体验江村在乡村道路、人居环境、居民生活、文化学习与交流、便民服务等各个方面的新变化。系统由UI模块、虚拟漫游模块、江村展示模块和数据管理模块等4个核心子模块组成，系统结构如图1所示。

　　UI模块通过动画角色中的村民形象，体现人们生活与日俱进，越来越富足的精神面貌；虚拟漫游模块为访问者提供自动漫游、自主漫游和跳转漫游等3种不同的漫游方式来游历江村，同时搭载导航小地图，使访问者在虚拟江村中游览时既能欣赏到江村的美丽风光，又能正确把握游览方向和游览顺序。乡村振兴成效展示模块为访问者提供语音介绍、视频播放和相册展示等3种不同的展示方式，使访问者能够全方位了解江村的过去和现在，分享江村在国家乡村振兴战略下的发展成效。数据管理模块提供3D模型数据、贴图数据、音频和视频等数据的管理与动态加载功能。

　　2.1 UI模块设计

　　乡村振兴是党在脱贫攻坚取得胜利之后，站在新的历史起点上所提出的新发展战略。文化振兴作为其中至关重要的一环，是乡村振兴的价值引领与精神动力的源泉，其中所蕴含的乡土情结、生态伦理思想、耕读文化、德治文化是最能够回应当代乡村振兴、中华民族伟大复兴、人民美好生活需要等现实诉求的优势内核。因此，UI模块的设计以具有江村人文情怀的费孝通先生，乡土情怀的荷花、荷叶，反映人民美好生活的江村房屋、渔船等文化IP元素为核心，在宣扬江村文化的同时，实现访问者与虚拟场馆情境交融的效果。VR展示系统启动测试如图2所示。

　　2.2虚拟漫游模块

　　虚拟漫游模块为访问者提供自动漫游、自主漫游和跳转漫游等3种不同的漫游方式来游历江村。其中，自动漫游功能为第一次进入虚拟村落及不熟悉江村环境的访问者提供了便捷的访问方式。通过自动漫游，访问者无需进行任何操作，即可在系统的带领下自动漫游整个虚拟村落，感受江村的美景、江村的文化和江村居民的生活状态。自动漫游路线如图3所示。

　　虚拟漫游模块功能的实现步骤如下所示：

　　Step1，设置6个指定建筑物的坐标；

　　Step2，创建toStep1协程，获取各建筑物的坐标，使导航系统能够根据图3所设定的路线完成自动漫游；在自动漫游过程中，访问者可以自主选择播放该建筑的视频来了解该建筑的前世今生，也可以点击相册来欣赏该建筑的实景图，使访问者能够对每个代表江村文化和乡村振兴成效的建筑物有较为宏观的了解和认识；

　　Step3，创建toStep2协程，获取建筑物内部所设置的地点坐标，使访问者可以有序地游览各个建筑物的内部结构，加深访问者对建筑物的理解。

　　自主漫游和跳转漫游是为访问者提供的个性化漫游方式，访问者可以通过键盘控制虚拟角色在江村虚拟村庄中悠闲的游览，欣赏江村干净的街道、清澈的河水和充满人文气息的标志建筑。同时，也可以通过UI界面中提供的快捷按钮在不同的标志性建筑物之间跳转以实现跳转漫游。跳转漫游减少了访问者前往不同建筑物的中间路途，节省了往返时间，使访问者能够更加专注、深入地了解江村，从而更加全面、深刻地感受到国家乡村振兴战略给江村带来的翻天覆地的新变化。自主漫游和跳转漫游的效果如图4所示。

　　虚拟漫游模块功能的实现步骤如下：

　　Step1，获取角色的CharacterController组件，设置Physics.autoSyncTransforms以便识别角色的当前行为是自主漫游，还是跳转漫游；

　　Step2，设置角色的移动速度和旋转速度；

　　Step3，通过W、A、S、D键获取人物在水平和垂直方向的偏移量，通过CharacterController组件实现角色的移动；

　　Step4，设置所有目标地点；

　　Step5，创建快捷访问栏出现和隐藏的动画，并通过判断是否按下Tab键来控制；

　　Step6，判断鼠标左键是否点击快捷访问栏上的图标，如果点击则人物跳转到指定位置。

　　2.3江村展示模块

　　江村展示模块提供相册、视频播放和语音播放等3个子功能。首先，通过语音播放器向访问者介绍江村的来历、乡村特色、人文精神等内容；其次，视频播放器采用动画的方式展现江村中各标志性建筑物的今昔变化，在“昔日”的动画中采用线描的绘制手法，向访问者细致、精确地展现江村昔日生活环境的真实面貌，并且通过在画面中叠加暗黄色纹理来丰富画面、增加画面的年代感，使访问者更容易沉浸其中；而在“今日”的动画中采用真实色彩的方式，与“昔日”动画的风格形成反差，彰显画面的生动与活力。同时，配合实景相册和真

　　实还原的3D模型，通过更加具有代入感的方式向访问者展示江村在乡村振兴中取得的巨大成效。视频动画设计和播放效果、建筑的3D模型和相册分别如图5~6所示。

　　江村展示模块的实现步骤如下所示：

　　Step1，导入所有音视频、图片资源，以数组的方式存储；

　　Step2，在Update()中循环播放背景音乐，根据所设置的bool变量isPlay判断是否停止或开启；

　　Step3，创建选择播放视频或相册的UI，通过按钮选择；Step4，创建方法PlayMovie()以实现动画视频播放；

　　Step5，创建方法ShowImage()和PlayScroll()，使实景相册能够以滚动的方式来展示实景图片；

　　Step6，在播放时监听Enter键，如果按下Enter键，则跳过播放。

　　3系统测试

　　为全面测试系统的性能，在PC端测试时选择的计算机硬件环境包括：CPU为Core i5-8259U 1.6 GHz，显卡为Radeon RX 550 Nan，内存大小为8 GB；软件环境包括：操作系统为Windos 10，编译环境为Visual Studio 2019和DirectX 2018；而VR端测试的硬件环境包括：三星Gear VR眼镜，三星GALAXYNote 4手机；软件环境包括：Oculus home操作系统，Gear VR Video视频播放器。在整个系统的测试过程中，测得最大帧速为125帧/s，最小帧速为99帧/s，平均帧速为110.18帧/s，从而保证整个系统的顺畅运行。

　　4结束语

　　本文结合当前流行的虚拟现实技术，利用Unity 3D开发平台设计并实现了乡村振兴展示系统。该系统为用户提供了PC端、浏览器端和手机端等多种不同的访问途径，使用户足不出户即可感受到江村在乡村振兴战略背景下发生的新变化，身临其境地在虚拟村庄中欣赏江村的真实美景，同时还可以学习江村乡村振兴的成功经验，为人们提供了一个访问江村、学习乡村振兴知识的平台。但是，乡村振兴是一个非常大的主题，其涉及的内容非常多，因此要从整体上体现国家乡村振兴的丰硕果实，未来还需要从经济发展、特色产业、旅游助力等方面进行扩展，这样才能全方位体现江村的“美”，体现江村的发展成效。

　　参考文献：

　　[1]廖彩荣,陈美球.乡村振兴战略的理论逻辑、科学内涵与实现路径[J].农林经济管理学报,2017(6):795-802.

　　[2]LIU Y S,LI Y H.Revitalize the world's countryside[J].Nature,2017,548(7667):275-277.

　　[3]乡村振兴战略[OL].https://baike.baidu.com/item/%E4%B9%A1%E6%9D%91%E6%8C%AF%E5%85%B4%E6%88%98%E 7%95%A5/22168400?fromtitle=%E4%B9%A1%E6%9D%91%E6%8C%AF%E5%85%B4&fromid=56100648&fr=aladdin,2022.04.27

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　　[12]陈世林.乡村振兴战略下村镇融合发展模式与策略研究——以"重庆市巴南区彩色森林"为例[J].今日财富(中国知识产权),2021(10):10-12.

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