基于Unreal Engine的天坛公园虚拟漫游与交互设计

基于Unreal Engine的天坛公园虚拟漫游与交互设计技术说明本文围绕基于Unreal Engine的天坛公园虚拟漫游项目进行数字化交互设计复盘重点整理场景建模、材质灯光、漫游交互、信息展示、性能优化和测试验证等技术要点。内容用于虚拟现实、文化遗产数字化和实时交互设计方法交流不涉及景区营销或服务宣传。摘 要虚拟现实技术的发展为文化遗产的保护与传播开辟了一条新路本文基于虚幻引擎(UnrealEngine,UE)对天坛公园进行虚拟漫游交互设计从而打破传统文化受限于时间与空间的桎梏为用户带来更沉浸式的文化旅游体验通过对三维模型的三维重建、UE场景搭建与空间布局、交互设计与实现为用户呈现出一个可交互式的天坛公园虚拟漫游系统。本次系统研究的目标除了通过数字化的方式宣传天坛文化之外还可以为文化遗产的数字展览、交互提供一些思路同时使用UE实时渲染和蓝图系统能够让更多的人亲身体会天坛的往日风貌增加学习认识。也可以使用本设计为其他的文化遗产做数字化保护与展示、虚拟现实文化旅游、历史教育等方面的发展与应用服务。随着计算机硬件水平的发展及引擎的完善逐渐将VR应用引入到文化遗产数字化保存领域本文在建模优化、场景搭建、交互功能开发等方面的工作初步搭建了基于UE的虚拟文化遗产展示系统平台为后续项目的设计提供了思路。关键词虚幻引擎UE虚拟漫游文化遗产数字化交互设计ABSTRACTThe rapid development of virtual reality technology has provided new possibilities for the dissemination and experience of cultural heritage. This paper conducts an interactive design of virtual roaming in the Temple of Heaven Park based on the Unreal Engine (UE), aiming to break through the spatial and temporal limitations of traditional cultural dissemination and provide users with a more immersive cultural experience. Through high-precision 3D modeling, scene construction and optimization, as well as the design and implementation of interactive functions, an interactive virtual roaming system of the Temple of Heaven is constructed. The system combines functions such as environmental lighting adjustment, dynamic weather changes, voice explanations, text and image displays, allowing users to deeply explore the architectural art and historical culture of the Temple of Heaven in a virtual environment.This research not only enhances the digital dissemination effect of the Temple of Heaven culture, but also provides innovative ideas for the digital display and interactive experience of cultural heritage. With the high-quality real-time rendering technology and interaction system of UE, users can immerse themselves in the historical atmosphere of the Temple of Heaven, enhancing their cultural cognition and learning interest. In addition, this design can also provide references for the digital protection and display of other cultural heritages, expanding the application potential of virtual reality in cultural tourism, historical education and other fields.With the improvement of computer hardware performance and the maturity of game engine technology, the application of virtual reality in the digital protection of cultural heritage has gradually formed a feasible technical process. Through exploration in aspects such as modeling optimization, scene construction, and interactive function development, this paper initially constructs a virtual cultural heritage display framework based on UE, providing a technical solution for reference for subsequent similar projects.Key wordsUnreal Engine (UE) Virtual Roaming;Digitalization of Cultural HeritageInteraction Design第1章 引言1.1 课题研究背景天坛作为中国古代重要的皇家祭天场所其历史文化和建筑艺术价值是独一无二的。但是传统文化由于时间和空间、展示形式等方面的限制无法完整地展现出天坛的历史文化和建筑艺术而游客由于现实条件的限制无法深入体验历史文化内涵并且传统的静态展示手段难以吸引游客的兴趣。近年来随着虚拟现实、三维三维造型等数字技术逐渐应用于保护领域。虚拟现实技术打造沉浸式体验环境打破展示局限全方位了解历史建筑。当前最先进的虚幻引擎技术具备强大的实时渲染和灵活交互能力并已应用于多个领域在灯光效果、质感的动态变化等方面都取得了较好效果为历史建筑数字化再现及新形式呈现提供了新的思路。本项基于虚幻引擎采用三维方式对天坛建筑群进行复原模拟天坛数字漫游平台并实现模拟天气调整光线、语音讲解等多功能任意漫游虚幻建筑并获取各类文化知识。这种新的数字展示手段突破了时间和空间的限制使人们通过操作互动来了解天坛建筑特点及古代祭祀文化也可为文物数字化保护、历史教学及旅游创新发展等提供借鉴。1.2 国内外虚拟漫游制作研究水平及现状1.2.1 国内虚拟漫游制作研究水平及现状国内研究重点聚焦虚拟现实技术在建筑可视化设计、文化遗产复原和教育领域的应用。例如荀平等人在《基于UE4的虚拟现实技术在建筑可视化中的应用研究》中探讨了UE4引擎在建筑可视化中的应用强调了虚拟现实技术在提升设计方案评审效率和效果方面的优势[1]。此外杨传贵与杨莹在《静寄山庄泠然阁景区UE4仿真漫游设计研究》中通过SketchUp建模与UE4场景优化复原了清代泠然阁的园林景观丰富了传统园林的可视化表现形式[2]。沈忠杰在《基于UE4的建筑可视化漫游应用研究》中进一步展示了UE4在实时渲染与交互方面的应用显著优化了设计流程并提升了用户体验[3]。任可欣与张琪的《UE4与虚拟校园交互设计》则通过1:1建模和虚拟漫游技术实现了校园展示的沉浸式交互推动了教育场景的数字化进程[4]。刘珊珊在《使用UE4游戏引擎构建建筑动画漫游的模式研究与实践》中通过对比3ds Max和UE4的制作模式强调了UE4在互动性、实时性和效率上的优势展现了其在建筑动画领域的创新潜力[5]。1.2.2 国外虚拟漫游制作研究水平及现状国外研究更侧重于实时交互、高真实感渲染以及跨领域的技术创新与多学科应用。例如Armin Bernstetter et al等人在《Virtual fieldwork in immersive environments using game engines[J]. Computers and Geosciences》中研究了如何用不同的摄影测量方法来收集真实世界的建筑数据并进行可视化[6]Bin Hu and Huijuan Zang在《Preservation and Dissemination of Historical Architecture Based on Unreal Engine: A Case Study of the Design of the Macao Ruins of St. Paul’s Block Game[J]. Landscape Architecture》中详细提出关于高精度还原历史建筑的细节和如何交互来提升沉浸式与参与感[7]。法国艺术家Benoit Dereau在《巴黎公寓》项目中利用UE4展示了虚拟现实在建筑与文化遗产领域的强大表现力以简明的创作流程和出色的视觉效果著称。此外美国北卡罗来纳大学团队将UE4应用于虚拟校园开发通过1:1模型构建与交互漫游打造了高度沉浸的虚拟教学场景Epic Games 团队在《虚幻引擎 4 的建筑表现技术》中展示 UE4 在实时渲染、蓝图交互系统等技术优势为全球开发者提供多领域跨界应用可能。国外研究整体体现UE在技术普适性与创新性上的卓越潜力推动其在虚拟现实、建筑、教育等领域广泛应用。第2章 相关技术概论2.1 三维建模与雕刻技术三维建模与雕刻技术Maya 与 ZBrush在数字化文化遗产重建领域高精度模型创建是关键技术环节。当前主流建模解决方案采用 Maya 与 ZBrush 协同工作模式前者在基础网格构建方面优势显著后者擅长细节雕刻处理这种组合式技术路线可充分发挥不同软件特性优势最终产出符合文物保护要求的精细化三维数字资产。(1) Maya 在三维建模中的应用Maya 是一款专业的三维建模、动画和渲染软件广泛应用于影视、游戏和建筑可视化等领域。在本研究中Maya 主要用于天坛主体建筑如祈年殿的结构化建模优势包括①多边形建模利用多边形建模基于参考资料和实地考察构建天坛的基本形态并进行二次布线和优化确保模型在 UE 引擎中不会卡顿。②NURBS 曲面建模用于制作天坛屋顶屋檐等复杂结构可以提高模型的平滑度和精细度。③UV 展开与贴图优化通过 UV 编辑工具调整UV纹理拉伸和大小使材质可以贴合模型提高真实性。(2)ZBrush 在雕刻与细节刻画中的应用ZBrush 是一款强大的数字雕刻软件擅长高精度模型雕刻和法线贴图生成。在本研究中ZBrush 主要用于补充 Maya 建模的细节刻画如①高精度雕刻可以雕刻祈年殿屋檐藻井花纹等复杂结构提高模型的细节。②法线贴图生成利用 ZBrush 生成法线贴图并导入 UE材质可以提高真实性减少面数优化性能。(3)Maya 与 ZBrush 结合的工作流程在建模过程中通常先建低模再雕刻细节最后烘焙即先在 Maya 中创建低模导入 ZBrush 进行高模雕刻最后烘焙法线贴图以便在 UE 中实现高质量的实时渲染。这种方式能够在保证模型精细度时优化性能。2.2 虚幻引擎UE技术Epic Games 公司开发的虚幻引擎Unreal EngineUE是先进的实时三维开发平台在多个专业领域体现出极高应用价值。该引擎以先进实时渲染、灵活交互设计系统和开放式创作平台为支撑成为文化遗产数字化呈现与沉浸式体验的关键技术手段其强大视觉表现力和交互自由度尤其适用于高度还原历史场景的文化遗产数字化项目。1UE 的核心技术特点高质量实时渲染基于物理的渲染PBR技术架构通过整合全局光照计算与实时光线追踪功能显著提升材质表现的物理准确性其能够精确模拟各类自然光照条件下的表面反射特性为文化遗产场景提供博物馆级视觉还原度。蓝图可视化编程蓝图Blueprint系统支持无复杂代码实现交互逻辑以提升开发效率适用于文化遗产虚拟漫游系统的交互功能开发。动态环境与特效支持天气、昼夜、材质等环境变化效果增强虚拟漫游的沉浸感。强大的物理系统内嵌物理引擎支持物理碰撞布料模拟等功能增强互动感受。2UE 在本研究中的应用场景搭建导入 Maya 制作的 3D 模型优化调整材质蓝图连接搭建天坛公园环境。交互功能实现通过蓝图系统实现天气切换、环境灯光调整、语音解说、文字和图像展示等交互功能。环境模拟使用 UE 的动态光照和天空天气插件可以模拟天坛在不同时间段和天气条件下的光影变化提高真实性。3 UE 在文化遗产虚拟重建中的优势高质量渲染适配历史建筑UE 的光照和蓝图能够还原历史建筑的色彩、纹理和光影等细节使场景更有沉浸感。高自由度交互设计蓝图系统大大降低了交互功能开发的门槛可以更方便快捷设计出需要的功能。第3章 天坛虚拟漫游系统的总体设计3.1 功能概述1内容方面以天坛建筑历史还原与文化传播为核心用三维建模技术对祈年殿、圜丘坛、皇穹宇等主体建筑进行精细化重构。利用 Maya建模与 ZBrush雕刻还原斗拱、瓦片、木雕等传统建筑细节。基于 UE 动态光照系统模拟天坛白天、夜晚不同时段光影变化形成晴、阴、雨、雪等天气特效动态。虚拟场景中嵌入文字、图像、语音解说以悬浮标签、弹窗等形式展现建筑历史、文化背景与艺术特征构建多维度信息传播体系为用户提供全面文化认知支撑。2交互方面本系统运用虚幻引擎(UE)设计天坛公园虚拟漫游系统采用逼真的三维实体建模、场景美化和场景交互设计构建沉浸式的人文历史体验完成漫游游历、场景交互、信息介绍用户可以更加直观地了解历史场景。3.2 建模与贴图设计3.2.1 模型制作采用Maya 对天坛主体建筑进行高精度三维建模确保模型符合真实比例和结构特征。1收集祈年殿平面图立面图及细节照片在Maya视图中设置背景参考图校准建筑比例并按下4快捷键打开线框模式更好地按照比例建造如图3.1所示。进入透视图中建立圆柱通过缩放调整模型大小和方向规划出模型的基本大小和位置并把模型坐标归零使坐标处于原点处。2创建三个圆柱体按照比例缩放调整逐层缩小高度形成阶梯状汉白玉台基。在台基上放置Maya中自带的管道模型通过缩放调整位置确定建筑大致的方位。在台基边缘正中放置一根柱子按照参考图调整好高度。将中心点重置到世界中心用编辑里的特殊复制以世界中心为圆心复制出12根柱子作为檐柱对应一天的12个时辰。将12根柱子缩放复制往上移动作为金柱位于中部。在往上复制两组12根柱子支撑中部和上部。如图3.2所示。图3.1 Maya中正视图图3.2 柱子基本位置图3新建一个长方形利用缩放将它拉长缩小。将其增加细分后利用软选择将其中部下压让其有一个弧度出来。然后利用编辑里的特殊复制让其以世界中心为圆心复制出多个出来形成一个圆形作为屋檐然后缩放其大小复制出三个出来大小层次递进的屋檐。其中最小的那一个进入点模式控制点往圆心收放形成尖状作为屋顶。再新建一个稍微短一些的长方形利用缩放缩小。调整其位置到屋檐的边缘处再进行特殊复制复制出一个圆形作为屋檐下的小结构。再复制出其他几组到其他屋檐下。如图3.3所示。图3.3 屋檐结构图4新建一个立方体利用挤出工具挤出出凹槽拱形如图3.4所示。复制出来一个形成十字交叉作为一个小组。将这一组以阶梯状向上复制作为一大组。将这一大组用特殊复制以中心点为圆心复制出28组形成圆环状作为斗拱如图3.5所示。将这一组斗拱向下复制出两个到其他屋檐下。图3.4 凹槽拱形具体样式图 图3.5 斗拱结构图5新建一个平面将平面设置为2乘2格式。选中最中心的点进行切角顶点。然后将切角顶点进行细分形成圆形再复制出来一个其中填放米字型平面形成花纹如图3.6所示。再利用特殊复制向左复制出来几组再将其打为一组向下复制为几组整体挤出作为窗户。窗户框则由长方体搭建而成。窗户框的衔接部分可以合并长方形后再调整点的位置最后进行合并点。最后利用特殊复制复制出其他部分的窗户窗户模型如图3.7所示。图3.6 窗户花纹网格样式图 图3.7 窗户具体样式图6用Maya自带的管道模型和立方体模型利用缩放移动等工具做出其他的部分。利用移动工具调整其位置使其贴合自然。祈年殿模型完整图如图3.8所示图3.8 祈年殿模型完整图7结合 ZBrush 进行雕刻增强建筑细节如斗拱、瓦片、木雕等装饰元素提高模型的精细度和历史还原度。在zbrush中创建一个圆形制作龟壳部分然后打开编辑模式应用ffd变形器将圆形型变调整到差不多形状用遮罩挤出边缘部分。用curve tube笔刷制作出头和脖子的轮廓再新建四个球形作为四肢将这几个模型结合到一起进入到几何体编辑下的dynamesh增加细分最后用粘土笔刷刻画具体形状如图3.9所示。雕刻完成后将其细分调到最低复制出一个再将高模烘焙到低模上。图3.9 负屃石雕图8利用 LOD细节层次技术为不同视距提供不同精度的模型以优化渲染性能提高运行效率。通过删减面片、填补漏洞、优化纹理平衡模型精度与性能实景数据可以压缩很多[8]。图3.10 高LOD左低LOD右制作好高模后再将模型导入进Maya中以高模为基础制作出一个低模然后将高模的纹理细节烘焙到低模上即可制作成低LOD模型视图中的变化如图3.10所示。3.2.2 材质与纹理优化1) 采用 PBR材质确保光照、反射等效果真实再现天坛建筑的材质特性。图3.11 材质实例中调节参数先创建材质球在材质球的蓝图模块下连接关于基础颜色粗糙度金属度法线环境光等模块上的节点然后创建相应的材质实例。在材质实例球中可以调节材质的粗糙度金属度UV大小光滑度和基础颜色等等模块也可以替换材质球的基本颜色贴图法线贴图粗糙度贴图等如图3.11所示。2 使用 Substance Painter 进行贴图绘制优化颜色、纹理和法线贴图提高视觉质量。图3.12 Substance Painter中绘制材质在Substance Painter中可以按照模型和UV分别在不同区域绘制不同的样式花纹纹理颜色等如图3.12所示。并可以单独调节它的金属度粗糙度等使建筑更贴近木头材质地面更贴近石头材质。3 进行 UV 优化减少贴图拉伸问题提高模型的纹理分辨率和加载效率。图3.13 Maya中进行uv调整在Maya中进入UV模式可以单独调节UV壳的位置大小等如图3.13所示。并进行剪切缝合使其贴图贴合不拉伸。将所有UV剪切完后放置1*1的区块上尽量填补满整个UV块使其uv充分利用。3.3 场景与环境设计3.3.1 场景与空间布局依据天坛的建筑布局还原祈年殿、圜丘坛、皇穹宇等主要建筑及周边环境保证空间结构的准确性。 采用地形编辑工具下的雕刻构建天坛公园的地形地貌优化地面材质和植被摆放如图3.15所示。使场景更加真实采用地形编辑工具下的绘制构建天坛公园的道路如图3.14所示。图3.14 UE中天坛公园整体布局俯瞰图 图3.15 UE中天坛公园植被摆放3.3.2 环境模拟1使用 UE 的光照系统模拟天坛不同时间段的光影变化包括晨昏、白天、夜晚等状态。图3.16 UE中调节成夜晚添加Ultra_Dynamic_Sky到项目调节Ultra_Dynamic_Sky下的time of day 可以随时间调节场景中的光线夜晚表现如图3.16所示。2实现天气系统提供晴天、阴天、雨雪等天气效果并支持动态切换。图3.17 UE中雨天皇穹宇效果图 图3.18 UE中雪天皇穹宇效果图添加Ultra_Dynamic_Weather到项目先调整场景中的材质蓝图使其能和Ultra_Dynamic_Weather产生交互。调节Ultra_Dynamic_Weather下的weather可以调节出不同的天气效果。雪天效果积雪覆盖建筑表面和雨天效果湿润材质和雨滴粒子模拟如图3.17和图3.18所示。3.4 界面UI设计3.4.1 用户操作界面布局设计直观的 UI 操作界面如图3.19所示包括导航菜单、交互按钮等使用户能够便捷操作。图3.19 UE中UI效果图3.4.2 信息展示布局结合交互热点在场景中提供历史文化信息包括建筑介绍、历史背景、文化意义等。 通过弹窗、悬浮标签等方式展示信息提升用户的阅读体验。图3.20 UE中弹窗UI效果图点击场景中告示牌可以弹出告示牌上内容模块其内容包括建筑介绍历史背景文化意义等。将交互设计理念融入传统景观设计以提升游客体验感和参与性[9]。3.5 交互功能设计3.5.1 语音解说触发(1) 通过用户触发热点或自动播放方式实现语音解说功能介绍天坛的建筑历史和文化背景。 当用户靠近建筑时可以自动播放关于建筑的语音讲解当离开区域时讲解会自动结束。(2)结合环境音效如风声、钟声等提升沉浸感使用户更有代入感。切换到不同的天气系统时会播放相应的声音。比如下雷雨时会有打雷的声音和雨落下的声音。3.5.2 环境灯光与氛围调节(1) 允许用户在不同场景进行时间调整如白天、夜晚、黄昏等体验不同氛围下的天坛景观。调节模块如图3.20所示。图3.20 UE中时间调节UI(2)结合天气系统时间动态调整环境光源使阴晴变化影响整体氛围。用户可以调节不同的天气系统观察到不同天气情况下的景色。图3.21 UE天气时间调整效果图通过调节天气系统和时间可以调节出如图3.21所示这样的火烧云。3.5.3 文字与图像展示触发用户在场景中特定区域可弹出详细的历史介绍、建筑细节等文字内容。点击场景中告示牌可以查看告示牌上内容点击告示牌弹窗上的×可以关闭查看告示牌如图3.22所示。图3.22 弹窗样式图第4章 天坛虚拟漫游系统实现4.1 主场景构建主场景构建以天坛公园三维模型为核心通过虚幻引擎UE的场景编辑工具完成环境搭建与优化。地形创建与绘制打开UE项目按住ctrl加N键新建basic关卡。打开地形模式在管理中新建一个分段大小为63乘63四边形整体分辨率为505乘以505组件数量为8乘8的地形。 为这个地形赋予一个地形材质。然后打开地形模式下的绘制按照资料绘制草地以及道路如图4.1所示。图4.1 地形上绘制的草地和道路模型导入与布局优化将Maya与ZBrush中制作的天坛主体建筑模型和其他部分模型导出为OBJ格式然后将其拖拽到UE中调整其方向旋转九十度缩放一百倍如图4.2所示。在UE左下角打开内容浏览器在内容浏览器的滤波器里筛选出静态网格体。将静态网格体按照规划好的布局放置在场景中随时调整其大小和方向以及与其他静态网格体的衔接。图4.2 调整其方向旋转九十度缩放一百倍天空与光照的调整点击左上角的窗口打开环境光照混合器添加光照大气大气物等。再添加Ultra_Dynamic_Weather和Ultra_Dynamic sky插件。调整其下面的数值如图4.3所示达到想要的效果。图4.3 天气参数数值调整4.2 主界面开发主页面的设计以天坛的祈年殿图片为底采用高斯模糊处理,体现出主要表达的主体的点其中功能包括开始功能退出功能设计如图4.4所示。先创建一个控件蓝图。打开控件蓝图在设计器里放置画布面板。在画布面板下放置天坛祈年殿的底图。再放置两个button控件在button上放置文字输入为开始预览和退出。再增加一个高斯模糊效果适量调整。然后打开蓝图图表设置点击事件在点击button开始游览时从父项中移除打开关卡tiantan。在点击button退出时执行控制台命令exit。再打开关卡蓝图在事件开始运行时创建kaishi控件然后添加到视口蓝图连接如图4.5所示。图4.4 开始页面设计图4.5 主界面蓝图连接4.3 环境渲染实现本节基于虚幻引擎UE的渲染管线与插件支持通过动态光照、天气模拟、材质优化及后处理技术构建真实且高效的天坛公园虚拟环境。1开启UE的Lumen全局光照系统确保场景中光线传播与间接照明的物理准确性。通过蓝图连接控制Ultra Dynamic Sky插件的Time of Day参数实现昼夜循环的动态光照蓝图如图4.6所示。通过蓝图控制光源角度与强度使清晨、正午、黄昏的光色温与投影方向符合真实时间变化。图4.6 Time of Day蓝图连接2利用Ultra Dynamic Weather插件通过蓝图可以控制天气状态切换。雨天效果中利用niagara粒子系统模拟雨滴使建筑表面呈现湿润反光效果。为不同天气状态连接环境音效如雨声、风声、雪落声通过Audio控件实现空间化音频播放提升用户沉浸体验雷雨声蓝图控制如图4.7所示。图4.7 雷雨天音频蓝图连接4.4 交互功能实现交互功能是天坛虚拟漫游系统的核心模块其实现基于虚幻引擎UE的蓝图系统与组件化设计结合用户输入响应、事件触发逻辑及数据驱动机制。1角色控制器配置先创建一个pawn蓝图命名为相机再创建一个输入映射八个输入操作数据资产分别命名为上下左右升降左旋转右旋转。将这八个数据资产导入进输入映射。分别调控为A,D,W,S,Q,E,鼠标x鼠标y。将这些资产添加进pawn蓝图连接actor本地偏移的xyz轴。左右控制如图4.8所示。图4.8 pawn控制蓝图连接2建筑信息语音触发新建一个蓝图命名为触发打开放置一个碰撞盒体和audio在事件组件开始重叠时连接播放组件。在事件组件结束重叠时连接暂停组件。在事件开始发生时连接暂停组件使其不会在打开时就播放音频蓝图连接如图4.9所示。同时也要在pawn蓝图添加一个碰撞盒体使用户可以触发重叠事件。将添加了不同音频的蓝图放置在地图上相应的位置。图4.9 触发语音蓝图连接3天气时间切换新建一个控件蓝图在蓝图设计器中新建画布面板创建多个按钮并放置文字框。连接蓝图点击按钮时获取类的actor选择Ultra Dynamic Weather连接change weather选择对应的天气蓝图连接如图4.10所示。再调整ui当点击按钮天气时显示其他天气选择按钮连接设置其可见性为可视再次点击时设置其可视性为隐藏用flip flop节点进行切换连接蓝图如图4.11所示。当事件发生时设置其选择天气按钮可视性为隐藏。图4.10 天气选择蓝图连接图4.11 天气选择按钮可视性连接4地点传送新建一个控件蓝图在蓝图设计器中新建画布面板创建多个按钮并放置文字框。创建四个摄像机到地图的多个地点作为传送点并且设置标签分别为祈年殿皇穹宇圜丘斋宫再创建一个pawn2蓝图控制四个相机。打开pawn2蓝图将pawn蓝图中内容复制过去。将四个相机导入进蓝图中事件摄像机连接获取有标签的所有actor并填写四个标签连接for each loop类型转换为cameraactor获取并设置actor变换如图4.12所示由此可以通过切换摄像机实现地点切换。图4.12 事件摄像机蓝图切换5物体交互弹窗先创建一个蓝图导入物体到蓝图中设置点击事件。再创建控件蓝图在蓝图设计器中新建画布面板放置图片和文字。点击物体时创建弹窗控件添加到视口并获取玩家控制器如图4.13所示。同时也要设置控件蓝图ui打开弹窗后按右上角x即可关闭弹窗x为button按钮点击时设置可见性为隐藏。图4.13 弹窗蓝图连接6收集物品游戏当靠近告示牌时提醒玩家收集古董后可以开启挑战。玩家在地图中收集散落的古董。当玩家与古董重叠后连接类型转化获取场景中的古董然后摧毁并计入统计当数量超过3时挑战关卡出现蓝图连接如图4.14所示。图4.14 收集游戏蓝图连接7华容道小游戏在挑战开始时获取玩家鼠标当玩家鼠标与物体重合时获取物体的位置和宽度识别其相对位置。选定块时找到它和空白块的位置移动选定块后两者交换将选定框移动到目标位置识别其相对位置。当识别到所有块到达指定位置使空白块可见打印挑战成功字样延迟几秒后返回关卡游戏蓝图如图4.15所示。4.15 华容道游戏蓝图连接第5章 天坛虚拟漫游系统的测试与用户反馈5.1天坛虚拟漫游系统的测试本系统在UE虚拟引擎中进行测试对每个功能部分进行测试具体测试结果如下。测试目标验证角色移动、视角切换、场景加载的流畅性。测试方法通过键盘与鼠标操作测试角色在场景中的自由移动及视角旋转。结果角色移动平滑场景加载无明显卡顿。环境交互功能测试天气切换晴天、雨天、雪天动态切换功能正常粒子系统与材质湿润效果同步生效时间调节昼夜循环光照变化符合物理规律Ultra Dynamic Sky插件时间轴调节无延迟。灯光控制用户界面中的灯光调节按钮可实时调整场景亮度与色温。信息展示功能测试语音解说靠近建筑触发区域时音频自动播放离开后停止无音频重叠问题。弹窗与悬浮标签点击场景热点如告示牌后弹窗信息加载时间≤0.5秒内容显示完整。5.2 用户体验反馈与优化为评估系统的用户体验本研究邀请30名参与者包括普通用户及数字媒体专业学生进行体验测试并通过问卷与访谈收集反馈。测试流程用户自主探索虚拟天坛场景5分钟。完成预设任务如切换天气、触发语音解说、查看信息。填写问卷1-5分。问卷内容沉浸感上手程度内容丰富性平均结果沉浸感4.2上手程度4.6内容丰富性4.2第6章 总结本研究应用虚幻引擎实现具有三维模型、环境建模、交互体验的功能设计的天坛公园VR漫游系统在文化遗产介绍上具有沉浸式体验。采用Maya与Z Brush精细建模配合UE的LOD优化、PBR材质系统美观又节省渲染。运用UE蓝图设计实现了天气变化、昼夜光、语音讲解等交互式功能增强自由探索体验。在文化内涵上通过文字、图形、语音等多种信息的有序组合能够让用户直观感受到天坛的时空魅力。结果表明动态场景与简洁的UI界面提高了场景的逼真性与易用性。除了为如何保护、数字传承天坛做出了实际案例之外这个研究也给我们带来一种新的思考为如何创新性传承文化带来新的可能性。虚拟现实与研究的结合或可成为未来公众与过去进行新的对话与过去、与传统文化进行新的交流让传统文化在虚拟现实空间得以永续的方式。参考文献荀平,彭亮,王伟健,等.基于UE4的虚拟现实技术在建筑可视化中的应用研究[J].自动化与仪器仪表,2017,(11):129-132.杨传贵,杨莹.静寄山庄泠然阁景区UE4仿真漫游设计研究[J].天津城建大学学报,2020,26(04):243-248.沈忠杰.基于UE4的建筑可视化漫游应用研究[D].桂林电子科技大学,2021.任可欣,张琪.UE4与虚拟校园交互设计[J].智库时代,2019,(40):266269.]刘珊珊.使用UE4游戏引擎构建建筑动画漫游的模式研究与实践[J].城市住宅,2020,27(06):255-256.Armin Bernstetter et al. Virtual fieldwork in immersive environments using game engines[J]. Computers and Geosciences, 2025.Bin Hu and Huijuan Zang. Preservation and Dissemination of Historical Architecture Based on Unreal Engine: A Case Study of the Design of the Macao Ruins of St. Paul’s Block Game[J]. Landscape Architecture, 2024.张文腾.基于BIMGISUE的城市轨道综合交通枢纽三维可视化展示系统的设计与应用[J].铁路计算机应用,2023,32(04):24-31.[1]薛问鼎.基于增强现实技术的景区文旅数字化交互体验设计研究[D].湖北大学,2022.焦江涛.云丘山景区景观交互设计研究[D].西北师范大学,2019.何梦雪.基于Maya和Virtools虚拟现实三维建筑模型建模技术[J].信息与电脑(理论版),2022,34(21):82-84.王星宇,王振扬,童文帅,等.影绣仙灯基于Ue5引擎的非遗灯艺ARPG沉浸式交互系统[J].数字通信世界,2025,(01):175-177.致 谢在本次课题的完成过程中得到了很多老师与同学的帮助在此对他们表示感谢。首先是感谢我的导师樊涛老师樊老师从始至终都以一种严谨的治学态度指导着我不仅在我交互逻辑优化上给予我极大的帮助更是鼓励我从技术层面跳出技术来思考文化遗产数字化背后的价值。同时也谢谢同学们不管是课上分享交流还是课下项目合作你们的智慧和热情都让我备受鼓舞。感谢我的小伙伴你们的陪伴和支持让每一次的磨难都成为成长的垫脚石感谢我的伙伴。感谢天坛公园管理处提供的建筑实测数据、历史文献资料使得建模与场景搭建成为可能感谢虚幻引擎社区论坛大量开发者的蓝图示例、插件资源使得复杂功能的开发变得简单。这里有我们的青春图书馆里阳光照在我们的脑海教室里我们敲打键盘的声音林荫道上我们嬉戏的欢笑这里到处都是我们奋斗的足迹祝我们在今后的人生道路上星光璀璨、熠熠生辉书写我们的新篇章。