尹再龙 邓伍英

YIN Zai-longDENG Wu-ying*

（长沙学院，湖南 长沙 410003）

(Changsha University, Changsha, Hunan, 410003)

古镇古村是历史文化发展的结晶和宝贵财富。铜官古镇位于长沙市望城区北境湘江东岸，以陶瓷闻名于世。铜官窑历史文化底蕴浓郁，是最早的大型窑厂之一。铜官窑也称“长沙铜官窑”，始建于1 300 多年前的隋末唐初，以烧制釉下多彩瓷器闻名。长沙铜官窑所烧制的瓷器备受西域各国的喜爱，从沉没在印尼勿里洞岛屿海域范围内的“黑石”号沉船以及西域各国出土的中国瓷器就能够看出这一点[1]。由此可见，长沙铜官窑在唐中后期的丝绸之路上扮演着一个非常重要的角色。

2017 年5 月14 日，习近平总书记在“一带一路”国际合作高峰论坛开幕式上提到：“古丝绸之路绵亘万里，延续千年，积淀了以和平合作、开放包容、互学互鉴、互利共赢为核心的丝路精神，这是人类文明的宝贵遗产”[2]，特别提到了印度尼西亚发现的千年沉船“黑石”号。保护铜官古镇是落实国家“一带一路”倡议的具体行动，也是铜官窑复兴之路的重要艺术实践活动。

纵观国内外数字艺术的迅速发展，三维虚拟现实技术在生活中所利用的频率越来越高，逐渐成为一种新的潮流。1994 年美国运用三维虚拟现实技术成功地虚拟了洛杉矶三维模拟系统；英国也在二次虚拟世界遗产会议上展示了“虚拟庞贝古城”（1995）和英国自然历史保护应用（1996）。21 世纪以后，美国加州大学洛杉矶分校领导的仿真小组三维虚拟现实技术开始结合历史文化古迹完成了古耶路撒冷聚落的虚拟重建[3]；法国建筑师Jaen 借助虚拟现实平台验证了金字塔建筑结构法理论研究。随着数字艺术的成熟，在建筑及展览领域被广泛应用，从“虚拟庞贝古城”（1995）、沉浸式剧场故宫“紫禁城·天子的宫殿”（2003）、“数字化圆明园方壶胜境”（2006），到中国第九届园林博览会上运用NEC 投影炫动技术的“卢沟运筏图”（2013），动画片应用虚幻4 引擎首个尝试动画短片代表《Zafari》（2019），前期模型和贴图、灯光、特效、渲染等都是实时渲染引擎4 完成，导演David.dozoretz 在采访记录中说到流程迭代能在一天时间内测试渲染，并且可以数小时内完成20 次，比传统的制作流程节约了大约75%。这是数字动画技术的伟大革新。随之，国内开始引进运用虚幻4 引擎实时渲染技术，开发的代表动画作品有《武庚纪》《地灵曲》《斗罗大陆》。由此可见，基于虚幻引擎创作的三维实时渲染动画已经迅速被创作者所接受，而且作品质量颠覆了国产动画在观众心中的印象，视觉效果更加令人瞩目。三维虚拟现实技术越来越成熟，观众的视觉如临其境，它不仅是技术上的一场变革，最重要的是在创作理念上的转换[4]。

通过现有的文献分析，三维虚幻引擎技术应用于历史文化古迹数字保护是一种新的发展趋势，此项技术中国暂时还没有被广泛应用到古镇古村的数字化保护领域。因此，研究拟利用三维虚幻引擎技术实现对铜官古镇的保护，以期让铜官文化视觉传播更具优越性。

1 UE4 虚幻引擎技术应用优势

1.1 设计思路易优化

UE4 虚幻引擎相比传统的三维场景动画制作更具有优势，设计思路的模式实施更优化，设计环节可以最大限度整合，它具有“所见即可得”的实时渲染特性（图1）。如传统的三维虚拟场景制作软件在进行灯光和摄像头设计之后，需要不断进行相关测试，要多次调整数据才有可能达到最终理想效果，而在UE4 三维虚拟场景设计中，设计灯光和摄像机能够同时直接对最终效果做出研判优化调整。项目在整体实施中可以根据研判各个环节中的节点优化整合设计思路。

图1 传统渲染与UE4 实时渲染对比图

1.2 时间成本更节约

相比传统的3Dmax 和Maya 软件的三维虚拟制作，UE4 在时间成本上更加节约。体现在3 个方面：一是资产管理上，UE4 虚幻引擎采用全身动捕来加速动画资产创建，利用3Dmax、Maya 等软件制作各种模型资产，并在制作动画之前导入UE4 中，可以使用Datamith 工具进行资产批量导入；二是灯光设计上，UE4 虚幻引擎相对来说要简化很多，不需要额外考虑多种角度的灯光，布光设计一步到位，从而减少制作的时间成本；三是渲染时间的成本节约，UE4 虚幻引擎采用实时渲染的方式，渲染时长减少，通过灯光及相关的设计，也能够达到非常好的视觉效果。UE4 虚幻引擎适合重量级开发，在制作大型的动画或者游戏上，可以节约制作空间，减少一定的工作量，从整体来看，UE4 引擎在节约时间成本上具有显著的优势。

1.3 视觉效果控制多元化

实时渲染效果控制多元化是UE4 虚幻引擎制作动画的最大优点。新版本的UE4 添加了实时光线跟踪功能，通过全局照明、环境光遮蔽、反射、折射和阴影的调整，对于各个时间段的场景灯光设计调整更加便捷，实现场景时间段多元化。UE4 的流体和毛发功能能够大幅度提升画质，通过调整渲染出不同的场景气氛，能够让画面更加自然、出彩，如果能够配合其他软件的使用，能够达到非常好的效果，实现场景气氛多元化。

2 项目实践

2.1 前期考察与调研

CCTV-4 中文国际频道在2017 年12 月25 日的《国宝档案》栏目中曾播出过一期名为“大唐长安——盛世都城”的节目，该节目详细介绍了大唐时期长安都城建筑情况。铜官古镇的建筑三维模型构建时参考了影片中唐代建筑特点及建筑漫游镜头语言。前期设计通过实地考察和影视文献参考分析，确立作品时代背景，建筑场景设定参考唐中后期的风格，那时期的建筑规模大，布局严谨，形体俊美，具有气魄宏伟、严谨又开朗的特点。创作借鉴铜官古镇现存的遗迹并与唐朝建筑风格背景相结合来还原铜官古镇现代和历史样貌（图2）。

图2 铜官古镇建筑群实景图

项目前期的主要工作有前期资料查询、实地考察调研、故事剧本确定、动态分镜绘制、三维模型构建、自然场景搭建、人物资产模拟等环节。其中基于UE4 软件设计的主要有三维模型构建、虚拟场景构建、人物资产模拟。前期工作的准备能够为后期制作节省时间成本，减少不必要的工作量。在整个制作过程中，主要以铜官古镇的建筑特点、市井风貌、民风习俗等为切入点进行镜头展示。剧本的角色比较灵活，包括烧瓷工人、铜官街小摊贩、驾车马夫、搬运货物路人等。

目前文化遗产数字化主要应用于数字化记录与保护、重构与复原、展示与传播、虚拟产品的开发利用4 个方面[5]。《铜官古镇》作品三维虚拟还原铜官古镇长沙窑海外“丝绸之路”的历史外销与制作场景，通过作品展示，能让观众从中感受到长沙窑宏大的历史外销壮观景象。作品故事剧情从打捞“黑石号”沉船开始回溯历史，展现长沙窑瓷器外销浩大场景、海陆文化产品输出盛景。从热闹的集市、繁荣的街道、民舞的表演还原出铜官古镇古代商贸活动的繁荣景象。

2.2 虚拟空间的数字模型构建

三维动画具备虚拟性、同质性、视觉真实感、可扩展性等特征[6]。故此，课题组根据大量的资料查询整理分析和实地考察，得出铜官古镇老宅的建筑特点，结合唐代整体的建筑风格以及相关剧本的创作，确定数字建筑模型的形体，利用3Dmax 软件进行三维数字化模型还原。

数字模型构建的过程包括：三维虚拟场景房子模型构建（图3）、模型UV 贴图展开、模型贴图设计等。在构建模型中注重模型的大小尺寸问题，过大的尺寸会给后续制作带来阻碍。

图3 铜官古镇数字建筑模型构建图

2.3 UE4 虚幻引擎自然场景构建

（1）基础地形搭建。地形是支撑场景的重要部分，场景中的大部分物体都是基于地形而存在的。在地形的控制面板中参考铜官镇的地形和风水，使用雕刻笔刷雕刻出简单的地形。地形地貌建好后，用湖泊面板里面的曲线工具在场景里面添加河流、湖泊。

（2）植被类模型构建。虚幻引擎有非常方便的种植功能，导入模型后，选中要种植的植物，调节好画刷尺寸和描画密度，就可以进行绘制布局了。在植被布局前先在brage 中找一些符合当时时代和季节的植被素材导入到笔刷库，在地形中用笔刷工具根据场景设计图进行植被的种植布局。

（3）运镜中调整细节。在运镜中检查自然环境布局的合理性，完整地构建出一个真实的自然虚拟环境。自然环境构建好之后，将在3Dmax 里面建模好的古建筑和人物导入到工程文件当中去，再根据场景设定进行摆放和布局，还原唐代铜官古镇的社会面貌。在UE4 软件中优化地形场景模型，包括山体贴图优化、植被种植组合、水体颜色设计等。在进行场景优化制作时，对于远处的场景注意多采用调节贴图的技巧来规避占用空间的问题，可以节约电脑资源。近处的自然景物可利用视觉差来调节植被和场景的距离，保持场景的完整性。调整细节时可以根据当地的实际情况，利用UE4 的实时渲染特性来制作湖面，使整体场景更加自然具体，更具真实性、观赏性。铜官窑古镇实物和动画对比见图4。

图4 铜官窑古镇实物和动画对比图

2.4 虚拟人物模拟

人物模拟试验主要采用了动捕数据来进行相关的动画测试，确保所有的人物模型资产能够顺利导入UE4 里面。通过人物模拟这一环节，大大降低了后续的工作量，节省了制作时间成本。在模拟人物时，先将中心点在原点的正面双手张开人物模型资产导入到动捕网站里面进行动捕数据测试，在测试完没有任何问题之后，下载带有动捕数据的人物资产模型动画，并将其导入到UE4软件中进行二次人物动画模拟（图5、图6）。如果人物是正常带有动作并且没有其他问题，那么测试就正式结束，以此证明此人物资产是可用的。通过资料收集和分析，唐代经济较为发达，生产和纺织技术进步显著，加上丝绸之路对外交往频繁，服装图案、款式、色彩等都呈现出前所未有的新局面。因此在设计劳作工人服饰的时候，考虑到劳作辛苦以及环境脏乱，多用了深颜色的布料。衣服的款式也因为劳作者身份而更随意，以散热为主要设计出发点。铜官街的小摊贩和街头卖艺舞女的服饰样貌设计出来就显得明朗许多，衣服颜色相对来说比较自由，偏艳丽，以整洁、干净、体面为主要设计方向。

图5 小摊交易人物模型构建图

图6 人物模型构建

2.5 器物设计

2.5.1 陶瓷器物设计 长沙窑有“浓郁的地域风情”“粗料细作”“通俗的书画艺术”等艺术特点，其贴近平民百姓生活，质朴亲切，民窑工匠约束较少，创作思维较为活跃，优良的工艺技巧能够有序传承，体现出了民族工艺的精神[7]。为了还原铜官古镇的文物样貌，直接考察了铜官博物馆陈列的各种物品纹样。文物碗的内壁常见有花纹、鸟兽，规律分布，或左右对称，或旋转。其中模印帖花凹凸帖花花纹尤为好看，模印帖花是长沙窑最为经典的工艺，主要是在一个完整的器物上用多余的陶土细致雕刻，在需要凹凸的地方做出线条，再进行凹凸变形，镶嵌进器物，最后烧制出来上色[8]。铜官镇当时所制造的青釉带褐绿彩突破了传统的单色釉，在一件瓷器上面同时出现3 种色彩，成为当时民窑的重要特色（图7）。

图7 博物馆瓷器及复原式样图

2.5.2 “黑石号”复原设计 沉没在印尼勿里洞岛海域的“黑石”号沉船是课题作品故事线的“引线”。“黑石”号沉船与铜官古镇有着千丝万缕的关系，作为一艘海上“丝绸之路”的商船，在沉没海底的时候满载着长沙窑外销瓷器。制作时实地考察了铜官博物馆、新华联铜官古镇现存的“黑石”号沉船模型（图8）。根据查找的资料信息以及考察带来的图片资料对“黑石”号沉船进行了三维虚拟模型构建（图9）。

图8 新华联铜官古镇“黑石”号沉船模型

图9 “黑石”号沉船虚拟构建

2.6 后期实现

项目后期的工作内容主要是合成制作阶段，包含场景模拟、灯光实时渲染设计、后期实现等步骤，对UE4 虚幻引擎渲染出来的成片、配音和音效以及字母旁白设计进行最后的成片设计合成。

2.6.1 场景模拟 将3Dmax 里面构建的三维虚拟建筑模型在检查之后，导出FBX 格式到UE4 虚幻引擎里面，进行组装整合成一个场景（图10）。通过调整摄像机、进行灯光测试来进行场景模拟测试，场景中的建筑模型是完整的，没有出现破形以及缺失面的情况，场景测试通过。

图10 UE4 场景模拟

2.6.2 灯光实时渲染设计 在铜官街的设计上主要使用了GI 和点光源，使整个古镇呈现一种古朴风格（图11）。在色调上以暖黄色为主色调，可以快速地使观众融入到古镇的氛围里面感受铜官镇的生活气息和风土人情。在开启环境光照下，室外光线是黄色、红色等暖色光线，由于在室外光线进入室内时，通常是蓝色、紫色和淡蓝色，自然布光会偏离冷光和暖光色温，会使场景缺乏真实性。因此，在场景构建时要优先对冷暖光进行充分布局考虑，让场景效果更具真实性。导入数字虚拟模型到UE4 软件中组建完成后，在UE4 里面放置Lightmass Important volume、天空球、平行光、天空光、大气雾水、高度雾等相关的灯光和天气球，调整参数来达到相应的场景效果。

图11 古镇灯光渲染对比图

3 结语

课题研究前期阶段运用UE4 虚幻引擎时存在很多的知识点盲区，利用3Dmax 建成的点数据模型uv 和贴图无法直接导入UE4 虚幻引擎，强行直接导入会丢失点缓存动画，3Dmax 制作软件中所构建的三维虚拟建筑模型导入UE4 时会因为尺寸过大出现卡顿现象，也会存在点焊接、线分开、面重合、模型损坏、变形、骨骼丢失不匹配等问题。实现3Dmax 和UE4 两个软件资产对接，是解决UE4 虚幻引擎和逐渐消除UE4 虚幻引擎的知识点盲区的有效方法。保持数据模型动作的完整性、点缓存动画数据流畅性，需要利用3Dmax 软件删除模型点缓存动作，让模型呈身体正面站立双手张开，在FBX 模型动捕连续导出，还可以二次利用点缓存模型，实现点缓存模型在UE4 中实现动画动作。另外，通过3Dmax 制作软件中安装减面工具，将模型的面实现最少化，虚拟场景搭建规模大小可以通过缩小模型尺寸来解决。技术问题的盲点需要不断尝试和实证，才能完美实现3Dmax 和UE4 资产对接共融共享。

总之，虚拟技术的“视觉表现技术”“听觉表现技术”“力/触觉表现技术”“嗅/味觉表现技术”已日趋成熟，在各领域都应用广泛[9]。虚幻引擎技术应用是三维动画实时渲染未来发展新动力，虚拟现实技术的出现以不破坏村庄的原始风貌为前提，保护了村庄的自然生态，为古村旅游提供了新的发展方向[10]。随着技术的成熟和创作者设计思维的拓展，在建筑光构成、环境展示、影视制作虚拟场景搭建、虚幻4 引擎技术的广泛应用会使动画行业的超越变得更有可能性。