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

ABSTRACT

The 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 words：Unreal Engine (UE)； Virtual Roaming;Digitalization of Cultural Heritage；Interaction 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 enginesJ. 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6Bin 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 GameJ. 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 Engine，UE）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。

（1）UE 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。

（2）UE 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

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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。