虚拟仿真技术在福建红色文化基因旅游产品设计中的应用研究

引言

近年来，虚拟仿真技术凭借沉浸式体验、数字化建模等优势，已广泛应用于文物修复、工业设计等领域，在文化传承中更能实现资源数字化保存与可视化传播，如助力数字化博物馆突破时空限制、缩短文创产品研发周期 [1]。而红色文创是我国文旅发展重点，红色文化作为先进文化重要组成，承载革命历史与精神 [2]。福建作为原中央苏区核心区域，拥有 2683 处革命遗址，含古田会议旧址等关键资源，且《福建省红色旅游发展规划》明确其打造全国红色生态旅游示范省的目标。但当前福建红色旅游产品设计存短板，如文化挖掘表层化，多为静态纪念品，难传精神内涵；依赖传统实地调研，时空受限、成本高；产品试错成本高、原型周期长，难应市场；体验单一缺交互，难吸引年轻群体。

为此，文章以福建红色文化为资源，借虚拟仿真技术设计开发红色文创产品，构建 “资源数字化 - 基因可视化 - 设计仿真化 - 体验交互化”全流程技术框架，旨在打破传统设计时空壁垒、降低成本，实现红色文化深度传递与年轻群体沉浸式体验。

一、基于虚拟仿真的福建红色文化资源数字化采集技术

1.1 红色文化资源采集框架

传统红色文化调研多依赖实地考察、文献查阅，存在采集周期长、资源保存易受损、数据复用率低等问题 [3]。文章构建“实地调研 + 虚拟采集”双轨并行的资源采集框架，分为三个阶段：

（1）实地调研阶段：组建专业调研团队，深入闽西、闽东、闽南等红色核心区域，对革命遗址、历史文物、口述历史等资源进行分类记录。采用访谈法收集红色文化专家、当地老人的一手资料，明确文化资源的历史背景与精神内涵。

（2）虚拟采集阶段：运用三维激光扫描 [4] 技术对古田会议旧址、长汀红色旧址群等重要建筑进行高精度建模，获取建筑结构、装饰纹样等三维数据；通过高清摄影与 3D 建模结合，对革命文物（如红军标语、旧武器）进行数字化还原，保留文物细节特征。

（3）数据整合阶段：将实地调研的文字、图片、视频与虚拟采集的三维模型、纹理数据整合，构建福建红色文化资源数据库，实现资源的分类检索、动态更新与永久保存。

1.2 虚拟采集技术实现

（1）三维激光扫描技术应用采用FARO Focus S70 三维激光扫描仪，对红色建筑进行扫描，扫描精度达 ±2mm ，点云密度为 100 点 /cm²。通过扫描获取建筑外立面、内部空间的三维点云数据，导入 Geomagic Wrap 软件进行点云降噪、拼接与模型重构，生成建筑的高精度三维模型。以古田会议会址为例，扫描范围涵盖会址主体建筑、周边环境及内部陈设，还原会址的木质结构、墙面标语等细节，为后续文化场景模拟提供基础模型。

（2）文化场景动态建模

基于 Unity3D 引擎，对采集的三维模型进行场景化构建。通过C# 脚本编写实现场景交互功能，如用户可点击会址内的桌椅、文件等模型，触发历史事件动画（如古田会议召开场景模拟）；运用AE、PR 软件制作历史影像资料，与虚拟场景融合，实现“静态模型 + 动态影像”的沉浸式体验。同时，添加环境音效（如革命时期的口号声、枪声），增强场景的听觉沉浸感，让用户在虚拟环境中感受红色历史氛围。

（3）资源数据库构建

构建福建红色文化资源数据库，采用MySQL 数据库管理系统，分为四个数据模块（如表1 所示），数据库支持Web 端与移动端访问，用户可通过关键词检索所需资源，查看三维模型的旋转、缩放效果，下载设计所需的图形元素，实现资源的高效复用。

表1 数据库模块类型

二、基于眼动跟踪的福建红色文化基因提取技术

2.1 红色文化基因构成分析

红色文化基因是红色文化的核心载体，分为物质文化基因与非物质文化基因两类。

（1）物质文化基因：包括红色建筑（如土楼式革命旧址）、革命文物（如红军斗笠、旧公文包）、图形符号（如红军五角星、标语字体）等可视化元素；

（2）非物质文化基因：包括革命精神（如古田会议精神、长征精神）、历史事件（如宁化红军出发）、民俗文化（如红色歌谣、客家革命故事）等抽象元素。

项目组通过“专家筛选 - 用户验证”的方式，确定福建红色文化核心基因要素后，为基因提取提供明确方向。

2.2 文化基因提取流程

传统文化基因提取多依赖专家主观判断，缺乏定量分析依据。本研究结合眼动跟踪技术，构建“数据采集- 基因识别- 优先级排序”的提取流程：

（1）实验准备阶段：从红色文化资源数据库中选取100 个文化元素样本（包括建筑、文物、图形符号等），制作成实验；招募 50名实验被试者（包括红色文化专家、设计专业学生、普通游客），分为专家组与普通组。

（2）眼动实验阶段：采用Tobii Pro Fusion 眼动仪，让被试者观看文化元素样本，实验时长为每个样本10 秒[5]。记录被试的注视点、注视时长、眼动轨迹等数据，分析被试对不同文化元素的关注程度。（3）基因识别阶段：通过眼动数据统计，筛选出注视时长最长、注视点最集中的文化元素，初步确定潜在文化基因。例如，红军五角星、古田会议会址的木质结构、客家红色服饰的蓝色纹样等元素，被试关注度显著高于其他元素。（4）优先级排序阶段：结合专家评分（采用层次分析法）与眼动数据（注视时长占比），对潜在文化基因进行权重计算，确定优先级。公式为：基因权重 =0.6× 专家评分 +0.4× 注视时长占比（专家评分权重高于眼动数据，体现文化专业性）。最终形成福建红色文化基因优先级列表，为产品设计提供核心元素。

2.3 基因可视化表达

文章将提取的文化基因转化为可用于产品设计的视觉元素，采用“抽象化- 符号化- 模块化”的表达策略，将“古田会议精神”“长征精神” 等非物质基因转化为“握手”“路线箭头”等视觉符号，对红军斗笠等物质基因进行核心特征简化，并将文化符号分类为图形、色彩（红色、橘黄、土黄为主）、材质（模拟木质、布料）模块，便于设计师在虚拟平台快速调用组合。

2.4 福建红色文化基因旅游产品虚拟仿真设计与评估体系

在完成福建红色文化资源数字化采集与核心基因提取的基础上，为进一步实现红色文创产品从创意设计到落地验证的全流程优化，文章构建了“福建红色文化基因旅游产品虚拟仿真设计与评估体系”，通过该体系解决传统设计中试错成本高、体验形式单一等痛点，为红色文创产品的创新性与市场适应性提供技术支撑，其具体的搭建流程如下。

三、虚拟仿真设计平台构建

基于网站搭建与 unity3D 技术，搭建福建红色文化基因旅游产品虚拟仿真设计平台，平台分为四个功能模块：

（1）设计学习模块

提供红色文化学习资源与经典设计案例，包括红色文化知识库（历史事件、文化基因解读）、旅游产品案例库（已落地的红色文创产品 3D 模型与设计说明）。学生或设计师可通过线上学习，了解文化基因的提取方法与产品设计流程，启发设计思路。

（2）虚拟设计模块

该模块是平台核心，支持用户进行产品快速建模与交互设计。用户可从平台模型库中调用文化符号模块（图形、色彩、材质）[6]与产品基础模型（如水杯、笔记本、摆件）；然后通过调整产品尺寸、材质纹理、文化符号位置等参数，实时生成产品三维模型。例如，设计红色主题笔记本时，用户可选择红军标语图形作为封面图案，调整图案大小与位置，预览不同设计效果；在此模块中用户还可以通过脚本编写对具有电子属性的产品实现交互效果。例如，用户扫描虚拟明信片，触发红军长征路线动画，增强产品的体验性。

（3）虚拟展示模块

将设计完成的产品模型导入虚拟场景（如虚拟红色博物馆、旅游景区），通过VR 设备（如VIVE 头显）实现沉浸式展示。用户可在虚拟场景中查看产品的实际使用效果，如将设计的红色主题水杯放置在虚拟红军纪念馆的展柜中，观察产品与场景的适配性；同时支持多人在线交互，设计师可与客户、专家实时沟通设计方案，获

取反馈意见（图1）。

（4）评估优化模块

构建“主观评估 + 客观评估”的综合评估体系。主要涉及到主观评估和客观评估。主观评估主要体现在，设计 7 级量表问卷（1分 Σ=Σ 非常不满意，7 分 非常满意），从文化内涵、外观设计、交互体验三个维度收集用户评价；客观评估则是通过眼动跟踪技术分析用户对产品的关注区域，判断文化符号的识别度；采用物理仿真软件（如 ANSYS）对产品结构进行强度分析，验证产品实用性。根据评估结果，平台自动生成优化建议，如调整文化符号位置、优化产品结构等（图1）。

为验证“主观评估 + 客观评估”体系的应用价值，文章以“古田会议精神” 主题产品为例展开实践：从资源库选取古田会议会址、“团结奋进”精神等核心基因，经眼动实验确定“会址木质结构”“红军五角星”“团结握手图形”为高优先级基因；以青少年为目标群体，设计 U 盘，在平台调用基础模型，将上述基因分别作为U 盘造型和包装图案与色彩，并添加三维展示功能。然后再邀请 25名青少年虚拟体验后，主观评估平均7.8 分（满意），眼动数据显示“古田遗址外轮廓造型”注视占比最高（ 35% ）；据此调整 U 盘尺寸外轮廓形态、优化包装效果，最终形成设计方案，高质的完成了红色文创设计的整体流程，实现红色文化的高效传播。

结论

文章围绕福建红色文创产品设计痛点，构建“资源采集 - 基因提炼 - 设计仿真 - 评估优化”全流程技术框架，依托虚拟仿真技术突破传统设计的时空限制与高试错成本问题；创新结合眼动跟踪技术，实现红色文化基因的定量识别与优先级排序，解决传统提取中主观因素干扰的难题；搭建的虚拟仿真设计平台与案例库经试点验证，显著提升设计效率与用户满意度，为福建红色旅游产业提供新路径参考。

参考文献

[1] 曹国忠, 贺蕾, 于晶晶. 虚拟交互辅助产品外观设计流程研究[J].机械设计 ,2019,36(12):134-139.

[2] 王智慧 . 文脉赓续与民族复兴 : 传统体育文化的基因传递与文化自觉——基于习近平总书记十九大报告文化自信论的分析[J]. 西安体育学院学报 ,2019,36(01):1-9.

[3] 张晓丽 . 苏州地方红色文化融入高校思政课教育的实践探究 [J].中国教育学刊 ,2025,(08):131.

[4] 刘光辉 , 李炳超 , 张文 , 等 . 基于虚拟仿真技术的客舱设计及舒适性分析技术研究 [J]. 飞机工程 ,2021(01):27-32.

[5] 吴辛迪 , 林丽 , 高芸坤 , 等 . 基于眼动技术的侗族鼓楼文化中造型 DNA 的识别研究与创新应用 [J]. 图学学报 ,2018,39(04):616-622.

[6] 石洁 , 宋冬慧 . 虚拟仿真技术在包装设计课程中的应用 [J]. 美术教育研究 ,2022(17):137-140.

作者简介 : 吴辛迪 (1991-)，女，硕士研究生，副教授，主要研究方向: 产品创新设计。

基金项目：2022 年度福建省中青年教师教育科研项目（科技类）JAT220475 ；2025 年度教育教学改革与研究项目阶段性成果。