VR技術(shù)在古建筑數(shù)字化保護(hù)中的應(yīng)用

王文震

摘要：古建筑是中國(guó)傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)的重要組成部分，保護(hù)古建筑就是在保護(hù)我們的傳統(tǒng)文化。但是，隨著時(shí)間的流逝、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，很多的古建筑也受到了不同程度的損壞，要保證把古建筑的原貌保存下來，又耗資巨大，面對(duì)這一現(xiàn)象，我們需要一種低成本效果好的技術(shù)保存古建筑的原貌，VR技術(shù)就是這樣的一種技術(shù)。VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它在古建筑保護(hù)中有著十分重要的應(yīng)用。本文主要針對(duì)VR技術(shù)在古建筑數(shù)字化保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：古建筑;數(shù)字化保護(hù);VR

一、前言

古建筑代表了我國(guó)建筑繼承與發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，彌補(bǔ)了人工測(cè)繪構(gòu)圖等傳統(tǒng)古建筑保護(hù)方式的不足，如三維激光技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等現(xiàn)代科技，通過數(shù)據(jù)量?jī)?yōu)化，以及與空間、屬性等數(shù)據(jù)的結(jié)合，真實(shí)還原了古建筑風(fēng)貌，同時(shí)信息采集處理、構(gòu)建虛擬模型、信息集成等工作效率隨之提高，真正達(dá)到了古建筑保護(hù)目的。

二、古建筑數(shù)字化保護(hù)的重要性

（一）歷史再現(xiàn)

古建筑，是歷史的再現(xiàn)，見證了各個(gè)時(shí)期政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面的變化。如北京故宮博物院布局規(guī)劃，講究天人合一，是我國(guó)古代宮殿建筑的典范。如云岡石窟，記錄了古代北方名族的佛教文化。如萬(wàn)里長(zhǎng)城，記錄了我國(guó)古代抵抗外族侵略的歷史，是中華民族不屈精神的象征。

（二）促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展

隨著人們經(jīng)濟(jì)條件、生活水平提高，人們對(duì)精神追求的需要日益增長(zhǎng)，古建筑能夠滿足人們放松心情、求知欲望、探尋歷史等需要，帶動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)進(jìn)步，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。尤其是故宮、長(zhǎng)城等標(biāo)志性建筑物，每年帶來的旅游效益都是可觀的。但古建筑景點(diǎn)的開放，也伴隨著一定的破壞性。對(duì)此，加強(qiáng)保護(hù)力度意義重大。

三、VR技術(shù)簡(jiǎn)介

VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，簡(jiǎn)單來說，它是一種可以將真實(shí)世界的原型利用虛擬化的手段進(jìn)行完全復(fù)現(xiàn)的技術(shù)。VR技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于它的信息完備性、一致性、模擬性、可視化。應(yīng)用VR技術(shù)可以全面細(xì)致地還原建筑形貌，使建筑以數(shù)字化的形式保存于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中。

四、VR技術(shù)在古建筑保護(hù)中的主要應(yīng)用

VR技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在管理保護(hù)層面，即利用三維成像技術(shù)，復(fù)原建筑原貌，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)相關(guān)建筑信息完整性，提高信息解讀效率的目的。

（一）古建筑信息采集

古建筑信息的采集，需要分為兩方面進(jìn)行：一者是對(duì)古建筑的實(shí)體空間信息進(jìn)行采集，實(shí)體空間信息具體是指其的方位、形狀、大小及各構(gòu)件尺寸等;二者是對(duì)古建筑身上所承載的歷史文化信息（或稱屬性信息）進(jìn)行采集，歷史文化信息具體是指其的設(shè)計(jì)方法、建設(shè)材料、建設(shè)工藝、地域特征、建設(shè)年代的時(shí)代特征、人文社科價(jià)值等。

在對(duì)古建筑的實(shí)體空間信息進(jìn)行采集之時(shí)，一般是先利用三維激光技術(shù)精確快速地掃描出建筑的三維坐標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以及建筑表面紋理信息，最后再應(yīng)用三維建模技術(shù)建立出古建筑的三維模型。而在對(duì)古建筑身上所承載的歷史文化信息進(jìn)行采集之時(shí)，則一般是先進(jìn)行實(shí)地考察和相關(guān)文獻(xiàn)查閱，再經(jīng)由人工分析整理而出。

三維激光掃描技術(shù)采集古建筑信息一般分為以下步驟：

第一步：古建筑表面及空間數(shù)據(jù)采集。

主要內(nèi)容有：確定測(cè)繪方案，三維激光實(shí)地掃描（可使用徠卡、法如等品牌的大幅面空間掃描儀）。

第二步：內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

建筑物的線劃圖作為傳統(tǒng)建筑測(cè)繪的成果之一，是建筑物的基礎(chǔ)測(cè)繪圖件，通過內(nèi)業(yè)測(cè)繪獲取二維的圖件可以表示房屋內(nèi)部的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造形式、分層情況，及建筑物的相關(guān)尺寸。

第三步：三維建模。

可以利用三維激光掃描儀配套軟件自帶的模型庫(kù)快速建模.也可以通過其他第三方軟件3ds max等進(jìn)行建模。

（二）古建筑模型構(gòu)建

古建筑模型構(gòu)建是數(shù)字化保護(hù)最重要的應(yīng)用環(huán)節(jié)之一?？梢允褂肂IM技術(shù)進(jìn)行建模，首先利用GIS技術(shù)建立出基本的古建筑三維模型后，然后利用其它相關(guān)軟件建立出古建筑的“群”模型，最后再應(yīng)用BIM技術(shù)建立出古建筑的精確三維模型。在應(yīng)用BIM技術(shù)建模之時(shí)，需要將之前所采集到的古建筑信息，包括其的方位、形狀、大小及各構(gòu)件尺寸等，均準(zhǔn)確輸入到BIM軟件當(dāng)中，以保證三維建模的精確性。在古建筑保護(hù)工作中，對(duì)古建筑的建模往往不是只建模一次，而需要反復(fù)、多次建模，而在多次建模過程中會(huì)自然而然地總結(jié)出古建筑的關(guān)鍵參數(shù)，工作人員可以將這些參數(shù)總結(jié)整理成一個(gè)集合，并存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，以為后續(xù)的古建筑保護(hù)工作提供有力的指導(dǎo)。

（三）古建筑的VR虛擬體驗(yàn)

使用VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的虛擬體驗(yàn)，不僅可以感受到真實(shí)的古建筑形貌，還可以將古建筑所承載的一些歷史人文信息整合到VR系統(tǒng)當(dāng)中，以游戲娛樂等方式讓體驗(yàn)者參與其中，進(jìn)而加深對(duì)古建筑的了解、提升對(duì)古建筑的熱愛。

VR技術(shù)復(fù)原古建筑的過程，包括以下幾方面：（1）前期工作。即項(xiàng)目策劃，需明確選擇古建筑系統(tǒng)展示在PC上、還是手機(jī)上，確定技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。 （2）中期工作。首先實(shí)地考察古建筑，利用三維激光雷達(dá)掃描技術(shù)等，獲得古建筑的空間、紋理等數(shù)據(jù)，以提高虛擬建筑藝術(shù)美感。拍攝古建筑的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，包括細(xì)節(jié)紋理等。收集周邊人文環(huán)境、發(fā)展概況、歷史背景等資料，加深文化了解。然后匯總分析資料，資料應(yīng)當(dāng)分類存放，利用AutoCAD軟件繪制實(shí)體數(shù)據(jù)立面圖、平面圖。利用3ds max模型制作軟件與曲面、多邊形等建模方法，進(jìn)行模型制作。貼圖修復(fù)多采用Photoshop、Substance Painter等軟件進(jìn)行處理。烘培后，將模型光影以貼圖形式，導(dǎo)入到Unity或UE等3D引擎，最終完成VR交互與漫游制作。（3）后期工作。主要是對(duì)VR作品測(cè)試與調(diào)整，在不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)、硬件配置機(jī)器、使用者之間交叉測(cè)試，提出問題并修改。

在整個(gè)VR系統(tǒng)構(gòu)建完成后，這樣人們只需要戴上特制的VR眼鏡，即可宛如真正進(jìn)入到古建筑當(dāng)中一般親身感受到古建筑中的情境。

綜上所述，在古建筑數(shù)字化保護(hù)中使用VR技術(shù)，可有效提高古建筑管理保護(hù)、修復(fù)保護(hù)的成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜學(xué)智，李忠華.國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2004，23（2）：238-240

[2]齊會(huì)娟，李德雄，劉麗娜.計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑數(shù)字化復(fù)原中的應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技，2016（10）：135-136.

[3]澤金.世界文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)與建設(shè)初探：以西藏羅布林卡古建筑為例[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2017，29（4）：115-122.

[4]俞云，黃鑫.VR技術(shù)在變電站技能培訓(xùn)中的應(yīng)用.電子技術(shù)與軟件工程.2017年第24期

[5]陳華斌，王彤.虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（1）

[6]高文，陳熙霖，晏潔.虛擬人面部行為的合成[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，1998，21（8）：694-703.

[7]淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[EB/OL]. http：//blog.sina.com.cn/s/blog5.html