巴鈞才　許朝森

摘 要：古建筑有著豐富的文化內(nèi)涵，保護(hù)、傳承古建筑是歷史賦予我們的使命和責(zé)任，尤其是地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的古建筑，為讓其為世人所了解，我們更應(yīng)該不遺余力。利用VR技術(shù)對古建筑進(jìn)行立體呈現(xiàn)，借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣泛傳播，讓參與者在古建筑仿真環(huán)境中穿梭，領(lǐng)略古建筑的魅力，深入挖掘古建筑的價值，激發(fā)人們對古建筑的研究熱情，激起人們到實(shí)地參觀的興趣，讓古建筑的價值得到充分展現(xiàn)，帶動當(dāng)?shù)匚幕⒔?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);古建筑;可視化;應(yīng)用研究

0 引言

古建筑蘊(yùn)含豐富的文化特征，既代表著建筑風(fēng)格和空間結(jié)構(gòu)，也是當(dāng)時人文、政治、經(jīng)濟(jì)甚至宗教因素的歷史體現(xiàn)，保護(hù)古建筑不僅可以以史為鑒，還可以讓古建筑遺產(chǎn)產(chǎn)生現(xiàn)代價值。地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的古建筑雖然保護(hù)得相對完好，但由于地域、經(jīng)濟(jì)等各方面的原因，對其研究及開發(fā)相對滯后，魅力沒能得到展現(xiàn)，潛力未能得到很好的挖掘。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，怎樣讓古建筑嫁接現(xiàn)代新技術(shù)煥發(fā)青春，充分挖掘其價值，造福當(dāng)?shù)厝嗣?，是值得我們考慮的一個問題。

1 VR技術(shù)的概念及特性

1.1 什么是VR技術(shù)

VR是英文“Virtual Reality”的縮寫，翻譯成中文意思為虛擬現(xiàn)實(shí)。20世紀(jì)80年代初，由美國計算機(jī)科學(xué)家Jaron Lanier最先提出，是一種通過計算機(jī)及傳感器技術(shù)構(gòu)建虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的技術(shù)。①VR技術(shù)通過頭盔等將用戶與其所處的現(xiàn)實(shí)環(huán)境隔離開來，讓其置身于一個三維虛擬環(huán)境當(dāng)中，利用3D眼鏡、數(shù)據(jù)手套等與仿真環(huán)境進(jìn)行交流，跟現(xiàn)實(shí)環(huán)境一樣，可以得到觸覺、聽覺甚至味覺等全方位感知。用戶與所構(gòu)建的仿真環(huán)境的關(guān)系如圖1所示。

VR技術(shù)可以應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，目前在軍事、航空、航海、游戲、娛樂等方面得到了大量的應(yīng)用。譬如：航空領(lǐng)域，設(shè)計者預(yù)先構(gòu)建一個封閉的仿真太空環(huán)境，飛行員在仿真太空艙中面對屏幕進(jìn)行虛擬的駕駛操作，隨著飛行員的操作，飛行員也能感知到失重等感覺，讓飛行員“置身太空”進(jìn)行仿真訓(xùn)練，模擬的太空環(huán)境也在屏幕上隨之改變;在游戲場景當(dāng)中，參與者感知的是一個全面視角，身臨其境在游戲環(huán)境當(dāng)中，與周圍的場景和人物進(jìn)行互動，通過傳感設(shè)備可以感受到物體的重力以及物體突然出現(xiàn)時造成的壓迫感等。可以這樣說，VR技術(shù)可以構(gòu)建一個任何你想要的虛擬世界，只有想不到，沒有做不到。

1.2 VR技術(shù)的特性

1.2.1 多感知性（Multi-Sensory）

VR技術(shù)除了通常使用計算機(jī)設(shè)備時所具有的視覺、聽覺感知外，還具備觸覺甚至是嗅覺、味覺方面的感知。參與者通過頭盔、3D眼鏡、數(shù)據(jù)手套等可穿戴設(shè)備充分模擬人的感知功能，全方位感知仿真世界。

1.2.2 沉浸感（Immersion）

VR仿真環(huán)境營造運(yùn)用3D技術(shù)，根據(jù)人類視覺、觸覺、聽覺等生理特征，參與者戴上頭盔隔斷與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系，使參與者只能看到、聽到、觸到仿真環(huán)境信息資源，讓參與者有一種置身其中的感覺，達(dá)到以假亂真的目的。

1.2.3 交互性（Interactivity）

參與者通過可穿戴設(shè)備向仿真環(huán)境發(fā)出語言、肢體動作等信息，周邊環(huán)境會實(shí)時對發(fā)出的信息進(jìn)行相應(yīng)的回應(yīng)，如同與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的人或物進(jìn)行接觸與交流一樣。

2 VR技術(shù)介入古建筑設(shè)計可視化的優(yōu)勢

2.1 可全方位展示

相對于傳統(tǒng)的平面圖形展示方式，參與者只能從展示的圖片或影像資料中看到或聽到一些信息，而VR技術(shù)有著立體化、可感知、可交互的優(yōu)勢，參與者不僅從信息的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃荧@取者，而且可以通過視覺、聽覺、觸覺甚至味覺、嗅覺等全方位感知信息，接收到的信息更全面、更深刻。

古建筑從結(jié)構(gòu)上來說具有空間感，平面方式不足以展示其內(nèi)部構(gòu)造以及古建筑與周邊環(huán)境的結(jié)構(gòu)關(guān)系，VR技術(shù)所能表現(xiàn)的立體仿真環(huán)境恰與古建筑的空間感有著異曲同工之妙，應(yīng)用VR技術(shù)可將古建筑內(nèi)部構(gòu)造及其與環(huán)境的關(guān)系展現(xiàn)得淋漓盡致。

2.2 支持遠(yuǎn)程訪問

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、構(gòu)想性、交互性等優(yōu)勢，再現(xiàn)旅游場景，使旅游資源脫離地域限制，潛在客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬體驗(yàn)，讓體驗(yàn)者跨越時間和空間，“穿越”到所有地方，足不出戶獲得“旅游體驗(yàn)”，實(shí)現(xiàn)對旅游產(chǎn)品的“試用”。同時，讓這些古建筑場景以數(shù)字化的方式保存下來，實(shí)現(xiàn)旅游資源展示和保護(hù)的現(xiàn)代化，推動文旅行業(yè)更快進(jìn)入信息化時代，使古建筑文化遺產(chǎn)讓全人類共同擁有。特別是一些交通欠發(fā)達(dá)、配套旅游設(shè)施不是很完善、旅游資源相對單一的邊遠(yuǎn)地區(qū)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對當(dāng)?shù)氐穆糜钨Y源進(jìn)行全景拍攝后發(fā)布到網(wǎng)上，將對文物資源的利用及文化的傳承起到尤為重要的作用。

2.3 臨場互動式體驗(yàn)

VR技術(shù)能充分仿真現(xiàn)實(shí)環(huán)境或模擬出想象中的場景，并且參與者可以通過頭盔、3D眼鏡、數(shù)據(jù)手套等與周邊環(huán)境進(jìn)行全方位交流，周邊仿真環(huán)境通過傳感器感知參與者發(fā)出的交流信號，實(shí)時對接收到的信號進(jìn)行加工處理，并及時向參與者進(jìn)行有效反饋，加以聲效、光效等方面的配合，使參與者完全置身于仿真世界當(dāng)中，去扮演仿真世界中的角色，增加其臨場感。仿真現(xiàn)場的啟迪和感受，有利于參與者的創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)，對知識的感知更加全面、更加深刻。

3 魯土司衙門古建筑群情況介紹

魯土司衙門始建于明洪武十一年（1378），地處甘肅省蘭州市永登縣西南65千米的連城鎮(zhèn)，是全國眾多土司建筑中保存比較完整的一座宮殿式古建筑群，占地面積3.3萬平方米，建筑面積7755平方米，由土司衙門、妙因寺、土司花園三部分組成，被稱為西北“小故宮”。①魯土司系蒙古族，多位土司官至一品，信奉藏傳佛教，是西北地區(qū)權(quán)勢較大的一個集軍事、司法、宗教于一體的地方特殊政權(quán)。魯土司以連城為中心，覆蓋甘青多個縣區(qū)，管轄面積達(dá)9000平方千米，在當(dāng)?shù)亟y(tǒng)治500多年，對甘肅及青海地區(qū)政治、文化、宗教等領(lǐng)域都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。修繕后的大堂如圖2所示。

4 應(yīng)用案例介紹

美國精鉆會游輪公司利用虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)了Azamara 3D，讓乘客駕駛一艘游輪穿越哥斯達(dá)黎加雨林、巴拿馬運(yùn)河等，“切身”體驗(yàn)游輪生活，激發(fā)游客對目的地的好奇心，引起實(shí)地出游的沖動。日本東京大學(xué)科研團(tuán)隊將世界各地名勝古跡拍攝成360度的視頻向患病老年人展示，利用VR技術(shù)滿足那些無法旅行者的旅游渴望，幫助他們找到快樂和生活的動力。如圖3所示，老年人通過佩戴VR眼鏡居家“旅游”。

2003年，我國第一部VR作品《紫禁城·天子的宮殿》誕生，通過手機(jī)等設(shè)備，觀眾可以隨時隨地在紫禁城“游覽”。自2012年1月百度百科數(shù)字博物館上線以來，全國各大互聯(lián)網(wǎng)媒體相繼開始了VR博物館項目：“‘看見圓明園”項目讓滿目瘡痍的圓明園重現(xiàn)了昔日的輝煌;在山東周村，游客通過佩戴VR眼鏡，隨意參觀虛擬景點(diǎn)，還能看到視頻、圖片等講解內(nèi)容……VR數(shù)字資源開發(fā)正在宣傳推廣、文物保護(hù)等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，VR技術(shù)將為我國文旅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展插上騰飛的翅膀。

5 魯土司衙門古建筑群數(shù)字化展現(xiàn)

隨著我國5G網(wǎng)絡(luò)的逐步普及，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將古建筑場景的展示、保護(hù)提高到了一個嶄新的階段。習(xí)近平總書記多次提到虛擬現(xiàn)實(shí)所帶來的變革，李克強(qiáng)總理要求加大對虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的投入。工信部和發(fā)改委將VR、AR列為發(fā)展重點(diǎn)，同時VR技術(shù)研究工作也得到了各科研機(jī)構(gòu)及高校的認(rèn)可和助力。

利用3D攝像機(jī)對魯土司衙門建筑外觀進(jìn)行全景拍攝，將拍攝到的立體畫面導(dǎo)入到計算機(jī)中，利用QuickTime VR軟件進(jìn)行全景圖像的拼接處理，并對古建筑破損的地方進(jìn)行復(fù)原處理。建筑物內(nèi)場景既可以通過類似于建筑物外景的方式進(jìn)行處理，也可以利用3ds MAX、Maya等軟件根據(jù)需要重新進(jìn)行建模處理。

在魯土司衙門全景圖像拼接過程中，利用采集到的離散圖像或連續(xù)圖像序列作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像的拼接處理形成全景圖像，然后通過合適的空間模型把多幅全景圖像組織為虛擬全景空間。最后，利用QuickTime VR對地圖操作的支持功能，把魯土司衙門的全景圖布置在地圖上，形象化地把節(jié)點(diǎn)和對象連接起來，增加場景的真實(shí)感。

魯土司衙門標(biāo)志性建筑—牌坊全景圖片展示如圖4所示。

6 制作過程中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

圖像信息在采集和傳輸過程中受到設(shè)備自身的限制及外部電磁環(huán)境的影響，采集到的圖像信息會或多或少存在一些圖像噪聲問題，影響到VR全景圖像的品質(zhì)，必須對噪聲圖像進(jìn)行降噪處理。①目前，一些常用的圖像處理軟件，如Photoshop、Camera Raw等圖像處理軟件的降噪濾鏡功能，或是利用Easy Photo Denoise、Movavi Photo等專業(yè)降噪軟件來對圖像進(jìn)行降噪處理，可以讓圖像變得更加清晰。在對采集到的信息進(jìn)行處理過程中，筆者利用Easy Photo Denoise軟件對圖像進(jìn)行彩色斑點(diǎn)去除、色度和亮度噪聲專用控制等功能對圖像信息美化及降噪處理，以期為后期合成提供高品質(zhì)的圖像信息。

7 結(jié)語

VR技術(shù)改變以往圖片、視頻等二維平面呈現(xiàn)方式，以立體化的方式呈現(xiàn)古建筑，便于我們了解古建筑內(nèi)部構(gòu)造及古建筑與周邊環(huán)境的關(guān)系，參與者置身其中進(jìn)行模擬體驗(yàn)時，不僅可以通過視覺、聽覺、觸覺甚至味覺、嗅覺等全方位感知周邊環(huán)境，還可以根據(jù)所分配的體驗(yàn)角色與周邊環(huán)境進(jìn)行交互，足不出戶“穿梭”于古建筑群中，領(lǐng)略古建筑之美。