徽州牌坊VR虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化保護(hù)與沉浸式研究

陳 旺，朱米娜

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 蕪湖 241000）

徽州牌坊VR虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化保護(hù)與沉浸式研究

陳 旺，朱米娜

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 蕪湖 241000）

本文研究旨在從虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的角度闡述如何運(yùn)用數(shù)字化手段對(duì)徽州牌坊進(jìn)行保護(hù)，研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)徽州牌坊進(jìn)行還原和再創(chuàng)造，建立在傳承創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，去挖掘徽州牌坊內(nèi)在的文化價(jià)值，力求在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破，使徽州牌坊重獲“新生”.

徽州牌坊；虛擬現(xiàn)實(shí)；數(shù)字化；沉浸式

人類歷史上最偉大的藝術(shù)之一就是建筑藝術(shù)，它不僅可以為人們遮擋風(fēng)雨，具有實(shí)用價(jià)值，而且它又真實(shí)的記錄著人類社會(huì)的發(fā)展過(guò)程，具有極強(qiáng)的文化藝術(shù)價(jià)值[1].具有“牌坊之鄉(xiāng)”美稱的徽州，將牌坊這一特殊的建筑藝術(shù)表達(dá)的淋漓盡致，盡顯其深厚的文化底蘊(yùn).建造出來(lái)的牌坊，它們都具有各自獨(dú)特的意義，且在每座牌坊的背后也都蘊(yùn)藏著感人的故事.這些牌坊都是巧奪天工、精雕細(xì)琢的藝術(shù)品，在造型設(shè)計(jì)、建造技藝以及布局等方面都具有相當(dāng)高的藝術(shù)性，它們承載了徽州傳統(tǒng)的優(yōu)秀雕刻技藝，是徽雕藝術(shù)表現(xiàn)的重要載體之一，具有極高的藝術(shù)價(jià)值、審美價(jià)值和教育價(jià)值[1].然而，徽州牌坊長(zhǎng)期暴露于戶外，隨著時(shí)間的推移，牌坊的精美石雕風(fēng)化剝蝕日趨嚴(yán)重，很多結(jié)構(gòu)蕩然無(wú)存，數(shù)字化再現(xiàn)徽州古牌坊原貌的工作勢(shì)在必行.網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使人類邁入進(jìn)了一個(gè)全新而嶄新的時(shí)代，近年來(lái)不論在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、教育領(lǐng)域或是研究領(lǐng)域，“虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR)”無(wú)可厚非被當(dāng)作熱點(diǎn)，2016年被稱為“虛擬現(xiàn)實(shí)元年”.因此利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)通過(guò)其沉浸感、交互性及構(gòu)想性的顯著特征對(duì)徽州牌坊進(jìn)行修復(fù)、重現(xiàn)、保護(hù)和傳承，不僅為徽州牌坊的傳承保護(hù)提供了另外一條路徑，解決了徽州牌坊保護(hù)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也為推動(dòng)彌足珍貴的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)徽雕藝術(shù)的傳承發(fā)展提供了新的研究思路，以期從最大程度上傳承徽雕藝術(shù)和發(fā)揚(yáng)徽文化.

1 徽州牌坊的保存現(xiàn)況

牌坊作為傳統(tǒng)古代建筑中的一朵奇葩，形態(tài)獨(dú)特，發(fā)展至今.牌坊的造型設(shè)計(jì)來(lái)源于門，在保障門的基本功能的基礎(chǔ)上，又與藝術(shù)融為一體，貫穿于中國(guó)漫長(zhǎng)悠久的封建社會(huì)，不僅具有極強(qiáng)的實(shí)用性和觀賞性，而且也記錄著社會(huì)的變革與發(fā)展，蘊(yùn)藏著深厚的文化底蘊(yùn)和價(jià)值.在中國(guó)漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展過(guò)程中，徽州作為一座古城起到了舉足輕重的作用，人們將徽州祠堂、民居、牌坊并稱為“徽州三絕”，其中牌坊是與民居、祠堂并存的文化符號(hào)，不僅是徽文化的展示體現(xiàn)，同時(shí)也是華夏文化的繼承弘揚(yáng).徽州牌坊有很多種類，不同種類的牌坊各具特點(diǎn)，不僅承載著徽州人獨(dú)特的藝術(shù)審美方式，在一定程度上也反映出了古徽州地區(qū)人們深受程朱理學(xué)的影響，儒家精神里婦道倫理、男權(quán)至上等的熏陶.據(jù)記載，徽州牌坊盛起于唐宋，至明清達(dá)到其輝煌時(shí)期，明清時(shí)期徽商不遺余力地通過(guò)立牌坊來(lái)傳世顯榮，于是牌坊成為徽州地區(qū)重要的建筑景觀.原有徽州牌坊很多，數(shù)量可達(dá)到1000多座，千百年來(lái)，如今留存下來(lái)的僅有100多座，在中國(guó)古代眾多的牌坊中，最具有代表性的牌坊之一就是徽州牌坊，按照種類可分為：功德坊、標(biāo)志坊和貞節(jié)坊[2].由于自然和人為一些因素的破壞，徽州牌坊長(zhǎng)期暴露于戶外，經(jīng)過(guò)風(fēng)雨的侵蝕，隨著時(shí)間的推移，牌坊的精美石雕風(fēng)化剝蝕日趨嚴(yán)重，很多結(jié)構(gòu)蕩然無(wú)存，離開(kāi)了我們的視野，因此現(xiàn)在迫切需要加大保護(hù)力度.基于當(dāng)今社會(huì)“科技促進(jìn)藝術(shù)、藝術(shù)推動(dòng)科技”的時(shí)代特征，借助VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這一載體來(lái)傳承和保護(hù)徽州牌坊，可以起到兼具文化傳播和文化創(chuàng)新的雙重作用，不僅保留了徽州牌坊原有的藝術(shù)元素，還能對(duì)其加以重新闡釋，力求在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破，使徽州牌坊重獲“新生”.

2 徽州牌坊VR虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化保護(hù)與沉浸式研究的意義

20世紀(jì)末發(fā)展了一項(xiàng)集成眾多學(xué)科的高新技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，VR主要指采用計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成的一種虛擬環(huán)境，體驗(yàn)者借助運(yùn)用特殊的輸入或輸出設(shè)備，與虛擬世界中的物體可以進(jìn)行自然的交互，從而通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和觸覺(jué)等獲得與真實(shí)世界相同的感受.VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最具代表性的特點(diǎn)之一就是沉浸式，與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)藝術(shù)設(shè)計(jì)表現(xiàn)形式不同的是VR虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化藝術(shù)設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)師和受眾不僅僅是以簡(jiǎn)單的雙眼和大腦參與藝術(shù)品所營(yíng)造的虛擬三維空間里，而是在運(yùn)用一些虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)設(shè)備的情況下讓人能夠全身心的投入到虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中去，在觀看影像時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置的感應(yīng)設(shè)備與作品進(jìn)行互動(dòng)，感應(yīng)裝置可以捕捉到體驗(yàn)者的行為動(dòng)作、手勢(shì)以及頭部的運(yùn)動(dòng)，使體驗(yàn)者完全沉浸在虛擬環(huán)境之中，從而使體驗(yàn)者產(chǎn)生更強(qiáng)的沉浸感和互動(dòng)感.通過(guò)利用現(xiàn)代VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以令徽州牌坊得到數(shù)字化修復(fù)、數(shù)字化展示、數(shù)字化詮釋與數(shù)字化傳播，也更加符合運(yùn)用當(dāng)今信息時(shí)代的技術(shù)對(duì)徽州牌坊進(jìn)行保護(hù)和傳承的要求.徽州牌坊在虛擬漫游和三維建模技術(shù)下進(jìn)行虛擬重建，不但保留了徽州牌坊的原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化保存，還可以將已經(jīng)被毀壞的牌坊進(jìn)行還原恢復(fù)，使其具有原來(lái)的風(fēng)貌，以仿古的手法再現(xiàn)徽雕藝術(shù)特色，盡可能的“真實(shí)再現(xiàn)”徽州牌坊及歷史場(chǎng)景.最終使靜態(tài)的古牌坊動(dòng)態(tài)化、生動(dòng)化、趣味化呈現(xiàn)在人們的思維中，受眾能夠自主地瀏覽徽雕藝術(shù)，改變以往被動(dòng)的觀賞方式，最大程度的展示徽雕藝術(shù)的魅力和光彩.此外，古為今用，推陳創(chuàng)新，使傳播途徑“年輕化”.通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)來(lái)再現(xiàn)徽州牌坊，一方面不僅解決了徽州牌坊保護(hù)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也會(huì)成為人們?cè)诂F(xiàn)代文化視覺(jué)語(yǔ)境下，了解徽州牌坊的可視化和傳播傳承，為保護(hù)和傳承非物質(zhì)文化遺產(chǎn)徽雕藝術(shù)提供了可借鑒的模式，另一方面可以挖掘徽州牌坊深厚的文化內(nèi)涵，開(kāi)發(fā)具有徽雕藝術(shù)文化特色的產(chǎn)品，把科技與藝術(shù)恰當(dāng)融合，將徽雕藝術(shù)的設(shè)計(jì)元素和設(shè)計(jì)原理應(yīng)用于VR領(lǐng)域中，賦予徽雕藝術(shù)新的藝術(shù)生命與性格.

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的徽州牌坊設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)習(xí)步驟

徽州牌坊虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過(guò)程基本上可以分為三個(gè)步驟：前期工作、中期工作、后期工作.

3.1 前期階段

前期工作主要是對(duì)徽州牌坊VR虛擬現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目進(jìn)行策劃，為了能夠更好的把徽州牌坊的形式美和意蘊(yùn)表現(xiàn)出來(lái)，在制作之前就要把創(chuàng)作構(gòu)思設(shè)計(jì)好，這個(gè)步驟是非常重要的,然后將其交給專業(yè)的策劃人員通過(guò)運(yùn)用以分鏡的形式將創(chuàng)作好的構(gòu)思以單幀繪畫(huà)的手法表現(xiàn)出來(lái)，這樣可以給項(xiàng)目的相關(guān)制作人員起到很好的指導(dǎo)作用，且在實(shí)現(xiàn)技術(shù)環(huán)節(jié)的一些細(xì)節(jié)方面需要進(jìn)行考察和研究，以達(dá)到能夠按時(shí)完成項(xiàng)目的目的.由于和以往的計(jì)算機(jī)技術(shù)不一樣，這次是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用而完成交付的，因此在前期策劃階段還需注意虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)的手法、虛擬徽州牌坊的最終展示平臺(tái)以及包括制作人員的合理安排等問(wèn)題都是在前期工作中所要考慮的問(wèn)題.

3.2 中期階段

第一步要做的就是到黃山地區(qū)對(duì)項(xiàng)目里將要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化表現(xiàn)的徽州牌坊進(jìn)行實(shí)地調(diào)研和考察，對(duì)牌坊進(jìn)行拍照以及包括其各項(xiàng)數(shù)據(jù)都要進(jìn)行測(cè)量，并把去黃山地區(qū)帶回來(lái)的調(diào)研考察資料進(jìn)行分類、整理和匯總，根據(jù)這些實(shí)地考察的照片資料和數(shù)據(jù)信息來(lái)制作徽州牌坊模型，這樣可以提高制作徽州牌坊的精確性[3]，在此階段收集的資料包括以下內(nèi)容（1）收集設(shè)計(jì)圖紙和與工程相關(guān)的測(cè)繪圖紙，包括平面圖、立面圖等.（2）徽州牌坊建筑外觀紋理的收集，利用數(shù)碼相機(jī)對(duì)徽州牌坊表面的紋理特征進(jìn)行采集，且運(yùn)用圖像處理軟件進(jìn)行后期加工.（3）收集與整理與徽州牌坊相關(guān)的歷史資料.這些工作都是為了能夠更加準(zhǔn)確的將徽州牌坊進(jìn)行復(fù)原，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)虛擬徽州牌坊建筑藝術(shù)美感的目的[4].

第二步，有了前期收集的資料和數(shù)據(jù)就開(kāi)始進(jìn)行徽州牌坊三維模型的制作，也是工作量最大的內(nèi)容之一.由于徽州牌坊的建筑結(jié)構(gòu)較復(fù)雜尤其是建筑細(xì)節(jié)部位上的一些雕刻圖案，精美細(xì)致，因此，在運(yùn)用軟件進(jìn)行制作的時(shí)候任務(wù)更是繁重.現(xiàn)在有很多的模型制作軟件，但運(yùn)用較多的軟件則是3ds MAX，在3ds MAX軟件中有多種建模方法，其中有多邊形建模、樣條曲線建模、細(xì)分曲線建模等方法.用該軟件首先建立主要的牌坊模型和框架結(jié)構(gòu)，再建模型的次要部分，制作缺少的細(xì)節(jié)模型，待模型制作完成后，為了使徽州牌坊看起來(lái)更加真實(shí)、美觀，還需對(duì)建筑模型進(jìn)行紋理優(yōu)化，為了達(dá)到提升徽州牌坊建筑三維模型藝術(shù)美感的目的，制作三維模型的紋理貼圖也需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，一般情況下可以使用二維圖形軟件進(jìn)行常規(guī)的紋理編輯[3]，此外，還能使用透明貼圖和烘焙技術(shù)這兩種方法來(lái)實(shí)施，以期可以達(dá)到令體驗(yàn)者滿意的視覺(jué)藝術(shù)效果.

最后，就是交互合成、虛擬漫游.虛擬交互設(shè)計(jì)制作是需要運(yùn)用虛擬漫游和交互合成軟件，在進(jìn)行到這個(gè)步驟的時(shí)候尤其要注意設(shè)定一些操作，如對(duì)設(shè)定虛擬顯示系統(tǒng)中的分辨率，以及包括如何開(kāi)始漫游才能給體驗(yàn)者提供更方便、更完美的虛擬體驗(yàn)，為了讓體驗(yàn)者可以接觸到一個(gè)友好、親切的虛擬用戶界面，虛擬系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)除了要考慮到人性化設(shè)計(jì)要合理還要盡量注意到用戶的需求[4].還要保證虛擬交互系統(tǒng)運(yùn)行的流暢，主要工作包括以下幾個(gè)方面：（1）刪除一些不可見(jiàn)的模型表面，以達(dá)到精簡(jiǎn)模型面數(shù)的目的.（2）為了能夠在虛擬交互中達(dá)到更好的顯示效果就必須對(duì)徽州牌坊部分的多邊形模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整.（3）為了保證模型的顯示效果和運(yùn)行流暢的基礎(chǔ)上設(shè)置貼圖文件的像素.

3.3 后期階段

在后期階段中,我們所做的主要工作就是要測(cè)試、調(diào)整與改進(jìn)設(shè)計(jì)制作出來(lái)的虛擬現(xiàn)實(shí)徽州牌坊，測(cè)試的目的就是為了使虛擬現(xiàn)實(shí)徽州牌坊作品的通用性、兼容性、穩(wěn)定性等能夠達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，盡可能的在測(cè)試階段將發(fā)生的錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行修改[5]，只有在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整才能使制作出來(lái)的虛擬現(xiàn)實(shí)徽州牌坊作品更加的完善，才能給體驗(yàn)者一個(gè)滿意的虛擬體驗(yàn).

4 結(jié)語(yǔ)

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下，徽州牌坊的數(shù)字化保護(hù)、仿真、再現(xiàn)與傳承等會(huì)更加科學(xué)、有效，也更加符合當(dāng)今科技時(shí)代的特征和要求.通過(guò)利用虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)可以真實(shí)再現(xiàn)徽州牌坊原貌，不僅實(shí)現(xiàn)了徽州牌坊的數(shù)字化保存，，將靜態(tài)形式轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)藝術(shù)，增強(qiáng)參與感與交互能力，易于觀賞者更好地研究，還可以讓欣賞者不受地域限制可以隨時(shí)進(jìn)行瀏覽.如此一來(lái)，對(duì)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)徽雕藝術(shù)的保護(hù)也起到了促進(jìn)和宣傳的作用，豐富了大眾的精神生活，從而輻射、推廣并運(yùn)用于社會(huì)的其他研究領(lǐng)域.

〔1〕孫陽(yáng)陽(yáng)，易忠.形式與意蘊(yùn)——淺談徽州牌坊建筑藝術(shù)的美學(xué)因素[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)，2013(6):43.

〔2〕劉哲軍.民間牌坊裝飾藝術(shù)研究——以徽州牌坊為例[J].河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)學(xué)報(bào),2016(6):5.

〔3〕郭云仲.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑復(fù)原中的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2008.

〔4〕章立.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用研究[D].杭州：江南大學(xué)，2009.

〔5〕王仰宇.建筑動(dòng)畫(huà)的藝術(shù)與技術(shù)特點(diǎn)[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學(xué)，2014.

K879

A

1673-260X（2017）09-0087-02

2017-06-12

2015年安徽省高校人文社會(huì)科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(SK2015A614)；2016年院級(jí)人文社科重點(diǎn)研究項(xiàng)目(2016zdrw12)