增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)在城市歷史文化景觀數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

李軼

摘要：隨著準(zhǔn)5G時(shí)代的到來和AR技術(shù)的日趨完善，使得城市歷史景觀的數(shù)字化建設(shè)、展示、保護(hù)與其文化傳播擁有更多可能。本文基于AR技術(shù)的特征和應(yīng)用優(yōu)勢，以全國宋代古跡保存最完好全國歷史文化名城贛州為例，梳理基于AR技術(shù)的贛州歷史文化景觀數(shù)字化建設(shè)策略和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù);歷史景觀;文化內(nèi)涵;數(shù)字化建設(shè)

中圖分類號：G122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0068-03

0 引言

中國歷史文化悠久，現(xiàn)今很多城市都保留著歷朝歷代的古建筑等歷史景觀，這些歷史景觀以滄桑的姿態(tài)呈現(xiàn)先人智慧、承載歷史文化，是中華民族文明生生不息的重要載體和見證。隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程不斷提速，許多城市歷史文化景觀未能得到很好的展示和保護(hù)。在現(xiàn)代信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，歷史文化景觀的數(shù)字化建設(shè)得以實(shí)現(xiàn)，這一實(shí)現(xiàn)使城市歷史景觀及其文化內(nèi)涵能夠迎合現(xiàn)代人的節(jié)奏得以更好的展示與傳承。

“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃中再次明確提出：虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)要突破虛實(shí)融合渲染、實(shí)時(shí)定位注冊等一批關(guān)鍵技術(shù)，在顯示、交互、內(nèi)容等方面實(shí)現(xiàn)文化等行業(yè)的大眾化示范應(yīng)用。隨著準(zhǔn)5G時(shí)代的到來和AR技術(shù)的日趨完善，使得城市歷史景觀的數(shù)字化建設(shè)、展示、保護(hù)與文化傳播擁有更多可能。

1 AR技術(shù)的歷史文化景觀數(shù)字化建設(shè)技術(shù)優(yōu)勢

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（以下簡稱AR）是廣義虛擬現(xiàn)實(shí)（以下簡稱VR）的一個(gè)發(fā)展分支。簡單來說，VR呈現(xiàn)的場景全部是計(jì)算機(jī)生成的虛擬畫面，需要復(fù)雜昂貴的專業(yè)設(shè)備展示，而AR是通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)將虛擬的信息疊加到真實(shí)世界，“增強(qiáng)”了現(xiàn)實(shí)中的體驗(yàn)，用戶通過已經(jīng)高度普及的手機(jī)等移動(dòng)端就能看到真實(shí)與虛擬的巧妙融合。

AR技術(shù)具有三維注冊、智能交互、虛實(shí)融合三大特征，其中三維注冊是AR的重要的標(biāo)志性技術(shù)特征。三維注冊技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，將虛擬的圖文、音視頻、三維模型等與真實(shí)物體建立對應(yīng)或融合。利用AR技術(shù)將虛擬信息巧妙疊加在現(xiàn)實(shí)場景中[1]，原本肉眼不可見的數(shù)字文化內(nèi)容通過手機(jī)屏幕得以視覺呈現(xiàn)，使歷史景觀的文化承載空間大大擴(kuò)增。另外，人們對城市歷史景觀的消費(fèi)過程如果有虛擬文化內(nèi)容嵌入其中，更可以滿足參觀者對屬地歷史文化的認(rèn)知需求，促進(jìn)城市歷史文化傳播。因此，AR的技術(shù)應(yīng)用于歷史文化景觀的數(shù)字化建設(shè)，必然能夠強(qiáng)化其游覽認(rèn)同感，增加文化傳播力度，提升歷史文化景觀及周斌旅游產(chǎn)品的文化附加值。

2 贛州城市歷史文化景觀概況及開發(fā)現(xiàn)狀

贛州位于江西南部，具有2200多年的歷史，1994年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)為國家歷史文化名城[2]。贛州漢初建縣，唐宋時(shí)被稱為虔州，是全國宋代古跡保存最完好的城市，贛州老城三面環(huán)水，東、西兩江各謂“章”、“貢”，于北門匯流成贛江，其地理位置舊志書云：“南撫百越，北望中州，據(jù)五嶺之要會(huì)，扼贛閩粵湘之要沖”[3]。這里有北宋嘉佑年間的八鏡臺(tái)，是我國八景文化的發(fā)祥地;有筑于宋代“郁結(jié)古今氣，孤懸天地心”的郁孤臺(tái)，著名愛國將領(lǐng)辛棄疾的“郁孤臺(tái)下清江水，中間多少行人淚”成為千古絕唱[4];有現(xiàn)今全國僅存且地面、地下保護(hù)最好的宋磚城墻，古城墻長達(dá)3664米，高4至11米不等，迄今保有建春門、涌金門、北門、西津門四座城門、炮城三座、馬面一個(gè)、警鋪十個(gè)，大部分設(shè)施保存完好。古城墻將八鏡臺(tái)、郁孤臺(tái)串聯(lián)其中，圍成的古城面積約3平方公里，大致呈三角形，東、西、北三面臨章、貢、贛三江“憑江為險(xiǎn)”，今保存下來的古城墻便是臨江部分，至今還起著防洪堤壩的作用[3]。贛州古城墻建筑群是國家文物保護(hù)單位，是國內(nèi)“孤品”，具有極高的歷史文化價(jià)值。

另外贛州還有北宋著名水利專家劉彝主持修建的城內(nèi)排水系統(tǒng)——福壽溝，福壽溝是贛州老城兩條地下排水道總稱，因其線路走向縱橫迂回，形似古篆“福壽”二字故得名，福壽溝為磚石結(jié)構(gòu)矩形斷面，主溝總長12.6公里，內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜、設(shè)計(jì)精妙，并與城內(nèi)3個(gè)人工開鑿的蓄水池、百余池塘貫通，互為表里，相互串聯(lián)，起到了調(diào)水、蓄水、排水的作用，另外水溝與臨江城墻互通出設(shè)計(jì)12口科技含量很高的水窗，利用水力學(xué)原理開關(guān)，平時(shí)防止江水倒灌，汛期排水帶走泥沙[5]。是當(dāng)時(shí)一項(xiàng)重大的發(fā)明創(chuàng)舉，也是我國古代杰出的水利工程。可以說贛州宋代的城墻、城門、福壽溝、水塘形成了一個(gè)極富創(chuàng)意的綜合防水、排水系統(tǒng)，是三江毗鄰的贛州城千年不澇的秘密，一直沿用至今。

贛州的宋代古浮橋也是重要的宋城文化遺存。章江南河浮橋和貢江建春門浮橋，建造始于宋代，一直沿用至今，是昔日贛江流域主要的貿(mào)易口岸，直至今日也在交通上發(fā)揮著巨大作用。建春門浮橋全長400米，共用了110只木舟，每3只木舟為一組，整座浮橋分為33節(jié)。古浮橋這一古老的交通設(shè)施已在贛州沿用了千年，構(gòu)成了贛州特有的歷史文化景觀[5]。

目前對贛州宋代歷史文化景觀的保護(hù)與展示主要通過出版圖書、論文、以及陳列展示、宣講等方式。如贛州市博物館的“客家搖籃”、“豐饒贛州”展廳對贛州古宋代歷史文化景觀均有展示，展廳中分別以宋代建筑景觀建設(shè)過程和人文附加為線索，以圖片、視頻、模型、講解的形式，展示古城全貌;古城墻建筑群的修造過程、歷史原貌、抵御水患及戰(zhàn)亂的影像和郁孤臺(tái)、八鏡臺(tái)歷史文化內(nèi)涵;福壽溝全貌及其設(shè)計(jì)精妙之處和古宋代以城門、浮橋?yàn)檩S心的先人貿(mào)易景象。還未查閱到對贛州城市歷史文化景觀有AR相關(guān)的數(shù)字化建設(shè)并展示的案例和行為。

3 基于AR技術(shù)的贛州歷史文化景觀數(shù)字化建設(shè)策略及應(yīng)用

3.1 信息數(shù)字化采集與虛擬信息生成

信息采集包括對贛州歷史文化景觀和非物質(zhì)文化信息兩部分，實(shí)體景觀采集用于標(biāo)識物數(shù)據(jù)庫建立，如城墻串聯(lián)的古宋城景觀、浮橋、福壽溝等，虛擬數(shù)字信息庫的建立則需要收集圖文、音視頻等更加多維的文化相關(guān)信息，如浮橋沿岸貿(mào)易活動(dòng)、福壽溝泄洪排污設(shè)計(jì)、郁孤臺(tái)和八鏡臺(tái)的人文文化等。對不同種類的信息采取不同的采集方法，獲取不同格式加以存儲(chǔ)。

對于重點(diǎn)需要虛擬呈現(xiàn)的非物質(zhì)文化，則可以借助文字記錄、拍攝、動(dòng)畫制作、圖片掃描等方式進(jìn)行采集，形成圖文、音視頻等信息。如古城的建造背景和歷史發(fā)展、八景文化內(nèi)涵、郁孤臺(tái)歷史典故詩詞等可以形成文本、圖片及音頻文件;浮橋貿(mào)易、古城墻抵御水患及戰(zhàn)爭場面、辛棄疾郁孤臺(tái)夕陽吟詩場景等進(jìn)行現(xiàn)場真人實(shí)景拍攝，形成音視頻文件;對于福壽溝地下全貌，泄洪排污原理及精妙設(shè)計(jì)（如溝底各轉(zhuǎn)彎處都安裝的會(huì)自動(dòng)耙游的石獅爪，利用水力學(xué)原理自動(dòng)開關(guān)的水窗等）進(jìn)行三維動(dòng)畫制作講解形成視頻文件進(jìn)行采集。

3.2 數(shù)字信息處理及管理

數(shù)字信息的處理主要包括利用軟件對文字、圖片的掃描、優(yōu)化;音視頻、動(dòng)畫的剪切、優(yōu)化、添加說明等，再將數(shù)字信息細(xì)分，并形成總的元數(shù)據(jù)標(biāo)引標(biāo)準(zhǔn)和各類型信息的統(tǒng)一格式，最后按信息類型進(jìn)行子庫歸檔建設(shè)，以便于精準(zhǔn)指向和高效檢索調(diào)用。通過對采集信息的數(shù)字化加工和存儲(chǔ)可以構(gòu)建贛州城市歷史文化景觀數(shù)字化信息數(shù)據(jù)庫，例如作為識別源的標(biāo)識物圖像數(shù)據(jù)庫;基于AR技術(shù)的能夠與標(biāo)識物數(shù)據(jù)庫一一對應(yīng)的城市歷史文化景觀相關(guān)虛擬數(shù)字信息資源庫等。

3.3 虛實(shí)信息融合實(shí)現(xiàn)

虛實(shí)融合是AR功能實(shí)現(xiàn)的核心內(nèi)容，借助三維跟蹤注冊技術(shù)、圖像識別技術(shù)、實(shí)時(shí)渲染場景融合技術(shù)等AR關(guān)鍵技術(shù)和定位技術(shù)，將拍攝到的影像與前期建立的標(biāo)識物數(shù)據(jù)庫尋到對應(yīng)，再將歷史文化景觀相關(guān)的虛擬文化信息注冊到標(biāo)識物數(shù)據(jù)庫，通過對標(biāo)識物的識別得以對虛擬信息的調(diào)取和視覺疊加呈現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對真實(shí)視覺信息的有效補(bǔ)充，將真實(shí)與虛擬巧妙融合。

對于已破壞缺失的景觀修復(fù)、還原，使古跡得以重現(xiàn)，主要借助于三維掃描技術(shù)和三維建模技術(shù)，三維掃描技術(shù)致力于采集信息的精確性，首先利用三維掃描儀采集文物三維數(shù)據(jù)，分析其構(gòu)成要素信息，然后進(jìn)行三維重建，彌補(bǔ)文物的細(xì)節(jié)損壞問題。如根據(jù)古城墻炮樓保存完好的部分對其殘缺部分進(jìn)行計(jì)量、分析，在此基礎(chǔ)上修補(bǔ)殘缺部分，進(jìn)行虛擬修復(fù)[6]，再將虛擬信息注冊到原址上還原古跡原貌。

將贛州歷史文化景觀的相關(guān)數(shù)字化內(nèi)容一一對應(yīng)的嵌入實(shí)體景觀，或者立體復(fù)原古跡、還原動(dòng)畫場景等，實(shí)現(xiàn)虛擬信息與現(xiàn)實(shí)完美融合，以多維動(dòng)態(tài)展示的手段，實(shí)現(xiàn)用戶與歷史文化景觀的交流互動(dòng)，縮短信息傳輸?shù)臅r(shí)間、距離，減少信息傳遞過程中出現(xiàn)的損耗，強(qiáng)化用戶對歷史文化景觀的認(rèn)知[6]。

3.4 AR技術(shù)城市歷史文化景觀數(shù)字化建設(shè)應(yīng)用

AR最突出的特點(diǎn)就是通過以三維注冊技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的移動(dòng)端展示，達(dá)到城市歷史景觀的數(shù)字化建設(shè)、展示、保護(hù)與其文化傳播等應(yīng)用。

（1）文化信息附加。文化信息附加是AR歷史文化景觀數(shù)字應(yīng)用的主要特色和優(yōu)勢。參觀者在游覽過程中通過智能手機(jī)識別影像和GPS定位輔助，從前期建立的多媒體信息庫加載各種文本、圖片、音視頻等實(shí)景相關(guān)信息，同時(shí)還可輔以虛擬導(dǎo)游及語音多媒體講解，以多維度的展示內(nèi)容來豐富信息傳達(dá)的生動(dòng)性。利用AR技術(shù)進(jìn)行文化信息附加在贛州歷史文化景觀及其周邊應(yīng)用可以非常廣泛，例如鏡頭對準(zhǔn)郁孤臺(tái)，會(huì)顯示最著名的相關(guān)歷史人物——宋代豪放派詩人、著名抗金將領(lǐng)辛棄疾相關(guān)介紹、及其著名的愛國主義詩詞《菩薩蠻·書江西造口壁》，甚至可以出現(xiàn)詩詞的語音誦讀“與孤臺(tái)下清江水，期間多少行人淚”;再如購買歷史景點(diǎn)明信片、紀(jì)念品等文創(chuàng)周邊，通過手機(jī)進(jìn)行掃描，能夠在手機(jī)上再現(xiàn)歷史景觀的三維模型和歷史文化背景介紹等虛擬信息，這類途徑的AR應(yīng)用可以跨越地域限制，參觀者可以隨時(shí)隨地對通過掃描文創(chuàng)產(chǎn)品來回憶當(dāng)時(shí)的游覽體驗(yàn)。

（2）AR導(dǎo)覽。AR導(dǎo)覽可主要分為圖片導(dǎo)覽和AR地圖。圖片導(dǎo)覽主要通過GPS定位手機(jī)，輔以圖片識別向游客展示景觀全景、所在位置及前后景點(diǎn)標(biāo)識圖片，給參觀者更為直觀、清晰的游覽方位感，并且能夠?qū)χ饕坝^嵌入虛擬文化信息疊加的視覺呈現(xiàn)，引導(dǎo)參觀者游覽的同時(shí)，了解歷史景觀的文化內(nèi)涵。AR地圖則是對全景或細(xì)節(jié)地圖附以簡要圖標(biāo)指示[7]，包括音視頻甚至超鏈接在內(nèi)的龐大虛擬信息資源可被嵌套在指示圖標(biāo)中，參觀者根據(jù)興趣或需求點(diǎn)擊指示圖標(biāo)，調(diào)用隱藏在圖標(biāo)中的虛擬增強(qiáng)內(nèi)容，AR地圖可以有效的避免虛擬信息顯示過載和供大于求。總之，AR導(dǎo)覽可以讓游覽者以增強(qiáng)于現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)對游覽地歷史景觀的概況、文化內(nèi)涵有更為完整、清晰的認(rèn)知。

（3）三維復(fù)原。殘缺不全的歷史景觀，如果冒然進(jìn)行復(fù)建，不但可能會(huì)傷害原有的古跡結(jié)構(gòu)，過度干預(yù)也會(huì)影響歷史景觀的文化價(jià)值，違背保護(hù)初衷。運(yùn)用AR技術(shù)進(jìn)行三維復(fù)原，將現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行標(biāo)記，在電腦中進(jìn)行復(fù)原重建，參觀者通過手機(jī)可以看到歷史景觀被補(bǔ)缺重建后的景象。這樣既保護(hù)了歷史遺跡原貌，又解決了參觀者對于“歷史重現(xiàn)”需求[8]。而文物復(fù)原，則是運(yùn)用三維建模等數(shù)字化手段復(fù)原破損文物，一改文物“只可遠(yuǎn)觀”的現(xiàn)狀，讓游客能隨意放縮、翻轉(zhuǎn)查看文物的細(xì)節(jié)。運(yùn)用AR技術(shù)數(shù)字化技術(shù)手段恢復(fù)文物古跡昔日風(fēng)采，讓游客能更加直觀的感受到先人們的智慧魅力[9]。例如文革期間對八鏡臺(tái)、古城墻炮樓的嚴(yán)重破壞及歷代對城墻古磚盜取使得贛州宋城墻串聯(lián)景觀部分有所缺失，當(dāng)鏡頭對準(zhǔn)缺失，手機(jī)畫面就會(huì)顯示缺失部分復(fù)員后的景象;再如鏡頭識別出福壽溝特定標(biāo)識，畫面就會(huì)出現(xiàn)古福壽溝三維全貌。

（4）真實(shí)場景再現(xiàn)。通過AR技術(shù)將視頻或動(dòng)畫注冊到真實(shí)歷史文化景觀內(nèi)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合，能夠讓游客直接以“第一人稱”的視角置身虛實(shí)融合的環(huán)境，以更加真實(shí)直觀的感受觸景生情、寄情于景、情景交融，從而獲得更加深層次的文化互動(dòng)體驗(yàn)，引起內(nèi)心深處情感共鳴[10]。例如：鏡頭通過識別千年古浮橋，移動(dòng)端畫面會(huì)出現(xiàn)其作為宋代贛江流域主要貿(mào)易口岸的繁盛場景;對準(zhǔn)宋古城墻的城門、炮樓和特殊垛口，畫面會(huì)出現(xiàn)古代先民和士兵抵御洪水和抵御外敵的戰(zhàn)爭場面;對準(zhǔn)贛州八景之一天竺寺的特定景觀，如山門、廟堂等，畫面會(huì)出現(xiàn)宋代大文學(xué)家、書法家蘇軾循父親蘇洵足跡造訪題字的場景。

4 結(jié)語

歷史文化的傳播與傳承是展現(xiàn)一座城市乃至于一個(gè)國家底蘊(yùn)與風(fēng)度的表現(xiàn)。在文化與科技高度融合的今天，AR技術(shù)使城市歷史文化景觀數(shù)字化建設(shè)的展示、保護(hù)與傳播更具有易于普及和可推廣等可行性。隨著AR技術(shù)的應(yīng)用，將為城市歷史文化景觀提供全新的藝術(shù)表達(dá)手段，帶給與人們不同的視聽感受和交互體驗(yàn)，促進(jìn)歷史文化景觀審美元素多元化的同時(shí)，逐步改變我們觀察、了解、學(xué)習(xí)城市歷史文化景觀的方式方法，進(jìn)一步擴(kuò)大歷史文化的表現(xiàn)、傳播、繼承空間。

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Abstract：With the advent of 5G era and the improvement of AR，the digital construction，display，protection and cultural dissemination of urban historical landscape have more possibilities.Based on the characteristics and application advantages of AR，taking Ganzhou as an example，this paper combs the digitized application of AR's historical and cultural landscape and Construction Strategy Based on AR Technology.

Key words：Augmented Reality （AR） Technology;historical landscape;Cultural Connotation;Digital Construction