基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的近現(xiàn)代建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)研究

朱俐錕　鐵鐘

【摘 要】對(duì)珍貴的建筑通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)施保護(hù)與傳承。對(duì)松江倉城中山西路數(shù)碼照片的采集，用Agisoft PhotoScan、Xnormal、Autodesk Maya、Unreal Engine 4幾款軟件進(jìn)行虛擬環(huán)境的創(chuàng)建，最終在HTC Vive中實(shí)現(xiàn)街景漫游。對(duì)建筑保護(hù)領(lǐng)域研究水平的提高和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展都會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用。

【關(guān)鍵詞】建筑文化遺產(chǎn);數(shù)字化保護(hù);虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);逆向建模

中圖分類號(hào)：G122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1007-0125（2020）12-0218-01

一、建筑遺產(chǎn)追溯及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用概述

“建筑遺產(chǎn)”這個(gè)名詞的誕生要追溯到20世紀(jì)70年代，歷史相對(duì)較短，建筑保護(hù)思想的成熟在19世紀(jì)80年代，而具體保護(hù)的策略在20世紀(jì)初才逐漸成為實(shí)踐主流。[1]我國(guó)保護(hù)思想是隨著整個(gè)社會(huì)觀念的變化在逐漸地變化，在價(jià)值層面上，建筑的每一次拆毀、重建、修復(fù)和保護(hù)，被用來確保國(guó)家的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在保護(hù)準(zhǔn)則的建立過程中，是要建立在理性方法和道德基礎(chǔ)上的。如果說價(jià)值理性關(guān)注的是“為何保護(hù)”的問題，那么工具理性關(guān)注于“如何保護(hù)”的問題，這二者既是無法分割的整體，也是對(duì)一個(gè)問題不同層面上的解讀。[2]

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)在越來越多的科學(xué)領(lǐng)域和日常生活中。在建筑領(lǐng)域中，可以應(yīng)用到設(shè)計(jì)、施工、裝修、修復(fù)、保護(hù)遺產(chǎn)等方面。倉城歷史文化風(fēng)貌區(qū)規(guī)劃為一路（中山西路）、一河（市河）、一點(diǎn)（水次倉關(guān)帝廟）、一單元（大倉橋北側(cè)）、一區(qū)間（風(fēng)貌區(qū)A區(qū)）。本次研究定位到中山西路266號(hào)-388號(hào)，將中山西路老街進(jìn)行數(shù)字化呈現(xiàn)，用數(shù)字技術(shù)保存歷史文化風(fēng)貌區(qū)。

二、近現(xiàn)代建筑遺產(chǎn)保護(hù)與虛擬現(xiàn)實(shí)文獻(xiàn)綜述

在國(guó)內(nèi)，符清芳圍繞漢昭烈廟歷史文化傳承、保護(hù)和發(fā)展的主題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于Unreal Engine 4引擎的漢昭烈廟歷史文化虛擬展示系統(tǒng)，創(chuàng)新了歷史文化的呈現(xiàn)方式，突出了“技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合”，為公眾了解漢昭烈廟歷史文化提供了一種新的參考。[3]賈利偉以“需求分析-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-測(cè)試”的結(jié)構(gòu)對(duì)虛擬近現(xiàn)代建筑中的交互展示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。并以“滕王閣交互漫游系統(tǒng)”為例，進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。[4]在國(guó)外，桑帕約（Sampaio）等人使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使得對(duì)材料的磨損程度的檢查和評(píng)估能夠以一種非常直接和直觀的方式進(jìn)行，進(jìn)而定期檢查和監(jiān)控內(nèi)墻維護(hù)的性能。[5]艾?。ˋydin）利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在南卡羅來納州查爾斯頓的喬治街和會(huì)議街的交叉口，重建失落的住宅建筑特征（拉德克利夫-國(guó)王大廈和加布里埃爾·馬尼戈特）。[6]

通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外所涉及的方法和最終效果，本課題有不同于傳統(tǒng)的研究，將計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到倉城歷史文化風(fēng)貌區(qū)保護(hù)及還原中，優(yōu)化整體的設(shè)計(jì)體系，讓其得以保護(hù)與傳承。

三、設(shè)計(jì)方案

在三維虛擬漫游的創(chuàng)建方面需要前期的攝影測(cè)量、三維軟件中創(chuàng)建虛擬模型、虛擬引擎中場(chǎng)景環(huán)境的調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中的瀏覽，通過不同制作方法和不同軟件適用性的對(duì)比，最終選擇使用以下步驟實(shí)現(xiàn)倉城的虛擬漫游重現(xiàn)。

（一）攝影測(cè)量與虛擬三維模型創(chuàng)建

制作標(biāo)識(shí)用以確定房屋尺寸以及與路面的比例問題，這為三維場(chǎng)景還原提供了尺寸依據(jù)。拍攝結(jié)束后，用Agisoft PhotoScan將采集好的2D圖片轉(zhuǎn)換為3D模型，再用Xnormal把Agisoft PhotoScan中的貼圖快速地烘焙出來，真實(shí)的貼圖制作完成。在Autodesk Maya軟件中制作場(chǎng)景模型，面數(shù)盡量少并賦予貼圖。采用計(jì)算機(jī)軟件處理實(shí)地拍攝的數(shù)據(jù)和圖紙，在三維空間中進(jìn)行虛擬重建，并且通過虛擬漫游的技術(shù)方式向受眾展示。

（二）虛擬引擎的使用與虛擬現(xiàn)實(shí)中的瀏覽

虛擬引擎中的調(diào)節(jié)，把三維虛擬模型導(dǎo)入U(xiǎn)nreal Engine 4中，進(jìn)行環(huán)境的調(diào)節(jié)，此軟件畫面表現(xiàn)效果極佳，和三維軟件融合效果好，在界面視圖中觀看，場(chǎng)景幾乎已經(jīng)達(dá)到了渲染級(jí)別的質(zhì)量。在此軟件中可以檢查三維模型、貼圖是否有錯(cuò)誤，并為場(chǎng)景加上真實(shí)的地面。在市場(chǎng)上諸多的VR產(chǎn)品中，HTC Vive無疑是體驗(yàn)最佳的設(shè)備之一，在規(guī)劃選擇游戲區(qū)、安裝定位器等一系列準(zhǔn)備工作后，在Unreal Engine 4中點(diǎn)擊VR顯示，即可戴上頭顯設(shè)備，身臨其境地游覽倉城。

四、總結(jié)

本課題把倉城的歷史文化內(nèi)涵與數(shù)字媒體技術(shù)手段相結(jié)合，思考如何能保護(hù)和傳承近現(xiàn)代建筑遺產(chǎn)，挖掘倉城的巨大價(jià)值。通過對(duì)其數(shù)字化保護(hù)方式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)建立數(shù)字三維場(chǎng)景漫游，依靠虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)可以停止其被破壞、消亡，可以起到傳承文化、整合資源和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等作用。瀏覽者在觀賞倉城時(shí)不再受時(shí)間和空間的局限，可以將其文化進(jìn)行展示和科普。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)游覽方法的優(yōu)勢(shì)在于可以避免觀者直接接觸國(guó)家歷史遺跡本身，不對(duì)建筑造成任何影響，有利于減少其維修和替換的頻率。通過此方案，有助于將研究出的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在近現(xiàn)代建筑遺產(chǎn)保護(hù)上。讓觀者在異地就能游覽到倉城，感受建筑的年代特征，通過逆向建模、房屋功能性展示等技術(shù)的綜合應(yīng)用，為建筑遺產(chǎn)保護(hù)提供了更多的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]（美）普魯唐（Prudon，T.H.M.）著，永昕群，崔屏譯.現(xiàn)代建筑保護(hù)[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2015.7：7.

[2] 陳曦.建筑遺產(chǎn)保護(hù)思想的演變[M]，上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2016：4.

[3]符清芳.基于UE4引擎的漢昭烈廟歷史文化虛擬實(shí)景展示系統(tǒng)開發(fā)[D].西華大學(xué)，2017.

[4]賈利偉.虛擬近現(xiàn)代建筑中的交互展示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學(xué)，2016.

[5] Alcínia Z.Sampaio， Daniel Rosário. Virtual Reality Technology Applied on Maintenance of Painted Walls of Buildings. Journal of Software Engineering and Applications [J]. 2012， 5：297-303.

[6] Aydin， Caglar. "The Potential of Virtual Heritage Reconstruction in Lost Ansonborough" （2012） [A]. All Theses [C]. 1353. https：//tigerprints.clemson.edu/all_theses/1353.