基于VR全景技術(shù)的魯土司衙門可視化研究

許朝森 巴鈞才

摘 要：VR全景技術(shù)，即虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是人工智能的重要發(fā)展方向。尤其是在互聯(lián)網(wǎng)資源普及的今天，在古建筑可視化研究中引用虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)有了充分的技術(shù)保障。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)日趨成熟，如今人們對古建筑的關(guān)注度越來越高，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，人們可以在任何時間、任何地點瀏覽古代建筑群。文章主要論述了基于VR全景技術(shù)，如何設(shè)計魯土司衙門VR全景影像，闡述了魯土司衙門的VR全景影像的設(shè)計思路和制作方法，為古建筑的可視化研究提供了一個新的思路，讓不同地域的人可以足不出戶通過手機或者電腦就可以自由觀看，能夠身臨其境地感受古代建筑所帶給我們的視覺震撼和人文情懷。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;全景技術(shù);古代建筑

0 引言

我國是一個歷史悠久、疆土廣闊的文明古國，無論是歷史文化資源還是自然風(fēng)光，都極為豐富，吸引了無數(shù)的國內(nèi)外游客。近年來，如何打破時間和地理位置的限制，讓更多的人了解不同地域的文化特色，如何將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與旅游業(yè)融合，是當(dāng)下熱點研究話題。高昂的建造成本、對實時渲染設(shè)備的高要求，以及現(xiàn)有3D建模技術(shù)的缺點，如傳輸不正確，導(dǎo)致目前3D建模技術(shù)運用受到限制，而VR Panorama提供了相對較低的成本、較低的渲染壓力以及高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸。研究人員基于虛擬現(xiàn)實全景的優(yōu)點，提出了一種基于虛擬現(xiàn)實全景技術(shù)的古代建筑場景設(shè)計方案，適用于在各個旅游景點建立虛擬的旅游平臺。本文以魯土司衙門實景為例，介紹VR全景技術(shù)如何在古代建筑景觀中有效運用，并如何使用VR全景技術(shù)制作出真實的虛擬現(xiàn)實古建筑場景。

1 VR全景技術(shù)

VR全景，分為實地取景拍攝技術(shù)和三維軟件仿真技術(shù)。實地取景拍攝技術(shù)，就是用相機實地環(huán)繞建筑物拍攝一組或多組影像，然后運用軟件技術(shù)拼接成一個全景圖像。三維軟件仿真技術(shù)則是利用Maya等軟件，在三維軟件里制作出模擬現(xiàn)實的360度環(huán)繞場景。VR全景，又被稱為虛擬仿真實景，是目前最新穎的廣告宣傳方式，與大多數(shù)媒體不同的地方是，加入了更多的人機交互的功能。其優(yōu)勢是基于3DVR技術(shù)以1∶1的方式把線下實體還原到互聯(lián)網(wǎng)上，通過這些所見即所得的視覺新體驗，讓我們可以全方位互動式地觀看真實場景，給用戶以沉浸式體驗，有一種身臨其境的真實感。

2 魯土司衙門的歷史介紹

魯土司衙門坐落在甘肅永登縣的連城鎮(zhèn)，占地13500多平方米。整個建筑物坐北朝南，擁有建筑物數(shù)量226間，其建筑面積5397平方米。魯土司衙門是一座宮殿式的古代建筑群，整個建筑群主要由三部分組成：土司衙門（圖1）、妙因寺和土司花園。其是我國第四批重點文物保護單位。魯土司衙門在我國有很久遠的歷史，擁有最壯觀、保存最完好的建筑群，并且得到了聯(lián)合國教科文組織的重點援助。但是，由于地處偏遠，交通不便，外界鮮為人知。整個建筑靠近山脈和河流，坐北朝南，布局嚴謹，雄偉壯觀，俗稱為“三十六個庭院和七十二道門”，被稱為“小故宮”。

3 VR全景技術(shù)在魯土司衙門可視化應(yīng)用中的價值與意義

世界歷史不斷演變和推進給人們留下許多豐厚且珍貴的歷史遺跡，如今人類的活動范圍逐漸增加，經(jīng)過時間的變遷，人類的歷史遺產(chǎn)正在不斷被摧毀。如何利用先進技術(shù)保護這些珍貴的古代建筑遺址，已成為全球亟待解決的問題。但是，某些大型物體，如建筑物、古墓和人類文化遺址，很難使用傳統(tǒng)方法來還原和展示。

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于特定環(huán)境屬于一種新的嘗試，這使人們可以全身心投入在虛擬世界中，并對古代的歷史文化和人文環(huán)境有更直觀的認識。在進行深入的技術(shù)研究和展現(xiàn)高科技水平的同時，可以展示傳統(tǒng)方法無法展示的內(nèi)容，以此來吸引更多的觀眾，并將中國源遠流長的古代建筑文化底蘊展現(xiàn)給世人。

在傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式中，顯示方法僅是2D平面圖和動態(tài)視頻，雖然也有部分以3D建模顯示，但即使使用超廣角鏡頭，靜止圖像也只能顯示場景的特定角度，無法在所有方向上合理有效地顯示魯土司衙門場景。另一方面，動態(tài)視頻可以提供魯土司衙門場景的完整圖片，雖然用戶可以自己選擇觀看視角，但是圖像的角度仍然相對有限，并且主要視圖是依靠攝影師的拍攝方法，而不是用戶根據(jù)自己的意愿選擇角度。3D建模技術(shù)可以解決靜態(tài)視頻和動態(tài)視頻的缺點，但是成本較為昂貴，而且無法實現(xiàn)真正的效果。因此，我們需要一種更完善、更現(xiàn)實和直接的表達方式，毋庸置疑VR全景技術(shù)將是最佳選擇。

VR全景技術(shù)是進行交互式和沉浸式開發(fā)的重要技術(shù)工具。這種虛擬環(huán)境使用戶感覺自己就像在另一個世界中，并且可以與虛擬世界中的環(huán)境進行交互。首先，基于VR全景技術(shù)的魯土司衙門場景顯示打破了時間和空間的限制，使其可以隨時隨地通過移動智能設(shè)備和Internet在線訪問，就像在現(xiàn)實世界中的場景環(huán)境一樣。VR全景技術(shù)在魯土司衙門的可視化應(yīng)用，不僅增強了我們的親身體驗，而且還全面提高了魯土司衙門的旅游效果。其次，作為甘肅土司文化重要的發(fā)源地，魯土司衙門在推廣優(yōu)秀的古代建筑歷史文化上至關(guān)重要。VR全景技術(shù)結(jié)合了當(dāng)今先進的數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)和移動技術(shù)，通過整合魯土司衙門的建筑景觀和文化知識，并通過互聯(lián)網(wǎng)虛擬展示平臺向公眾開放，這為歷史建筑文化知識的傳播奠定了基礎(chǔ)，同時也改變了現(xiàn)代旅游服務(wù)理念。這將有利于全面多渠道發(fā)展新形勢下，展示古代建筑和文物的社會教育特色。

4 VR全景技術(shù)在魯土司衙門可視化應(yīng)用中的設(shè)計方案

4.1 前期整體思路分析和準備

通過分析國內(nèi)外優(yōu)秀的古代建筑虛擬現(xiàn)實創(chuàng)作案例，吸收多方面的設(shè)計元素，分析比較魯土司衙門的景觀。通過現(xiàn)場勘測直接獲取數(shù)據(jù)，拍照并測量魯土司衙門實際景觀，了解其地形、植物組成和建筑物分布。了解魯土司衙門主要建筑的特色分布，調(diào)研魯土司衙門附近居民對該建筑的看法和觀點，與蘭州市內(nèi)VR虛擬現(xiàn)實設(shè)計公司進行交流，從經(jīng)驗中學(xué)習(xí)如何制作魯土司衙門的VR全景圖像，以確定并建立設(shè)計思路和制作方法。

4.2 具體設(shè)計思路與細節(jié)框架

提前設(shè)計魯土司衙門的拍攝主節(jié)點，選擇可以取景的良好天氣，然后進入原先設(shè)計的地點并進行取景。確認沒有干擾因素后，再規(guī)劃取景相機要擺放的地方，使用三腳架、全景云臺、18毫米鏡頭并選擇720云作為制作平臺（圖2）。主要的取景方式包含水平360度取景、仰視取景、鳥瞰取景和天地取景。取景后，再把每張攝取的圖片進行二次修改，調(diào)色拼接。在拼接過程中，需要注意處理的照片要保持照片間的連貫性，以避免錯位和拼接錯誤。然后在PTGui中制作成全景實景，并在Photoshop中進行細微的改動使場景更加真實。最后，將處理后的全景實景照片導(dǎo)入720云平臺以創(chuàng)建全景圖，再加入背景音樂和文本信息，發(fā)布即可。

4.3 實景漫游實踐制作實例

4.3.1 確定實際場景的位置點再收集

在進行全景圖像采集的準備過程中，首先要對采集點進行選取，古老的魯土司衙門的組成包括魯土司衙門、妙因寺、土司花園三個部分，到實地考察和分析并設(shè)立采集點，這些采集點主要位于魯土司衙門的中心。

4.3.2 實景圖像收集

確定人物的取景地點之后，使用三腳架、全景云臺傾斜、18毫米鏡頭進行拍攝。拼接全景圖像時，由于部分需要覆蓋以改善拼接效果，所以拍攝的方向為360度方向，信息必須從多個角度獲取。例如，每30度拍攝一張照片，并連續(xù)拍攝12張照片。水平收集后，上下調(diào)節(jié)相機。您可以在一個地方完成取景，然后在后期軟件中調(diào)整色彩對比度和曝光。在空中拍攝時，首先將無人機放置在距視點50至120 米的位置，然后根據(jù)視野旋轉(zhuǎn)鏡頭。旋轉(zhuǎn)360度并水平拍攝，然后每間隔45度拍攝一次，畫一個圓圈，總共拍攝8張照片，然后垂直向下看，拍攝1張照片即可完成拍攝。

4.3.3 全景生成

主要使用的軟件有PTGui（圖3）、Photoshop，全景拼接使用PTGui軟件完成。步驟如下：首先打開PTGui，單擊以加載圖像，然后導(dǎo)入航拍圖像。單擊以對齊圖像，讓軟件執(zhí)行對匹配點的識別和對齊，然后自動合成全景圖。再單擊創(chuàng)建全景，然后進入軟件主頁面。設(shè)置文件格式和質(zhì)量，并使用全景優(yōu)化工具將其設(shè)置為100%。緊接著指定導(dǎo)出全景的位置或使用默認設(shè)置，單擊以創(chuàng)建全景并生成全景。最后使用Photoshop處理天空并對光線進行調(diào)整。

4.3.4 上傳720云網(wǎng)站以完成全景圖

使用720Web客戶端創(chuàng)建完整全景圖。首先，需要在客戶端注冊自己的個人賬號并完善用戶信息，以便于后續(xù)作品的更改和整理。注冊之后，從上傳界面將PTGui和Photoshop處理的全景圖上傳到720 Cloud網(wǎng)站（圖4），并從基本界面查看全景圖。添加打開提示、鏈接和導(dǎo)航，以幫助觀看者漫游并評估和改善用戶體驗。在基本界面中，輸入基本界面底部的全局切換子選項，以調(diào)整設(shè)置。完善3D實景的細節(jié)，按照原先設(shè)置的路線指觀體驗者觀看3D實景，并且可以讓用戶自己選擇想去的地方，以提高用戶與VR實景的交互性。添加鏈接并引導(dǎo)熱點以在場景之間切換視角，并添加背景音樂以完成全景。

5 VR全景技術(shù)在未來古代建筑場景應(yīng)用中的推廣及創(chuàng)新

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，VR全景技術(shù)作為一種還原真實場景的數(shù)字顯示方法，已經(jīng)在虛擬建筑場景中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。許多數(shù)字VR全景已經(jīng)引入了VR頭戴式體驗功能。只要戴著VR頭盔，就可以在VR全景圖里自由走動。不僅如此，還可以向前走并撿起前面的物體，以進行仔細的觀察和探索，而不必擔(dān)心損壞古董。但是，由于VR眼鏡尚未作為體驗產(chǎn)品的設(shè)計而流行，攜帶不太方便，受眾群體也不是太廣泛。因此，未來我們可以從VR的設(shè)備上做深入的研究和創(chuàng)新。

6 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以在參觀古代建筑的過程中很好地防止珍貴的古董被破壞，并且可以對子孫后代開展良好的教育教學(xué)活動，對社會研究方面也有很大的幫助作用。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)重建古代建筑的全景影像，也使這些古董文物能夠一直保留下去，以便未來更多人可以了解我們的歷史文化。盡管在運用和實際用戶體驗過程中仍然存在一些問題，但虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶來的跨越時空特性以及各種交互的用戶體驗，為用戶提供了舒適的身臨其境感，并改變了人們的傳統(tǒng)思維方式，它給我們帶來了虛擬現(xiàn)實可視化新的未來發(fā)展方向。在不久的將來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有望突破軟件、硬件和技術(shù)的界限，在古建筑歷史文化傳承與發(fā)展中將發(fā)揮重要作用。