虛擬現(xiàn)實技術(shù)在歷史文化街區(qū)保護中的應用
——以南通寺街為例

郭 熙

（南通科技職業(yè)學院，江蘇 南通226000）

虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱VR，是近年來廣泛應用于各行業(yè)的新型體驗技術(shù)，借助VR眼鏡等穿戴設(shè)備讓人們實現(xiàn)沉浸式體驗，有豐富的交互性，本文以南通的省級歷史文化街區(qū)寺街為例，結(jié)合已經(jīng)完成的寺街VR作品，研究和探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在歷史文化街區(qū)保護中的應用。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR），又稱靈境技術(shù)，是20世紀發(fā)展起來的一項全新的實用技術(shù)。它是利用計算機建立的虛擬仿真系統(tǒng)，具有沉浸性、多感知性、交互性等特點，人們在VR設(shè)備的協(xié)助下，能依靠視覺、聽覺、觸覺來多角度地體驗虛擬場景。關(guān)鍵技術(shù)主要包括：動態(tài)環(huán)境建模、實時三維圖形生成、立體現(xiàn)實和傳感器技術(shù)、應用系統(tǒng)開發(fā)等。目前在教育、醫(yī)療、軍事、設(shè)計等方面有廣泛應用。文中所重點講述的則是在歷史文化的保護與傳播中的應用。

二、歷史文化街區(qū)（南通寺街）概述

歷史文化街區(qū)，是指經(jīng)省、自治區(qū)、直轄市人民政府核定公布的保存文物特別豐富、歷史建筑集中成片、能夠較完整和真實地體現(xiàn)傳統(tǒng)格局和歷史風貌，并具有一定規(guī)模的區(qū)域。

南通寺街是江蘇省2016年公布的第一批歷史文化街區(qū)。寺街是一條南北走向的古街，全長600余米，因街內(nèi)有天寧寺而得名。寺街和與其平行的官地街住宅群組成南通舊城西北部的古街區(qū)。寺街古街區(qū)以寺街為主干，其東側(cè)延伸著大巷、小巷、三衙墩巷、中學堂街；西側(cè)延伸著石橋頭、育嬰堂巷、侯家巷、胡家園等。

寺街已有千年歷史，是南通市古老歷史的見證，其中古跡眾多：全國重點文物保護單位、始建于唐朝、規(guī)模較大而又保存較好的佛教寺院——天寧寺；建于宋代的紫薇書院和清代辦學時間最長的紫瑯書院；清末狀元張謇和他的同道們創(chuàng)辦的全國第一所設(shè)本科的通州女子師范學校；清朝狀元胡長齡、清朝大畫家李方膺故居等等。2017年，南通政府開始啟動寺街保護與搬遷計劃，原住居民將在2021年之前陸續(xù)遷走，故筆者于2019年帶領(lǐng)團隊著手寺街街區(qū)共計9條巷子的數(shù)字化保護，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，借助720云平臺，向人們重點展示了10個場景的原景復原，從而實現(xiàn)歷史文化的保護與傳播。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在歷史文化街區(qū)保護中的應用

1.寺街虛擬現(xiàn)實作品介紹

寺街VR借助720云平臺實現(xiàn)全景交互功能，通過平臺提供的VR相關(guān)設(shè)置，可以借助手機和VR眼鏡進行沉浸式體驗，觀者通過掃二維碼的方式進入寺街，作品共選取了10個典型場景，如圖1所示；場景之間能通過圖1中的沙盤進行切換，也可以通過箭頭導航跳轉(zhuǎn)，如圖2所示。

圖1 VR沙盤

圖2 VR中的第一個場景寺街入口

寺街VR作品特色有以下幾點：

（1）為了更好地對歷史文化街區(qū)進行保護，能在政府改造前盡量記錄保留原貌，整個作品中的所有墻體和門、窗等畫面都取自寺街。

（2）對建筑景觀進行了適當?shù)娜∩?，比如最西面的官地街所臨的是一排樓房，為了更符合作品主題，讓畫面更和諧一致，將現(xiàn)代建筑元素舍去，用高大綠植進行了裝飾，既不影響寺街景觀，又避免了建筑風格的沖突。

（3）因為街區(qū)歷史悠久，有的局部年久失修，顯得有些破舊，制作團隊利用數(shù)字建模技術(shù)將破舊的地方進行了“翻新”，并加入了一些生活和勞動器具，讓場景即真實又美觀，富有生活氣息。圖3為“石橋頭”的虛擬景象，圖4為天寧寺的實景，圖5為天寧寺加工以后的面貌，去掉了沿街的商販。

圖3 石橋頭

圖4 天寧寺門口實景

圖5 天寧寺門口虛擬景

圖6 天寧寺光孝塔

（4）動、靜相結(jié)合的展示方式。如圖5下方所示，有個自動播放的“屏幕”，所播放的是天寧寺內(nèi)部的漫游動畫，此動畫也是團隊利用數(shù)字技術(shù)重建的虛擬景象，當進入到“天寧寺”場景，就會開始自動播放。

（5）圖、文相結(jié)合的展示方式。如圖6所示，對于街區(qū)中的古跡、名人故居，在VR中利用了圖文相結(jié)合的方式，讓觀者可以更詳細地了解街區(qū)文化。

2.作品制作流程與技術(shù)路線

寺街VR整個制作流程和技術(shù)路線大致包含以下內(nèi)容：

（1）前期測繪和圖片收集

帶領(lǐng)團隊共6名學生，分組對9條巷子進行了測繪和拍攝。測繪利用了卷尺、皮尺、紅外激光測距儀等工具，對墻體等結(jié)構(gòu)進行了測量，并記錄數(shù)據(jù)。由于墻體不夠平整，巷子有歪斜，所以在有的場景紅外線激光測距儀不能充分發(fā)揮作用，就使用更加靈活的30米皮尺。

圖片的收集我們建議使用單反，手機的分辨率經(jīng)過嘗試，證明是不夠用的，最終的VR場景會出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。半畫幅單反基本能滿足硬件要求。在拍攝中我們要求從正面拍攝，鏡頭鏡片要平行于被攝墻面，建議使用廣角鏡頭，24mm的廣角鏡頭比較合適，這樣可以盡量多地拍攝到墻面內(nèi)容。有的墻體很長，連續(xù)上百米，這就需要連續(xù)拍攝，然后后期用軟件拼接圖片，在拍攝中焦距一般比廣角端略收一點，比如24mm的廣角端我們選擇28mm焦段拍攝，這樣能保證畫面邊緣的畫質(zhì)，同時減少廣角的畸變，有利于后期接圖。在需要后期接圖的時候，連續(xù)拍攝的畫面，建議使用M檔，從而避免相機自動測光形成的明暗偏差。

（2）根據(jù)測繪數(shù)據(jù)三維建模

三維建模的軟件有很多，在這里我們推薦使用SU草圖大師，該軟件的優(yōu)點在于使用方便，學生易于掌握，相比3dsmax而言文件所占用的機器資源較少。因為每條巷子都很長，所以我們采取分組建模，最后部分拼接的方式。9條巷子先分開建模，當要表現(xiàn)石橋頭場景的時候，就將寺街模型和石橋頭巷子的模型拼接在一起，形成“T”字形的三岔路口，然后攝像機架設(shè)于三岔路口構(gòu)建全景，類似的手法還應用于“天寧寺”、“侯家巷”等場景，這樣可以盡量減少文件的容量，提高電腦運行速度。

（3）修圖并在模型中貼上圖片

前期在現(xiàn)場收集的共計2000多張照片，要能貼到三維模型中，還需要做一些后期修圖工作。照片多少會有透視變形與鏡頭的畸變，線條不能做到橫平豎直，建議在PS軟件中進行修正，在拼接圖片時要注意銜接自然過渡。一般在拍攝時，兩張需要拼接的照片至少有1/4的重合部分。拼接完后在SU軟件中將模型中貼上貼圖，調(diào)整比例大小，盡量做到和現(xiàn)實相符合。地面現(xiàn)實中已經(jīng)不再是過去的面貌，有不少地方用了水泥地面，我們根據(jù)《寺街》這本書的記載，查找了部分資料，根據(jù)資料中的描述，將地面盡量還原成過去古老的面貌。

（4）導入lumion軟件配上植物、人物、器具等，然后全景渲染

當模型建好并上好貼圖后，渲染的工作由lumion完成。在軟件中加入陽光、人物、植物花草樹木、生活器具的模型，調(diào)整好位置，設(shè)置好輸出參數(shù)，以8000×4000像素的分辨率輸出全景單張圖片，10個場景共計10張全景圖片。在配置植物的時候，要注意到花卉和灌木、高大樹木相結(jié)合，植物要設(shè)置合理，有的地方可以適當?shù)丶尤肴绶?、青菜之類的農(nóng)作物，從而更好地體現(xiàn)生活氣息。而現(xiàn)實中，的確在比較寬敞的地方，有的住戶會選擇種植一些蔬菜瓜果。因為街區(qū)古老，很多老宅子里面有較大的樹木，比如香樟樹、銀杏樹、桂花樹，我們都能通過軟件較真實地還原出來。

（5）輸出的全景圖，導入至720云平臺，生成VR作品

720云平臺是全行業(yè)高效易用的VR全景線上制作工具。用于全景圖片，VR帶看，360效果圖，街景地圖，無人機全景航拍，大像素高清矩陣等制作，是目前普及率很高的VR全景平臺，大部分功能可以免費使用。在寺街VR作品中，主要使用了小行星開局、自動陀螺儀、插入音效、插入視頻、插入圖片和文字、沙盤、熱點導航、留言互動、導覽等功能，由于形式豐富多樣，交互豐富，所以能給觀者較好的觀賞體驗。所選取的10個場景，大多數(shù)位于拐角處，這樣可以更多地展示各個巷道的細節(jié)，其余的則是比較有代表性的地點，比如官地街和育嬰堂巷，雖然場景沒選在路口，但是所處位置是整條巷子中最有表現(xiàn)力和最有特色的區(qū)域。

3.還需完善的內(nèi)容與功能

在內(nèi)容上，作品還是需要不斷充實的。因為疫情等原因，街區(qū)有的遺址與古跡2020年沒能進去采集數(shù)據(jù)，所以未能用虛擬現(xiàn)實的形式表現(xiàn)出來，這是個遺憾。我們團隊一直在積極地聯(lián)系有關(guān)部門，希望能進一步完善和充實內(nèi)容。

在功能上，有的重要場景比如天寧寺，除了目前配有漫游動畫外，后續(xù)還需要配上語音講解，從而讓人們有更好的觀看體驗。

四、結(jié)語

建筑是有壽命的，寺街很多地方已經(jīng)成為危房，政府正在積極保護，所以歷史文化街區(qū)的數(shù)字化保護勢在必行，復原原始面貌并以VR的形式傳播給大眾是有其可行性、必要性、緊迫性的。