基于VR技術(shù)在閩南傳統(tǒng)建筑聚落虛擬體驗研究
——以浦西城堡為例

陳浩瀚 張子康 鄭林蕊 王鵬昆 朱申榮

(廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院建筑學(xué)院 福建漳州 363105)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化推進(jìn)，閩南傳統(tǒng)建筑的保護(hù)面臨嚴(yán)峻形勢。閩南建筑特征修繕困難和宣傳保護(hù)不到位是主要問題。如何改善閩南傳統(tǒng)建筑保護(hù)方式，讓人們更加深入廣泛了解閩南傳統(tǒng)建筑是一個迫切的議題。VR技術(shù)作為現(xiàn)代信息社會的新型技術(shù)之一，其根據(jù)這些文化遺產(chǎn)構(gòu)建的具備可視化、交互化等特點的三維虛擬仿真系統(tǒng)，在為閩南傳統(tǒng)建筑的研究、保護(hù)與介紹方面起到了非常重要的作用。逼真的虛擬場景實時交互，可視的感知與操作，使得VR技術(shù)得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)同。

1 VR技術(shù)簡介

1.1 VR技術(shù)的概念與特點

VR技術(shù)是綜合利用計算機(jī)圖形圖像系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設(shè)備, 在計算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)[1]。VR技術(shù)在當(dāng)今社會中不僅僅只局限于計算機(jī)領(lǐng)域，還運(yùn)用于軍事、航天、建筑、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域。在建筑設(shè)計過程中，VR技術(shù)使建筑師在設(shè)計時就能更加立體化地感受自己的方案。同時在方案匯報展示時，也能使觀眾得到身臨其境的感受。對于建筑行業(yè)來說，VR技術(shù)不僅可以更加直觀地表現(xiàn)建筑產(chǎn)品的樣式，給客戶提供直觀體驗，而且還可以用于歷史建筑的研究與保護(hù)，發(fā)揮巨大潛力優(yōu)勢。

2020年初，來勢洶洶的新冠疫情打亂了人們的生活安排，衣食住行均受到較大影響。許多被限制的線下活動推動了線上活動的高度需求。線上教學(xué)、視頻會議等各類遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)及虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。而VR技術(shù)的普及度和認(rèn)知度在疫情期間也得到明顯的提高。

VR技術(shù)擁有優(yōu)秀的沉浸式、交互式、構(gòu)想性等特色，可以滿足疫情期間在無接觸的條件下讓人與場景進(jìn)行空間上的交流與溝通，可以打破時間、空間對旅游活動的限制，還能夠通過選擇固定時間游覽當(dāng)時的建筑特色及景觀面貌。

1.2 VR技術(shù)對于閩南傳統(tǒng)建筑的意義

傳統(tǒng)建筑具有不可再生性,一旦遭到毀壞，便無法修繕為原樣，像水車堵、對看堵、燕尾脊等閩南建筑文化特征樣式是難以被完整復(fù)原的。再加上現(xiàn)有的保護(hù)技術(shù)有限, 也無法有效阻止部分建筑遺產(chǎn)因非人為原因而導(dǎo)致消亡[2]。如今一些古建筑原本的功能性逐漸喪失，新一代年輕人更向往大都市潔凈的磚瓦水泥房。諸如漳州市的浦西城堡，防御外敵的任務(wù)早已隨著歷史發(fā)展消散，古堡內(nèi)的古建筑保護(hù)并不能引起人們的廣泛興趣，更多年輕人選擇外出務(wù)工。因此將VR技術(shù)應(yīng)用于閩南傳統(tǒng)建筑保護(hù)的主要原因有降低保護(hù)成本和提高閩南傳統(tǒng)建筑保護(hù)的關(guān)注度。

(1)降低材料及人力成本

如今在大力推廣環(huán)保、實用的前提下，各個行業(yè)都追求如何盡可能節(jié)約材料成本及人力成本。一些博物館、景區(qū)常出現(xiàn)線上語音圖文介紹來與游客互動。借助VR技術(shù)展示傳統(tǒng)建筑文化，能夠減少當(dāng)?shù)匦麄鞑牧?、目錄手冊、沙盤演示及導(dǎo)游人力的成本。若利用VR技術(shù)的特性，在不破壞傳統(tǒng)建筑的前提下設(shè)置虛擬導(dǎo)覽。將設(shè)計好的VR作品上傳網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行宣傳，相信古建筑保護(hù)能因此取得比傳統(tǒng)圖文宣傳更好的效果。

(2)改善保護(hù)形式

隨著城市化發(fā)展，古建筑保護(hù)面臨嚴(yán)峻形勢。受限于資金與技術(shù)，不可能保存每一棟傳統(tǒng)民居。但通過實地調(diào)研進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將之設(shè)計制作成虛擬模型乃至VR展示作品，不失為一種可靠的保護(hù)傳統(tǒng)古建筑的新趨勢。一是當(dāng)?shù)赝ㄟ^與院校展開合作，以課題研究的形式，不僅使古建筑保護(hù)的理論體系得到完善與實踐，還能促進(jìn)更多學(xué)生了解并喜歡傳統(tǒng)建筑，獲得更多的專業(yè)人才。院校成果也能夠反哺當(dāng)?shù)氐墓沤ㄖＷo(hù)與宣傳，使古建筑保護(hù)產(chǎn)生良性循環(huán)。二是古建筑的修繕改造可以通過虛擬模型進(jìn)行模擬改造，增加修繕改造的容錯率。實地調(diào)研采集得到的數(shù)據(jù)，既能形成可靠的古建筑保護(hù)數(shù)據(jù)集，又能以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行模擬改造，使古建筑保護(hù)形式更加多樣。

(3)推動旅游發(fā)展

根據(jù)一項綜合調(diào)查表明，五國(美、日、英、法、德)訪華旅游動機(jī)主要是了解當(dāng)?shù)孛癖娚钗幕蜌v史文化，分別占比100%和80%[3]。文化旅游廣受旅游者青睞的原因在于當(dāng)?shù)靥厣幕c古建群落別具魅力。將VR技術(shù)應(yīng)用傳統(tǒng)建筑上，游客能夠在線上得到沉浸式的古建筑漫游體驗，對實地旅游將更有興趣。國內(nèi)對于VR技術(shù)的研究應(yīng)用要晚于國外，國外的VR技術(shù)相對成熟，應(yīng)用范圍也較為廣泛。根據(jù)國外學(xué)者對于VR技術(shù)在旅游業(yè)中的相關(guān)研究，結(jié)合國外旅游技術(shù)在自助服務(wù)、移動技術(shù)和基于Web技術(shù)幾個方向的發(fā)展，得出VR技術(shù)使游客的心理印象更加深刻，并具有超強(qiáng)的臨場感的結(jié)論,同時VR技術(shù)有助于把這些體驗轉(zhuǎn)化為對品牌的感知印象。VR技術(shù)不僅改變旅游業(yè)的傳統(tǒng)方式，還刺激了旅游業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長[4]。通過VR技術(shù)推動建筑文化旅游發(fā)展，吸引游客的同時，拉動當(dāng)?shù)芈糜谓?jīng)濟(jì)發(fā)展，從而使居民自發(fā)保護(hù)古建筑。

2 基于VR技術(shù)的建筑可視化設(shè)計過程

2.1 實地測繪

實地測繪是將實體建筑與場地轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的基礎(chǔ)。通過實地測繪能夠讓設(shè)計者了解真實的尺度與空間，明白實際的建筑細(xì)部構(gòu)造和場地中的特殊場景。在未來建立數(shù)字模型與VR場景時，能夠更加還原真實情況，提高沉浸感。同時，實地測繪的數(shù)據(jù)也將成為歷史建筑與古村落的實證資料，為歷史文化建筑與歷史文化街區(qū)的修繕與保護(hù)提供堅實的科學(xué)依據(jù)。

2.2 建立虛擬模型

利用實地測繪數(shù)據(jù)建立虛擬模型是VR場景設(shè)置的基礎(chǔ)。利用CAD、SketchUp、Rhino、3Dmax等主流軟件，將實地測繪得到的數(shù)據(jù)輸入并轉(zhuǎn)化為虛擬模型，能夠得到相當(dāng)仿真的虛擬場景。一些3D軟件能夠放置材料貼圖、設(shè)計燈光、環(huán)境等，使虛擬模型達(dá)到更加貼近真實環(huán)境的效果。

2.3 建立VR場景

VR場景是基于VR技術(shù)建筑可視化的效果呈現(xiàn)。建筑的材質(zhì)、環(huán)境、光影、空間都是通過VR場景來表達(dá)。目前國內(nèi)較成熟的軟件有光輝城市、Unity、酷家樂等。以光輝城市為例，它的Mars能夠設(shè)置材質(zhì)、天氣、光照等效果，并實時渲染出來。同時也能夠通過VR設(shè)備在VR模式下進(jìn)行模型搭建、場景編輯、材質(zhì)編輯、交互控制[5]。導(dǎo)出設(shè)置好的全景圖后，通過它的Venus將全景圖按一定順序組合形成游覽路線，并附上一些可交互的提示按鈕，然后生成二維碼，觀眾通過掃碼得到一種簡單的多平臺的VR效果體驗。在虛擬的場景中，通過對材質(zhì)、光影、空間之間的交互。使觀眾身臨其境感受環(huán)境空間和建筑構(gòu)造，是建立VR場景的重要任務(wù)。

2.4 設(shè)計流程

通過以上描述，基于VR技術(shù)的建筑可視化設(shè)計過程將經(jīng)歷前期的實地測繪和建立虛擬模型、中期調(diào)整材質(zhì)與環(huán)境并生成VR場景、后期組合VR場景形成游覽路徑然后給予觀眾欣賞。其中，中期和后期的操作可以通過光輝城市的Mars和Venus軟件完成。整個操作流程如圖1所示。

圖1 VR作品設(shè)計流程

3 閩南傳統(tǒng)建筑實例介紹

浦西城堡坐落于漳州市龍海市的東部，港尾鎮(zhèn)的浦西社，始建于1561年(明朝嘉靖年間)，村內(nèi)建筑布局、建筑風(fēng)格統(tǒng)一，具有閩南文化特色，于2016年被列入我國傳統(tǒng)村落名錄，是有相當(dāng)?shù)奈幕瘍r值的歷史村落[6]。城堡內(nèi)的建筑多為古厝的形式，道路呈網(wǎng)格狀，建筑坐北朝南沿道路整齊排列，建筑群部分完好，很好地保留了“水車堵”“燕尾脊”“博風(fēng)板” 等傳統(tǒng)特色，建筑上保留了較多的色彩豐富的交趾陶花紋裝飾等[7]。但有些古厝因為年久失修及自然原因出現(xiàn)了不同程度的損毀。城堡內(nèi)的古厝形式多樣，有南北向的和東西向的，東西向的大多沒有院落，而南北向的古厝大多有一個封閉的庭院有較高的私密性，且這樣的做法也使整個村落在空間布局上有了更多的趣味性。

隨著時間的推進(jìn)，浦西城堡防御外敵的功能已經(jīng)消散，空間形態(tài)、建筑布局及建筑樣式更多傾向于居住功能。為了適應(yīng)這個互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)的時代，通過建立浦西城堡虛擬模型，并設(shè)計出具有參觀價值的VR體驗作品，能夠吸引更多目光，使閩南古村落的保護(hù)受到更多關(guān)注。

3.1 虛擬模型構(gòu)建

以浦西城堡VR的可視化研究為例，首先，需先進(jìn)行浦西城堡實地勘察調(diào)研，獲取場地及建筑的勘測數(shù)據(jù)，然后在AutoCAD中對數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，繪制出詳細(xì)的CAD圖紙。圖紙總平內(nèi)容包括各建筑物的位置、道路、交通等的總體布局，建筑細(xì)部圖紙包括柱子柱礎(chǔ)尺寸及位置，門窗位置尺寸及墻體開間進(jìn)深尺寸等。

CAD圖紙繪制完畢后，將繪制的方案導(dǎo)入SketchUp軟件中進(jìn)行建模。使用直線繪制、推拉工具等命令繪制浦西城堡場地模型，再繪制建筑細(xì)部，并對模型進(jìn)行初步材質(zhì)賦予。然后對其模型分組命名，再整合到一起。最后根據(jù)現(xiàn)場勘察的照片對整體模型進(jìn)行細(xì)微修正，檢查模型準(zhǔn)確性，保存為“.skp”格式，導(dǎo)入到光輝城市Mars軟件平臺進(jìn)行可視化操作，如圖2所示。

圖2 CAD方案圖與三維模型效果圖

3.2 可視化設(shè)計

浦西城堡VR中的可視化設(shè)計可以更好地將模型展現(xiàn)在用戶面前。用戶在掃描二維碼或點擊手機(jī)端的VR作品網(wǎng)址鏈接觀看浦西城堡普通全景圖時，點擊場景內(nèi)相應(yīng)的路徑或天氣按鈕，就可以自由漫游浦西城堡，體驗不同天氣的古堡氛圍，如圖3所示。如果想要更進(jìn)一步的沉浸式體驗，只需在手機(jī)端點擊右下角功能中的VR眼鏡，將手機(jī)插入到VR眼鏡中，配合VR眼鏡就可以觀到看VR端全景視圖。這些環(huán)境設(shè)計、材質(zhì)設(shè)計、場景設(shè)計、交互設(shè)計等可視化設(shè)計，使得浦西城堡VR作品更有沉浸性和可視性，可以更好表現(xiàn)VR效果。

圖3 浦西城堡鳥瞰圖

(1)環(huán)境設(shè)置

由于浦西城堡的地理位置位于漳州市西北部，屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，較多降水，所以在VR作品中把晴天、雨天和秋天這3種環(huán)境模板作為浦西城堡VR的特定展示環(huán)境，模擬當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候特色，向用戶呈現(xiàn)“晴空萬里，艷陽普照”“天黑黑，要下雨”和“秋意濃，夕陽紅”的環(huán)境特點，如圖4所示。模型周圍的樹木種類也是選用常見的漳州本地樹木如榕樹、樟樹、龍眼樹等，使得地域與自然協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

圖4 浦西城堡環(huán)境切換

(2)材質(zhì)設(shè)置

一個好的場景效果，有一半取決于材質(zhì)。材質(zhì)的視覺效果在可視化設(shè)計中占據(jù)著重要地位。因為Mars中的材質(zhì)資源很豐富，而且在最開始的場地勘察中對浦西城堡的建筑材料有一定的材種鑒定，所以在Mars里對導(dǎo)入的浦西城堡SU裸模的材質(zhì)進(jìn)行了相應(yīng)的材質(zhì)參數(shù)調(diào)整。比如浦西城堡用的是本地紅色斗底磚、紅板瓦，杉木檁條等材料，那相應(yīng)的在VR模型中添加的也是相同的或是接近原來材料的材質(zhì)，力求達(dá)到與現(xiàn)實一模一樣的效果，提升VR的體驗感，如圖5所示。

圖5 Mars編輯斗底磚材質(zhì)

(3)場景設(shè)置

對真實環(huán)境的模擬可以使得VR效果更加逼真，場景設(shè)置需要最大程度貼近日常生活。浦西城堡堡內(nèi)按“九宮格”布局，各有南門、東門、西門3個出入口，街巷整齊、主次分明。所以在制作VR設(shè)置特定場景時，選取了東門到西門和南門到黃開勝名居作為主要的選取場景路段。這兩段路呈交叉十字形，貫穿了整個浦西城堡，是重要的交通道路。當(dāng)?shù)鼐用褚步?jīng)常坐在路邊乘涼聊天，所以在此設(shè)置場景，最能體現(xiàn)日常生活真實情境，讓用戶有一種身臨其境的感覺。

3.3 交互設(shè)計

VR技術(shù)不同于傳統(tǒng)技術(shù)，其豐富的交互設(shè)計讓用戶沉浸入虛擬環(huán)境。在浦西城堡VR體驗漫游時，用戶只需輕輕一點就可以切換天氣，轉(zhuǎn)換場景等。使用VR設(shè)備在沉浸式漫游中甚至可以進(jìn)行物品增添、替換材質(zhì)等操作，身臨其境感受環(huán)境變化。利用好交互設(shè)計，可以帶來不同的視覺感受，還原最真實的空間體驗。

(1)天氣切換設(shè)置

不同的天氣就會呈現(xiàn)不同的場景效果，帶給用戶的體驗效果也不一樣。所以在浦西城堡的VR漫游中，放置了天氣切換按鈕，用戶在體驗VR時可以根據(jù)不同需求選擇多種天氣效果，使場景隨天氣變化而呈現(xiàn)出豐富的情境。目前浦西城堡VR展示中有晴天、雷雨和繁星這3種天氣模板，在展示中可以通過點擊或者觸碰按鈕進(jìn)行切換，觀看在不同天氣下的VR效果。

(2)游覽路徑設(shè)置

VR游覽路線不同于傳統(tǒng)游覽展示路線。在VR游覽路線中，項目被建筑師用計算機(jī)呈現(xiàn)在三維的虛擬信息環(huán)境中，用戶可以自由選擇游覽方向，能夠全面了解空間布局，對于各個角落的細(xì)部設(shè)計也能一目了然。

浦西城堡的虛擬游覽方式主要有兩種：一種是沉浸式漫游，另一種是場景轉(zhuǎn)換式漫游。沉浸式漫游相對于場景轉(zhuǎn)換式漫游更加自由靈活，通過鍵盤鼠標(biāo)或VR設(shè)備就可以在浦西城堡內(nèi)自由行走，沉浸式體驗感更強(qiáng)。場景轉(zhuǎn)換式漫游是在浦西城堡內(nèi)選擇幾個重要的節(jié)點全景圖，通過串聯(lián)或者并聯(lián)的游覽方式在Venus軟件內(nèi)組合而成，形成便于轉(zhuǎn)發(fā)的二維碼。日常的手機(jī)或者電腦設(shè)備只要掃碼就可以體驗到，適合用于展示傳播的用途。用戶可以根據(jù)自身需求選擇游覽方式，需要立體漫游的效果就選擇沉浸式漫游，想方便快速觀看重要的節(jié)點效果圖就選擇場景轉(zhuǎn)換式漫游。

3.4 VR作品應(yīng)用成果

當(dāng)完成了浦西城堡VR作品設(shè)計，可以將之放置在當(dāng)?shù)赜斡[指示牌上，方便游客使用手機(jī)掃碼體驗全景視圖。同時設(shè)置一個專門的體驗室，提供VR眼鏡基于游客沉浸式體驗。另外還可以建立公眾號、微博等以VR作品進(jìn)行對外網(wǎng)絡(luò)宣傳，如圖6所示。

圖6 浦西城堡VR作品二維碼路牌和公眾號意向圖

以浦西城堡的VR作品為契機(jī)，當(dāng)?shù)胤e極開展校地合作，通過院校構(gòu)建學(xué)術(shù)研究體系。浦西城堡是學(xué)校研究古村落演化和閩南傳統(tǒng)文化的寶庫，學(xué)校研究成果也會引導(dǎo)浦西城堡進(jìn)行更完善的傳統(tǒng)民居保護(hù)，形成良性循環(huán)。學(xué)生通過實地調(diào)研了解古村落，并以此構(gòu)建出VR作品。利用VR技術(shù)將傳統(tǒng)建筑以更新奇的方式展現(xiàn)給人們，能夠提高古建筑的曝光度，吸引更多人去關(guān)注、了解古建筑、古村落的現(xiàn)狀，以期能夠形成人們自發(fā)保護(hù)古建筑的風(fēng)氣。

4 結(jié)語

VR技術(shù)打破了閩南傳統(tǒng)建筑宣傳展示的固有方式，通過數(shù)字化的運(yùn)用，將閩南建筑文化特征鮮活立體地展示給觀眾。一定程度上緩解了實地體驗上交通與環(huán)境氣候阻礙、構(gòu)件難復(fù)原、展示內(nèi)容有限等困難。盡管VR技術(shù)在建筑領(lǐng)域已經(jīng)逐漸得到肯定，但在閩南傳統(tǒng)建筑上的應(yīng)用還少之又少。隨著硬件大大提升及VR技術(shù)逐漸穩(wěn)固，將在文化傳播領(lǐng)域占有不可缺少的地位，在對傳統(tǒng)建筑上的運(yùn)用也會逐漸普及。