虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑數(shù)字化復(fù)原設(shè)計(jì)中的研究與實(shí)踐

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市旅游景點(diǎn)已經(jīng)成為游客觀光的主要去處之一，而傳統(tǒng)的古建筑必然是游客出行的網(wǎng)紅打卡地，由此帶來的旅游發(fā)展和古建筑保護(hù)研究之間的矛盾已成為城市旅游業(yè)發(fā)展過程中面臨的主要問題。近年來，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)古建筑進(jìn)行數(shù)字化建模，并借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行立體化、交互式展示已得到了有關(guān)部門的大力支持。本文以重慶磁器口古鎮(zhèn)為載體進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，借助三維技術(shù)對(duì)建筑進(jìn)行數(shù)字化復(fù)原，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)的手法來呈現(xiàn)、探索、研究虛擬仿真技術(shù)對(duì)古建文化遺產(chǎn)的旅游開發(fā)和保護(hù)的新途徑，并把項(xiàng)目研究融入專業(yè)教學(xué)中，在人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)得以更好地實(shí)踐，提高研究價(jià)值。

關(guān)鍵詞：古建筑復(fù)原；虛擬現(xiàn)實(shí)；數(shù)字化

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是用一個(gè)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)模擬另一個(gè)真實(shí)或虛擬世界系統(tǒng)的技術(shù)。這種虛擬世界是借助三維建模技術(shù)由計(jì)算機(jī)生成的，數(shù)據(jù)來源可以是真實(shí)的世界，也可以是設(shè)計(jì)構(gòu)想中的虛擬世界，用戶可借助智能穿戴設(shè)備，從視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行交互體驗(yàn)。它是以虛擬仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界，并通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感裝備，提供給用戶一個(gè)更為直觀的三維界面，并進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，使用戶可以參與并探索虛擬仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化，從而產(chǎn)生沉浸感，有更好的體驗(yàn)。

二、古建數(shù)字化復(fù)原的意義

在我國數(shù)千年的發(fā)展歷程中，孕育了深厚的文化藝術(shù)財(cái)富，其中建筑遺產(chǎn)以實(shí)體存在的形式有著非常重要的地位，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)傳承和旅游開發(fā)展示，對(duì)于傳統(tǒng)建筑文化的發(fā)揚(yáng)光大有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。在現(xiàn)存的古建筑中，多數(shù)宮殿、廟宇、歷史街區(qū)，已經(jīng)成為旅游開發(fā)的重要場(chǎng)所，也是游客出行觀光的主要目的地之一。對(duì)古建筑和歷史街區(qū)的保護(hù)與開發(fā)，實(shí)際上也是對(duì)傳統(tǒng)建筑文化的傳承。如果建筑遺產(chǎn)只有保護(hù)而沒有對(duì)外開放，其存在的價(jià)值就會(huì)大打折扣。畢竟對(duì)于廣大人民群眾而言，單純借助書本去了解建筑文化過于抽象，缺乏實(shí)際的體驗(yàn)感受。同時(shí)受時(shí)間、經(jīng)濟(jì)條件等因素的影響，對(duì)建筑文化藝術(shù)的了解和研究多停留在書本介紹層面，實(shí)地調(diào)研考察取證還比較少。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通過三維建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，對(duì)古建筑進(jìn)行數(shù)字復(fù)原的設(shè)計(jì)表現(xiàn)已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，它可以對(duì)建筑樣式、歷史街區(qū)進(jìn)行復(fù)原設(shè)計(jì)，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)手段對(duì)建筑文物進(jìn)行交互展示，加深人們對(duì)建筑藝術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解。另一方面，也可以通過在線旅游的形式進(jìn)行景區(qū)的宣傳和展示。較之于文字圖片，這種展示方式更為直觀，能為受時(shí)間和經(jīng)濟(jì)條件限制的人們帶來更好的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，深化對(duì)建筑藝術(shù)價(jià)值的認(rèn)知，在一定程度上降低了古建筑和歷史街區(qū)的保護(hù)成本，減少對(duì)古建筑的破壞，使得建筑遺產(chǎn)的文化價(jià)值和歷史價(jià)值能得到更好的保護(hù)與傳承。

當(dāng)前，我國針對(duì)古建筑數(shù)字化復(fù)原和虛擬現(xiàn)實(shí)的融合開發(fā)還比較少，主要原因在于VR技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛，設(shè)備價(jià)格比較高，同時(shí)針對(duì)古建筑和歷史街區(qū)的VR內(nèi)容開發(fā)也比較少，多數(shù)還停留在研究層面。但相信隨著虛擬現(xiàn)實(shí)的廣泛應(yīng)用，用于建筑文物的保護(hù)與傳承會(huì)受到越來越多的重視，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)發(fā)揮更大作用和價(jià)值，為古建筑數(shù)字化保護(hù)和傳承帶來更多的便利。

三、當(dāng)前古建筑遺產(chǎn)保護(hù)和開發(fā)中存在的問題

我國建筑古跡和歷史街區(qū)資源較為豐富，但是隨著旅游開發(fā)和商業(yè)運(yùn)作，雖然地方政府也加大了對(duì)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)力度，但是古建筑受到的破壞還是比較嚴(yán)重。另一方面，游客參觀旅游基本是以走馬觀花的形式，在導(dǎo)游的引導(dǎo)下粗略了解一些基本的信息，對(duì)于建筑的深層內(nèi)涵知之甚少，對(duì)于建筑文化的傳承作用不大。不管是從保護(hù)的角度還是從文化傳承的角度看，這種形式都存在一些問題。

其一，建筑遺產(chǎn)作為人類活動(dòng)的歷史見證者，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)是必然的選擇，但是光保護(hù)而不對(duì)外開放，也不符合文化傳播傳承的主旨。在保護(hù)和開發(fā)過程中多少會(huì)受到自然災(zāi)害或人為破壞的影響，造成建筑物構(gòu)件的損毀。同時(shí)，在對(duì)外開放的過程中，受游客素養(yǎng)和人群數(shù)量等因素影響，建筑文物也不可避免會(huì)遭到有意或無意的破壞，影響建筑物的歷史價(jià)值。

其二，目前我國建筑遺產(chǎn)保護(hù)手段還比較單一，基本是靠人工保護(hù)和修復(fù)，而很多傳統(tǒng)的建筑工藝隨著社會(huì)的發(fā)展已慢慢失傳，這給文物修復(fù)工作造成了極大的困難。另外，隨著游客增多帶來的破壞性行為也很難阻止，讓建筑遺產(chǎn)保護(hù)工作難上加難。現(xiàn)在多采用圈起重要建筑，使其與游客保持一定距離，開放一般建筑供游客參觀的形式，配合有損壞再進(jìn)行修復(fù)的方式，但受制于工藝等因素，翻修后的建筑已慢慢失去了原有的藝術(shù)價(jià)值。同時(shí)，單純靠人工修復(fù)建筑古跡，由于對(duì)建筑材料、建筑工藝以及對(duì)建筑結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的差異，建筑物會(huì)受到一定損壞，且人工修復(fù)周期比較長，危險(xiǎn)系數(shù)也比較高。

其三，目前我國已開放了大量名勝古跡、歷史街區(qū)，旅游人員眾多，對(duì)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)造成更大的壓力，如保護(hù)措施跟不上，會(huì)帶來難以預(yù)估的損失。另外，在對(duì)外開放的過程中，建筑遺產(chǎn)的介紹還是以傳統(tǒng)的圖文和導(dǎo)游介紹的方式為主，形式過于單一，對(duì)文物的認(rèn)識(shí)了解和傳承延續(xù)作用比較差，游客基本還是走馬觀花，沒有更好地去探索建筑藝術(shù)和歷史文化，也喚不起群眾對(duì)文物保護(hù)傳承的意識(shí)。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以借助三維建模對(duì)建筑進(jìn)行數(shù)字化復(fù)原設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中可以在建筑專家的指導(dǎo)下一比一真實(shí)還原建筑的原始風(fēng)貌，展現(xiàn)建筑的魅力，在建筑遺產(chǎn)保護(hù)和傳承中有很多優(yōu)勢(shì)。

其一，由于建筑物件長期暴露在自然環(huán)境中，受自然災(zāi)害和游客的影響比較大，借助于虛擬仿真技術(shù)對(duì)建筑古跡進(jìn)行立體化的數(shù)字模擬，游客可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)的方式身臨其境地感受建筑藝術(shù)的魅力，在豐富旅游資源開發(fā)的同時(shí)，也能減輕人為活動(dòng)對(duì)建筑遺跡的損壞影響，還可以減小保護(hù)的壓力。

其二，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是基于古建筑數(shù)字化呈現(xiàn)的保護(hù)手段，內(nèi)容和形式更為豐富，可以對(duì)建筑設(shè)計(jì)、歷史價(jià)值、人文價(jià)值等進(jìn)行深入挖掘和展示，對(duì)普通觀眾而言，深層次理解建筑藝術(shù)所帶來的啟發(fā)會(huì)更為豐富，這對(duì)文化的傳承也更有幫助。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)展示方式可以打破時(shí)間和空間的限制，對(duì)于不易到達(dá)的地方，參觀者可以借助VR資源隨時(shí)隨地進(jìn)行在線觀摩，有更多的機(jī)會(huì)去認(rèn)識(shí)和了解建筑遺產(chǎn)文化資源，這對(duì)于文化教育和古建筑的保護(hù)傳承也會(huì)起到更大的作用。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑古跡中的應(yīng)用實(shí)踐

目前，在我國建筑古跡的開發(fā)保護(hù)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用比較有代表性的有數(shù)字故宮、數(shù)字敦煌、香港天壇大佛等，且都得到了好評(píng)。在本文的研究實(shí)踐中，依托于重慶磁器口古鎮(zhèn)作為項(xiàng)目實(shí)踐的載體，借助三維技術(shù)對(duì)建筑進(jìn)行數(shù)字化復(fù)原，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)的手法來呈現(xiàn)，探索研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)古建筑文化遺產(chǎn)的旅游開發(fā)和保護(hù)的新途徑，并把項(xiàng)目研究融入專業(yè)教學(xué)中，在人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)得以更好地實(shí)踐。

為了確保項(xiàng)目實(shí)踐的順利開展，可以組織教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行方案的構(gòu)思、策劃、設(shè)計(jì)，結(jié)合古鎮(zhèn)的地形圖和建筑樣式進(jìn)行分析和合理規(guī)劃復(fù)原設(shè)計(jì)的內(nèi)容，結(jié)合古鎮(zhèn)歷史文化，在展現(xiàn)建筑藝術(shù)的同時(shí)融入文化內(nèi)涵，豐富虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)的內(nèi)容。首先，在確定設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以項(xiàng)目的形式融入專業(yè)課程教學(xué)中，組織學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，實(shí)地測(cè)量，采集第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為后續(xù)的圖紙繪制提供數(shù)據(jù)支撐，力求在比例結(jié)構(gòu)上如實(shí)還原。其次，在平面圖紙的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維建模，進(jìn)行立體化的復(fù)原設(shè)計(jì)，此環(huán)節(jié)要求在對(duì)地形地貌、建筑樣式、景觀小品如實(shí)還原的基礎(chǔ)上，適當(dāng)進(jìn)行藝術(shù)化的設(shè)計(jì)表現(xiàn)。最后，在模型制作完成的基礎(chǔ)上，把建筑場(chǎng)景導(dǎo)入虛擬引擎中進(jìn)行編輯和效果呈現(xiàn)，結(jié)合人物素材、歷史文化、背景音樂等進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，提高虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容呈現(xiàn)的體驗(yàn)感和沉浸感，在最終確定的基礎(chǔ)上打包輸出，并借助虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行觀摩體驗(yàn)，最終達(dá)到建筑遺產(chǎn)保護(hù)傳承的效果。

六、結(jié)語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于歷史建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)和傳承具有重要的實(shí)用價(jià)值，它能模擬建筑遺產(chǎn)的現(xiàn)狀和歷史中存在的情景，既可以進(jìn)行復(fù)原設(shè)計(jì)，又能融入建筑遺產(chǎn)歷史文化，加深對(duì)建筑古跡相關(guān)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。此外，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行建筑數(shù)字復(fù)原，建立三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)，有利于建筑遺產(chǎn)信息存檔及永久性保存，對(duì)于建筑遺產(chǎn)研究和開發(fā)利用都更加便捷。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以突破時(shí)間和空間的限制，政府可以通過建立虛擬博物館的形式，面向全世界進(jìn)行建筑文化的交流，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑文化遺產(chǎn)資源的最大化保護(hù)、開發(fā)和傳承，促進(jìn)建筑文化藝術(shù)的繁榮。

基金項(xiàng)目

重慶工程學(xué)院2017年校內(nèi)科研基金資助項(xiàng)目“虛擬仿真協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”（項(xiàng)目編號(hào)：2018xcxtd01）。

作者簡介

劉濤，1979年5月生，男，漢族，貴州畢節(jié)人，副教授，碩士，研究方向?yàn)樗囆g(shù)設(shè)計(jì)和虛擬現(xiàn)實(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋林柯.試論虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用[J].中國住宅設(shè)施，2017（4）：117-118.

[2]高力群，楊波.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在河北省非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用研究[J].大舞臺(tái)，2015（3）：231-232.