虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在山西傳統(tǒng)建筑保護(hù)中的應(yīng)用研究

摘 ?要：通過(guò)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，以山西傳統(tǒng)建筑保護(hù)為方向深入分析和研究，對(duì)山西傳統(tǒng)建筑保護(hù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用與探索，創(chuàng)新傳統(tǒng)建筑傳承與保護(hù)方式。應(yīng)用文獻(xiàn)分析法、實(shí)地調(diào)研法、個(gè)案分析法等方法進(jìn)行分析研究。山西傳統(tǒng)建筑能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更好地呈現(xiàn)出來(lái)，促進(jìn)文化的傳播。有利于山西傳統(tǒng)建筑文化的傳承與保護(hù)，創(chuàng)新了文化傳播方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);山西傳統(tǒng)建筑;建筑保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP391.9 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）06-0150-04

The Application Research ?of Virtual Reality Technology in the

Shanxi Traditional Buildings Protection

YANG Hua

（Shanxi Technology and Business College，Taiyuan ?030006，China）

Abstract：Through the combination with virtual reality technology，taking the protection of traditional buildings in Shanxi as the direction for in-depth analysis and research，this paper makes practical application and exploration on the protection of traditional buildings in Shanxi，and innovates the inheritance and protection methods of traditional buildings. The methods of literature analysis，field research，case analysis and so on are used for the analysis and research. Shanxi traditional buildings can be better presented through virtual reality technology to promote the spread of culture. It is conducive to the inheritance and protection of Shanxi traditional architectural culture，innovates the ways of cultural communication，and realizes the inheritance and innovation of the excellent traditional culture of China.

Keywords：virtual reality technology;Shanxi traditional building;building protection

0 ?引 ?言

近年來(lái)，隨著我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)建筑保護(hù)中越來(lái)越多的將該技術(shù)運(yùn)用于傳統(tǒng)建筑保護(hù)，該技術(shù)的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)主觀視角，讓用戶更多地參與其中。本文主要研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于山西傳統(tǒng)建筑的保護(hù)。更好地促進(jìn)了傳統(tǒng)建筑文化傳播，對(duì)后續(xù)的相關(guān)研究起到借鑒作用。文章以山西應(yīng)縣木塔和代縣文廟為例，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)山西傳統(tǒng)建筑進(jìn)行傳承與保護(hù)。前期課題《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字媒體藝術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究》的研究成果為本論文研究基礎(chǔ)，作者參與省級(jí)傳統(tǒng)文化科研項(xiàng)目、校級(jí)相關(guān)教改項(xiàng)目、發(fā)表過(guò)多篇相關(guān)科研論文。這些研究為本文所做研究奠定了基礎(chǔ)。學(xué)校對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、傳統(tǒng)文化傳承方面，先后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，加強(qiáng)校企合作，這些也為本論文研究提供有利的支撐。

1 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用模式

1.1 ?三維重建方式

通過(guò)三維建模對(duì)要展示的場(chǎng)景和物體進(jìn)行模擬，導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，通過(guò)軟件制作三維場(chǎng)景漫游。這種方式在早期文化保護(hù)傳播中出現(xiàn)較多。這類制作方式的優(yōu)點(diǎn)在于場(chǎng)景細(xì)節(jié)制作得精致，給人帶來(lái)非常豐富視覺(jué)感受;缺點(diǎn)在于三維模型的制作與三維動(dòng)畫的制作工作量十分巨大，三維模型與實(shí)景在真實(shí)感上還有一定差距，三維動(dòng)畫制作難度很高[1]。

1.2 ?全景拍攝方式

近幾年全景技術(shù)快速發(fā)展。全景展示具有沉浸感強(qiáng)、可任意視角觀察、細(xì)節(jié)豐富、制作周期較短、空間關(guān)系明確等優(yōu)勢(shì)。制作過(guò)程用相機(jī)拍攝同一場(chǎng)景多個(gè)角度的畫面，再用后期的軟件拼接成全景圖片;或者使用專門的多鏡頭VR相機(jī)，拍攝實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)拼接，形成全景圖片或視頻，最后得到2：1的全景視頻或圖片，運(yùn)用720全景軟件進(jìn)行展示及互動(dòng)。

本文主要以山西傳統(tǒng)建筑應(yīng)縣木塔和代縣文廟為例，應(yīng)用三維模型制作、三維動(dòng)畫效果展示，結(jié)合全景技術(shù)對(duì)山西傳統(tǒng)建筑進(jìn)行展示制作。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)山西傳統(tǒng)建筑保護(hù)與傳承[2]。

2 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

2.1 ?運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)山西傳統(tǒng)建筑保護(hù)思路

山西傳統(tǒng)建應(yīng)縣木塔和代縣文廟歷史悠久，文化底蘊(yùn)深厚。運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)重要建筑進(jìn)行數(shù)字化重建，制作虛擬漫游場(chǎng)景，結(jié)合全景拍攝，制作虛擬的文化體驗(yàn)空間。通過(guò)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與山西傳統(tǒng)建筑，通過(guò)全景展示以及虛擬漫游三維動(dòng)畫，對(duì)傳統(tǒng)文化進(jìn)行傳承，對(duì)山西傳統(tǒng)建筑進(jìn)行保護(hù)。文章從三維制作流程和720全景技術(shù)進(jìn)行論述。

該案例實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)漫游、自主漫游、實(shí)時(shí)導(dǎo)航等。與傳統(tǒng)數(shù)字媒體記錄方式相比較，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)，更能體現(xiàn)沉浸與互動(dòng)的特征，應(yīng)用在各類文化遺產(chǎn)保護(hù)之中。

2.2 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)全景拍攝和三維空間數(shù)字化重建2個(gè)部分來(lái)完成。

2.2.1 ?三維空間數(shù)字化重建

首先進(jìn)行虛擬建筑空間的構(gòu)建，進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)繪，圖像化處理，再進(jìn)行模型的制作、貼圖制作、材質(zhì)燈光制作，最后進(jìn)行虛擬漫游場(chǎng)景制作。通過(guò)對(duì)建筑照片與資料的前期收集，利用3ds Max軟件生成該建筑虛擬場(chǎng)景，其中復(fù)雜場(chǎng)景模型，適當(dāng)?shù)赜觅N圖來(lái)代替，降低空間漫游的卡頓感。虛擬空間制作完成后，調(diào)整渲染設(shè)置攝影機(jī)類型為球形調(diào)整視野參數(shù)，渲染生成全景圖，為制作漫游路線作鋪墊。

三維空間數(shù)字化重建是利用三維電腦軟件對(duì)模型進(jìn)行搭建，攝像機(jī)在三維場(chǎng)景模型中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)拍攝，預(yù)覽動(dòng)畫，可以制作鏡頭的推、拉、搖、移等操作[3]。

2.2.1.1 ?模型搭建

模型搭建在3ds Max軟件中實(shí)現(xiàn)，該軟件廣泛應(yīng)用于動(dòng)畫場(chǎng)景、角色中，能將現(xiàn)實(shí)中場(chǎng)景或建筑等，在軟件中等比還原。3ds Max軟件在制作過(guò)程中有四視圖，結(jié)合四個(gè)視圖觀看能夠細(xì)致的觀看制作模型。

運(yùn)用3ds Max軟件對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行搭建，精準(zhǔn)地模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的場(chǎng)景，創(chuàng)建三維模型。利用多邊形建模，模型制作較為規(guī)則、無(wú)曲面的設(shè)計(jì)情況下，可以夠適用于這種建模技方式。二維線建模，應(yīng)用線進(jìn)行圖形的二維繪制，結(jié)合修改器命令對(duì)二維圖形進(jìn)行三維制作。編輯多邊形模型制作，應(yīng)用不規(guī)則的形狀較復(fù)雜的模型設(shè)計(jì)。以及多種組合建模的方式。結(jié)合不同的創(chuàng)建功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景模型的制作，如圖1所示。

2.2.1.2 ?圖像處理

模型表現(xiàn)中圖像是非常重要的，圖像的質(zhì)量也決定了最后輸出的虛擬場(chǎng)景的整體效果，對(duì)于貼圖的處理需要運(yùn)用VR材質(zhì)、貼圖及VR渲染器來(lái)進(jìn)行處理，如圖2所示。在渲染設(shè)置中選擇渲染器為VR渲染器，對(duì)公用、V-Ray、GI、設(shè)置等進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。對(duì)場(chǎng)景中的材質(zhì)進(jìn)行設(shè)置，材質(zhì)球選擇VR材質(zhì)，根據(jù)場(chǎng)景中物體材質(zhì)要求對(duì)漫反射、反射等進(jìn)行設(shè)置，以此達(dá)到較真實(shí)的效果。

2.2.1.3 ? 虛擬漫游

虛擬漫游應(yīng)用3ds Max軟件關(guān)鍵幀動(dòng)畫進(jìn)行制作，VR渲染輸出動(dòng)畫，應(yīng)用AE軟件進(jìn)行后期合成。將做好的模型場(chǎng)景進(jìn)行漫游動(dòng)畫的制作，利用虛擬攝影機(jī)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行拍攝，這是實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景漫游的關(guān)鍵一步。在模型制作完成后，材質(zhì)、燈光的制作要結(jié)合場(chǎng)景進(jìn)行整體調(diào)整，達(dá)到最終效果。在三維動(dòng)畫場(chǎng)景設(shè)計(jì)中運(yùn)用虛擬漫游技術(shù)，可以幫助參與者從多角度觀察，得出最佳觀看效果。

2.2.2 ?全景制作

主要通過(guò)單反相機(jī)、全景相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行拍攝生成全景圖。整理拍攝的照片，整理后的拍攝圖片批量導(dǎo)入PTGui軟件進(jìn)行全景圖的拼接，全景圖導(dǎo)入Photoshop進(jìn)行最后的修改，最終生成調(diào)整好的全景圖。拍攝時(shí)要考慮順序，首先對(duì)歷史脈絡(luò)進(jìn)行資料收集前期的了解，其次考慮到建筑的歷史風(fēng)貌、文化價(jià)值和藝術(shù)觀賞性。

2.2.2.1 ?拍攝策劃

拍攝策劃是全景制作的重要工作之一，是全景制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先結(jié)合拍攝要求與建筑的特點(diǎn)，在拍攝策劃要求的基礎(chǔ)上，探索并制定適合山西傳統(tǒng)建筑的策劃方案。

組織攝制小組、確定拍攝的時(shí)間和地點(diǎn)、確定拍攝對(duì)象的聯(lián)系性、明確拍攝的內(nèi)容與流程、制定分鏡頭腳本等?？紤]全景拍攝的要求，需要考慮拍攝方法對(duì)拍攝時(shí)間地點(diǎn)、場(chǎng)景布置、分鏡頭設(shè)計(jì)等方面的影響和改變，從建筑的特點(diǎn)出發(fā)，考慮拍攝對(duì)象選擇、拍攝環(huán)境選擇等。

2.2.2.2 ?現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度與拍攝

全景拍攝技術(shù)為360度無(wú)死角拍攝，常用的拍攝方式為一鏡到底的拍攝方式，對(duì)拍攝現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)度和拍攝技術(shù)都有要求[4]。全景拍攝的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度需要結(jié)合具體建筑的特點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。不破壞現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)的環(huán)境，道具與器材的應(yīng)用要合理，使用自然光和合理的反射光進(jìn)行照明，在滿足畫質(zhì)要求的前題下，以易操作、輕量器材為主要原則。不采用變焦鏡頭，其次使用小光圈大景深的鏡頭，這樣拍攝時(shí)可獲得較清晰的視野。

2.2.2.3 ?后期制作與信息整合

前期拍攝完成后應(yīng)用PTGui軟件，對(duì)前期拍攝的多角度獨(dú)立畫面進(jìn)行360度全景拼接，并對(duì)變形的畫面進(jìn)行修正，修正畫面的各類缺陷，如圖3所示。拼接好的全景圖導(dǎo)入到720云全景系統(tǒng)進(jìn)行全局設(shè)置、視角等調(diào)整，最后進(jìn)行全景展示，如圖4所示。全景畫面拼接的方式分為機(jī)內(nèi)拼接和后期拼接兩類。一體化VR攝像機(jī)一般設(shè)置了機(jī)內(nèi)同步拼接，拍攝完成即可導(dǎo)出拼接完成全景圖。一體化VR攝像機(jī)特點(diǎn)是方便快捷，拼接效率較高。缺點(diǎn)受設(shè)備限制，生成的畫面質(zhì)量一般不高。后期拼接的方式需要在專門的軟件中制作，優(yōu)點(diǎn)是能夠拼接更大畫幅、更高畫質(zhì)的全景圖像。缺點(diǎn)操作煩瑣、接縫和變形處理比較困難[5]。

之后對(duì)相關(guān)的文字、圖片資料使用后期特效將其添加到畫面中，進(jìn)一步補(bǔ)充全景信息內(nèi)容;最終輸出全景視頻，可進(jìn)行播放、互動(dòng)等。進(jìn)行回放測(cè)試，對(duì)沉浸感、畫面細(xì)節(jié)、視角等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析全景表現(xiàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題和優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行糾正。

3 ?結(jié) ?論

綜上所述，山西傳統(tǒng)建筑傳承與保護(hù)，以結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為手段，以更好地展示傳統(tǒng)文化為切入點(diǎn)，通過(guò)全景視頻和虛擬漫游對(duì)傳統(tǒng)建筑進(jìn)行展示。本文研究相關(guān)的技術(shù)方法以及文化傳承與保護(hù)策略，可以對(duì)傳統(tǒng)文化的傳承、保護(hù)和發(fā)展起到參考作用，為山西傳統(tǒng)建筑的數(shù)字化表現(xiàn)注入新的活力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廖斯羽.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用 [J].科技傳播，2018，10（21）：127-128+135.

[2] 王捷妮.關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古跡研究中的文獻(xiàn)綜述 [J].傳媒論壇，2020，3（6）：139-140.

[2] 王捷妮.關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古跡研究中的文獻(xiàn)綜述 [J].傳媒論壇，2020，3（6）：139-140.

[3] 王瀟.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在三維動(dòng)畫制作中的應(yīng)用 [J].信息與電腦（理論版），2017，（2）：86-87.

[4] 王鴻飛.淺析360全景技術(shù)及其應(yīng)用 [J].廣東科技，2012，21（15）：214.

[5] 李云偉.全景圖技術(shù)的研究 [D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.

作者簡(jiǎn)介：楊華（1985—），女，漢族，山東滕州人，講師，中級(jí)工程師，碩士，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)。