利用3D與VR技術再現(xiàn)元代集寧路古城遺址場景

韓韜 劉彤

摘要：元代集寧路古城遺址建于公元1192年，是蒙古草原與河北、山西等地貿(mào)易往來的重要地區(qū)，最終毀于戰(zhàn)爭。古城遺址是前人留下的文化財富，是支持時代發(fā)展的原始驅動力，通過草圖、3D建模、渲染、VR技術再現(xiàn)元代集寧路繁華市井，彰顯歷史遺址的人文精神，把歷史文化融入在城市建設中，打造烏蘭察布歷史文化名城，為城市的發(fā)展提供全新方向。

關鍵詞：人文價值;3DVR技術;創(chuàng)新表現(xiàn);實現(xiàn)方法

一、元代集寧路遺址復原的社會價值

1.歷史再現(xiàn)，見證城市文明

集寧路古城遺址，位于烏蘭察布市察右前旗巴音塔拉鎮(zhèn)土城行政村北，是金元時期蒙古高原上一個不可或缺的政治、經(jīng)濟、文化、商貿(mào)中心，是歐亞大陸之間商貿(mào)往來與文化交流的重要樞紐與橋梁，城址在元代末和明代初期，經(jīng)歷了兩次戰(zhàn)爭的摧殘，就此廢棄。1988年6月，集寧路古城遺址被內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府公布為第二批自治區(qū)級重點文物保護單位，2003年入選全國十大考古發(fā)現(xiàn)。集寧路遺址主體建筑早已摧毀，從考古裸露出來的建筑可以判斷，集寧路地域廣闊、房屋眾多，城市結構較為復雜。特別是外城、里城、甕城、角樓、望樓、街景布局等遺址作為集寧路歷史文化遺產(chǎn)的重要代表，反映了當時城市建設、文化內(nèi)涵水平，也見證了時代變遷的自然規(guī)律。

隨著信息化建設的不斷前進發(fā)展，利用3DVR技術再現(xiàn)和復原集寧路遺址城市建筑群將會豐富和完善新的考古理論，也會拓展和傳承文化遺產(chǎn)的歷史價值。虛擬現(xiàn)實技術與古城遺址的結合極大的推動歷史文化產(chǎn)物的信息系統(tǒng)化、大眾可視化，同時也有利于古城遺址的保護與規(guī)劃，將考古研究提高到一個新水平，為城市的發(fā)展溯源。

古城遺址文化內(nèi)涵以及歷史底蘊相當豐富，是具有社會風俗、宗教、藝術、文化、歷史發(fā)展、民族特點的行為特征，也是對我國優(yōu)秀歷史文化的承載，古城遺址是對城市文明發(fā)展、沉淀與變化的見證，在歲月發(fā)展中有不可忽視的作用，文物和遺址遭受損壞是歷史文化遺產(chǎn)與信息的丟失。遺址復原的核心魅力在于其承載的歷史和文化內(nèi)涵，是高品位、高層次的藝術活動。3DVR虛擬技術復原元代集寧路遺址文化場景的重建對歷史回溯、古環(huán)境恢復等考古研究具有重要意義，為考古提供了一個可量化的時空框架。

2. 提高當?shù)匚幕?/p>

信息化網(wǎng)絡技術廣泛性、虛擬性、沒有時空局限性的特點，能夠隨時隨地進行城市營銷活動。3DVR虛擬技術復原元代集寧路，特別是對全域旅游發(fā)展和推動古城文化的價值傳播具有非凡的意義，通過技術與藝術的展示形式助推地區(qū)經(jīng)濟快速探索一條全新的文化路徑，給皮革古城、老虎山古城溯源，而非跟風建造、生搬硬套外來建筑文化。元代集寧路古城遺址的再現(xiàn)為經(jīng)濟社會價值和文化傳播價值起到相滲透的雙效作用，讓科技充分融入在草原文化中，致力于打造集寧路知名度，使得北京向西一步就是具有文化內(nèi)涵的烏蘭察布，成為內(nèi)蒙古文化中又一知名品牌。

3.促進現(xiàn)代旅游產(chǎn)業(yè)新發(fā)展

近年來，烏蘭察布市旅游行業(yè)飛速發(fā)展，有著較為豐富的旅游資源，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，如輝騰錫勒大草原、烏蘭哈達火山地質公園、黃花溝旅游景區(qū)、蘇木山旅游區(qū)、察爾湖生態(tài)旅游區(qū)、涼城岱海、二龍什臺國家森林公園等生態(tài)旅游逐漸走進了全國人民的視野，4A級景區(qū)從5個增加到11個，游客人數(shù)和旅游收入比烏蘭察布市“十二五”規(guī)劃末翻了一番。2016年，李克強總理在首屆世界旅游發(fā)展大會開幕式上提出，我國要推進全域旅游和“旅游+”行動，大力發(fā)展鄉(xiāng)村旅游、工業(yè)旅游、文化旅游、養(yǎng)老養(yǎng)生游，并與“互聯(lián)網(wǎng)+”相結合，以旅游業(yè)的升級換代促進國民經(jīng)濟的提質增效。

目前，烏蘭察布市旅游行業(yè)著重從生態(tài)旅游和養(yǎng)老養(yǎng)生游開展，雖然目前旅游創(chuàng)收處于增長狀態(tài)，但是給生態(tài)旅游加上文化旅游更能增加本土旅游文化的內(nèi)涵性，不能只讓游客知道這里生態(tài)風貌，更要讓游客深入的了解集寧的歷史文化、民俗文化、草原文化，充分的把小域文化融入進游客心中，帶著本土文化去欣賞，多措并舉提升旅游文化影響力。利用3DVR技術展現(xiàn)的元代集寧路古城風貌，可以讓游客真實體驗古城的特征和特性，更能詳細的對人文環(huán)境進行闡釋，加深印象，產(chǎn)生濃郁的興致。通過人機交互，讓民眾參與其中、樂在其中，在美好的旅游經(jīng)歷中播灑友誼的種子。

二、3DVR技術在遺址再現(xiàn)中的創(chuàng)新表現(xiàn)

1.沉浸式體驗

參與者完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬世界之中的感覺，運用高分辨率的立體投影技術、三維圖形技術和音響技術等有機地結合，使人的視覺、聽覺、觸覺及一切感覺沉浸在虛擬世界中。沉浸感是VR的一大基礎特點，也是其與古城建筑結合的關鍵點。身處于計算機模擬的三維世界中，極大地提高了信息傳遞的準確性與效率。虛擬現(xiàn)實技術將前期采集到的各類數(shù)據(jù)，運用電腦技術生成電子信號，轉換為游客可以觀看到的非靜態(tài)的、逼真生動的、全域性的古城村落的整體形象。

2. 場景表現(xiàn)直觀完整、全新的觀展方式

過去的古城遺址往往用手繪的形式繪制在草稿紙上，形成二維的參考，即使轉化為三維的效果也只在二維的平面中展現(xiàn)。3DVR技術的表達方式從以往的簡單形象表達轉變?yōu)閳D文并茂的多媒體直觀表達，生成的三維環(huán)境，能夠將參與者的感官調動起來，在虛擬的三維立體感環(huán)境中感受元代集寧路古城的經(jīng)濟、貿(mào)易、文化繁榮場景，并從虛擬環(huán)境中得到真實的反饋。城池、樓闕、街市、里坊，這些虛擬的沉浸式的物體可以與參與者產(chǎn)生互動和對話，從視覺、聽覺、觸覺等感官沒有限制的觀察三維空間內(nèi)的事物，獲得真實環(huán)境中才能獲得的體驗與感受。

遺址的再現(xiàn)是一定程度的再現(xiàn)歷史、發(fā)掘其深刻內(nèi)涵的更為有效的途徑，通過原址的測量，繪制出地形圖，在通過專業(yè)標準配置3DVR技術虛擬專業(yè)軟件，展示平臺需要有對應的交互技術、觸屏交互、VR設備支持等，讓集寧路古城表達的空間范圍更加廣闊，超越時空界限，讓體驗者近距離地置身于虛擬的全景空間中，從而有效地實現(xiàn)了展示、宣傳和傳承的目的。

三、遺址再現(xiàn)中的3DVR技術應用實現(xiàn)方法

1. 素材選取，草圖，繪制平面圖

首先素材選取。素材選取采用實地考察，書籍查閱，網(wǎng)絡查詢，拜訪當?shù)卦瘜幝穼＜业确绞竭M行。獲得相關歷史、經(jīng)濟、地理等素材。結合人類活動規(guī)律和歷史文化，參考元代集寧路遺址圖片繪制平面素材。然后，進行平面草圖制作。草圖結合現(xiàn)有遺址地形圖和元代集寧路文化，虛擬相關活動場所，如商戶、典驢、工坊、糧窖、馬面、內(nèi)府官務等。同時參考歷史古城和中國古人生活習慣布局規(guī)劃。最后，使用手繪板進行平面圖繪制。繪制過程結合地理結構，山、河和遺址，盡力還原實際地貌和歷史場景（圖一）。

二維平面圖的繪制可以推動三維VR設計。是建模和VR設計的基礎，不可或缺。在平面圖的繪制中，設計師不僅僅制作這么簡單，更重要的是推理設計的合理性、可行性和實踐性。既要考慮三維制作（3DMAX軟件制作）的還原性，還要考慮VR技術運轉效果，因為古建筑建模需要3DMAX軟件的片面（Plan）較多，但是片面（Plan）較多會引起VR后期運轉困難甚至再減面等問題，反復反鎖。所以在平面規(guī)劃時，設計師就要規(guī)劃高度還原場景和局部重點還原場景。在減少面的使用和還原度高兩點找到一個平衡。

2.建模、材質

建模采用3DMAX和SKETCHUP兩款軟件結合進行。建模參考中國古建筑和元代建筑形式復建。元代建筑承金代建筑，因蒙元統(tǒng)治者建筑工程技術低落，故依賴漢人工匠營造。元代建筑特點是粗放不羈，在金代盛用移柱、減柱的基礎上，更大膽地減省木構架結構。元代木構多用原木作梁，因此外觀粗放。蒙古人崇尚白顏色，元代建筑多用白色琉璃瓦，為這一時代特色。[ 360百科元代建筑https：//baike.so.com/doc/6705993-6919986.html]

根據(jù)相關資料進行三維復建，制作過程采用街道三維復原建模和室內(nèi)復原建模分離手法。在一個模型中只復原一個場景，進入下一個場景進行跳轉設置。便于加快運行速度。材質選用圖片制作材質球，不使用下載導入材質球，更加貼近歷史，也便于后期VR運轉。

3.渲染形成VE

渲染方法采用3DMAX軟件的插件Vray渲染效果圖。渲染一詞與中國古代山水畫很有淵源，古時候中國人通過筆表現(xiàn)人物和風景的神韻，現(xiàn)在我們通過渲染技術還原真實場景。

VRay渲染強大的全局光照系統(tǒng)，配合VRay的天光系統(tǒng)，可以真實的還原自然大氣環(huán)境。同時還會用到HDRI （高范圍動態(tài)貼圖）， VRay渲染器與HDRI貼圖兼容性較高，可以模擬真實環(huán)境中的反射和折射。利用VRay渲染器可以更加真實還原元代集寧路自然環(huán)境場景，在還原場景建模的基礎上，好的渲染手段對后期制作起到了畫龍點睛的作用。渲染完成形成可交互的三維環(huán)境成元代集寧路場景為虛擬環(huán)境（即Virtual Environment，簡稱VE）用于VR再制作。

4.VR技術轉化

VR = Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實，或稱靈境技術，實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統(tǒng)。[ IT百科：什么是VR？https：//product.pconline.com.cn/itbk/digital/znsm/1504/6289716.html]首先采用圖片拼貼，將二維圖片轉化成三維空間。然后編寫代碼交互邏輯輸出完成可交互的VR內(nèi)容。并對VR中產(chǎn)生的邏輯錯誤不斷地修改完善。最終輸出視頻樣品，通過VR播放器UtoVR呈現(xiàn)VR視頻內(nèi)容，反復測驗。通過VR可以減少對古遺址的破壞，還能呈現(xiàn)歷史遺失的部分。給人們更真實的體驗感，便于文化的宣傳與推廣。

四、結束語

隨著現(xiàn)代化進程加快，傳統(tǒng)的文化生態(tài)、歷史遺址正面臨著被遺忘、破壞甚至消失，所以對遺址的保護已經(jīng)刻不容緩，修繕保護遺址的方法是多樣性的，對于基本消失的古跡，重建顯得尤為重要，應用虛擬技術全面三維虛擬再現(xiàn)對保護歷史文化遺產(chǎn)有極大的促進作用，同時對旅游、城市規(guī)劃等相關領域也有示范作用。

利用3DVR虛擬現(xiàn)實技術手段，360°虛擬復原元代集寧路繁華全景，是歷史遺址保護發(fā)展方向革命趨勢，它突破了時間和空間限制，在更大范圍內(nèi)服務于社會。元代集寧路遺址的再現(xiàn)是對文化在虛擬現(xiàn)實技術中傳承的一次科學實踐，在尊重場地多元文化真實性的前提下，通過文獻研究、貼合自然環(huán)境等的表現(xiàn)手法，詮釋了該地域的人文精神，為以后研究古遺址等城市規(guī)劃探索出新的方向。

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