昆明大觀樓木結(jié)構(gòu)建筑 VR 可視化表達(dá)研究

董 睿，鄒 麗，陳宇涵，白 天（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院， 云南 昆明 650201）

梁思成曾概括中國(guó)古代建筑特點(diǎn)為盡木材應(yīng)用之能事[1]。木結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)古代建筑體系中有舉足輕重的地位，留存的木結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)歷了時(shí)間的考驗(yàn)，集歷史性、藝術(shù)性和科學(xué)性于一體，具有重要的文物價(jià)值、科研價(jià)值和觀賞價(jià)值。古代遺留的木結(jié)構(gòu)建筑的現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，雖然近年各地逐步推進(jìn)古建筑的保護(hù)和修復(fù)工作，但是依然有不少木結(jié)構(gòu)建筑逐漸消失。究其原因，一方面由于木結(jié)構(gòu)建筑理論本身相對(duì)艱澀，傳統(tǒng)教學(xué)效率低，學(xué)生興趣不高，我國(guó)在這方面的人才較為缺乏；另一方面由于社會(huì)大眾對(duì)我國(guó)木結(jié)構(gòu)建筑及其重要性不甚了解，導(dǎo)致社會(huì)上對(duì)于遺留下來(lái)的木結(jié)構(gòu)建筑的保護(hù)不夠重視。因此，對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑的保護(hù)不能只依靠政策，還需要增加人們對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的興趣，加強(qiáng)大眾對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑的理解與認(rèn)同，進(jìn)行更有效引導(dǎo)與宣傳[2]。

20 世紀(jì) 30 年代初期，Hugo Gernsback 研究的Teleyeglasses，即戴在眼睛上的電視，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1995 年在英國(guó)巴斯舉行的虛擬遺產(chǎn)會(huì)議 (Virtual Heritage) 初次提及了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑研究。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）在國(guó)外建筑展示領(lǐng)域和教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已步入成熟，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)有不少機(jī)構(gòu)在探索將 VR 技術(shù)應(yīng)用于文化宣傳、教育教學(xué)的方法，并在實(shí)踐中有了初步的進(jìn)展。木結(jié)構(gòu)建筑理論復(fù)雜，傳統(tǒng)教學(xué)方式學(xué)生難于理解，VR 的可視化技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)建虛擬的三維空間，突破了傳統(tǒng)空間和時(shí)間的限制，能夠?yàn)樵诙嗑S空間儲(chǔ)存和保留更加全面的信息提供沉浸式交互體驗(yàn)，有利于提高古代木結(jié)構(gòu)建筑教學(xué)的效率。

本次研究以昆明大觀樓對(duì)象，通過(guò)實(shí)地調(diào)研：使用數(shù)碼相機(jī)、魚(yú)眼鏡頭對(duì)昆明大觀樓內(nèi)部 1～3 層進(jìn)行實(shí)景拍攝；使用 PTGui 將拍攝內(nèi)容建立 VR 模型，轉(zhuǎn)化為二維碼進(jìn)行信息開(kāi)放，最后通過(guò)后期網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷的調(diào)研信息反饋，探究 VR技術(shù)對(duì)古代木結(jié)構(gòu)建筑的表達(dá)在實(shí)際教學(xué)、文教宣傳中的信息傳遞效率。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

大觀樓位于云南省昆明市大觀公園內(nèi)，因其面臨滇池，遠(yuǎn)望西山，盡攬湖光山色而得名。大觀樓始建于康熙二十九年 (1690 年)，咸豐七年 (1857 年)被毀，同治五年 (1866 年)重建，后遭大水，光緒二十九年 (1883 年)再修[3]。大觀樓是一座三重檐琉璃戧角木結(jié)構(gòu)建筑，全樓結(jié)構(gòu)穩(wěn)重精巧，莊重秀麗，既與我國(guó)主流傳統(tǒng)建筑文化一脈相承，同時(shí)又具有鮮明的地方民族文化色彩。清乾隆年間，布衣寒士孫髯翁登大觀樓，一氣呵成 180 字長(zhǎng)聯(lián)，后被譽(yù)為“天下第一長(zhǎng)聯(lián)”，樓憑聯(lián)顯，聯(lián)借樓傳，大觀樓遂成云南名樓[4]。大觀樓既為滇中古建筑珍品，又有長(zhǎng)聯(lián)與其輝映，形成與滇池優(yōu)美的自然環(huán)境和昆明深厚的人文積淀相結(jié)合的文化景觀。

本研究團(tuán)隊(duì)分別于 2020 年 11 月 20 日、2020 年 12 月15 日、2020 年 12 月 28 日，對(duì)大觀樓進(jìn)行 3 次數(shù)據(jù)、照片采集，包括建筑室外環(huán)境、室內(nèi)布局、陳設(shè)擺件、陳列裝飾及文化展品。首先對(duì)大觀樓進(jìn)行照片采集，主要包括大觀樓所處區(qū)域室外環(huán)境、大觀樓室內(nèi)布局、室內(nèi)陳設(shè)、各類文化展品和斗拱等；用手機(jī)環(huán)繞拍攝了大觀樓正大門室外環(huán)境和一樓、二樓、三樓的照片；其次，進(jìn)行照片補(bǔ)錄和數(shù)據(jù)測(cè)量。重新拍攝了大觀樓建筑室外環(huán)境和一、二、三層建筑室內(nèi)環(huán)境，并對(duì)三層室內(nèi)抹角梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)量；最后，進(jìn)行照片補(bǔ)錄和細(xì)節(jié)拍攝，對(duì)大觀樓二層室內(nèi)進(jìn)行 360° 照片進(jìn)行補(bǔ)錄。收集大觀樓裝飾色彩、大觀樓外部裝飾，吻獸和寶頂?shù)恼掌?/p>

1.2 研究方法

1.2.1 拍攝方法

全程采用相機(jī)拍攝以保證清晰度。拍攝拼接全景圖所需圖片時(shí)，將三腳架放在場(chǎng)景中所需的位置 (離最近的物體≥60 cm)，保持三腳架水平，將云臺(tái)和手機(jī)置于上面，每旋轉(zhuǎn) 30° 拍攝一張照片，保證每張照片之間的重合率在 30%左右，水平位置拍攝結(jié)束后，將手機(jī)向上傾斜 45°，再次旋轉(zhuǎn)拍攝 12 張圖片，手機(jī)向下傾斜 90°，同上拍攝 12 張圖片。最后拍攝天空和地面，挪走支架，將手機(jī)在原位置水平放置，鏡頭對(duì)準(zhǔn)天空，拍攝一張，手機(jī)旋轉(zhuǎn) 90°，再拍攝一張。拍攝地面時(shí)，將鏡頭對(duì)準(zhǔn)地面，同上拍攝兩張。拍攝建筑內(nèi)部時(shí)需要有足夠的光線，拍攝時(shí)間在早晨或下午，光線太亮?xí)?dǎo)致照片過(guò)曝。拍攝時(shí)同一個(gè)場(chǎng)景內(nèi)若拍攝照片區(qū)別不大，拼接軟件無(wú)法識(shí)別，此時(shí)在場(chǎng)景中放置水瓶或其他易識(shí)別物體輔助拍攝。

1.2.2 全景圖片的合成與修補(bǔ)

圖片拼接是將采集來(lái)的圖片拼接為一張水平 360°×180° 視域的全景圖像。該過(guò)程我們使用 PTGui 軟件來(lái)完成，分為以下步驟。

(1) 加載圖像(選擇除地面外的其他照片)。

(2) 鏡頭參數(shù)設(shè)置，對(duì)準(zhǔn)圖像(選擇對(duì)準(zhǔn)圖像后、鏡頭參數(shù)會(huì)自動(dòng)識(shí)別)。

(3) 錯(cuò)位修正。

(4) 補(bǔ)地拼接(加入地面的圖片，將其與已完成圖像進(jìn)行對(duì)準(zhǔn))。

(5) 創(chuàng)建全景(全景圖的長(zhǎng)寬比設(shè)置為 2:1)。

全景圖創(chuàng)建完成后，因?yàn)榕臄z或者軟件的原因會(huì)產(chǎn)生一些黑洞，需要進(jìn)行修補(bǔ)。可將全景圖導(dǎo)入 Photoshop，利用極坐標(biāo)功能和 PS 修補(bǔ)工具進(jìn)行修補(bǔ)。

1.2.3 基于 720 云平臺(tái)的全景漫游鏈接制作

在 720 云全景公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上將全景圖和圖像、標(biāo)簽、說(shuō)明等信息鏈接整合為一個(gè)整體, 實(shí)現(xiàn)多組全景圖漫游。具體過(guò)程為在 720 云管理后臺(tái)設(shè)置初始點(diǎn)，添加熱點(diǎn)，編輯鏈接點(diǎn)，配樂(lè)，設(shè)置導(dǎo)覽路線，最后保存發(fā)布，生成二維碼和分享網(wǎng)址。使用者可以通過(guò)掃碼或者點(diǎn)擊鏈接觀看此作品。

1.2.4 問(wèn)卷調(diào)查

調(diào)查采用線上問(wèn)卷調(diào)查，用“問(wèn)卷星”生成調(diào)查問(wèn)卷。問(wèn)卷對(duì)象分為建筑專業(yè)及非建筑專業(yè)兩類人群。問(wèn)卷一共分為 5 大塊，分別為基礎(chǔ)信息、對(duì)昆明木結(jié)構(gòu)建筑的了解度和宣傳滿意度調(diào)查、對(duì)本 VR 產(chǎn)品的滿意度調(diào)查、對(duì) VR 表達(dá)木結(jié)構(gòu)建筑的意見(jiàn)。設(shè)計(jì)問(wèn)卷以鏈接和二維碼的形式在網(wǎng)上發(fā)布。

2 結(jié)果與分析

2.1 全景合成結(jié)果

先用 PTGui 將所攝圖片合成一份的全景圖，其間需不斷調(diào)整圖像控制點(diǎn)，以便圖像完美銜接，將圖片長(zhǎng)寬比調(diào)整為 2∶1(因?yàn)?720 云網(wǎng)站的要求，全景圖必須長(zhǎng)寬比為2∶1)之后導(dǎo)入 PS 對(duì)圖像進(jìn)行修補(bǔ)，在修補(bǔ)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)天與地的部分有空洞，這時(shí)必須要使用極坐標(biāo)工具輔助修補(bǔ)，否則合成圖像會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。將修補(bǔ)好的圖像導(dǎo)入 720 云，添加詳解，語(yǔ)音，圖片等，最終保存導(dǎo)出并生成二維碼，方便傳播。

2.2 采樣結(jié)果

2.2.1 關(guān)于人們對(duì)昆明木結(jié)構(gòu)建筑的了解度和宣傳滿意度的調(diào)查

綜合調(diào)查結(jié)果來(lái)看，對(duì)昆明木結(jié)構(gòu)建筑表示感興趣的人較多，其中一半以上的人參觀過(guò)兩個(gè)及以下的木結(jié)構(gòu)建筑。說(shuō)明昆明木結(jié)構(gòu)建筑對(duì)人們有一定的吸引力，大多數(shù)人在生活中或多或少都接觸過(guò)一些木結(jié)構(gòu)建筑。

在木結(jié)構(gòu)建筑的宣傳方面，非專業(yè)組中 52.6% 的人對(duì)昆明木結(jié)構(gòu)的宣傳不滿意，80.0% 的人對(duì)木建筑文化宣傳趣味性很不滿意，88.6% 的人認(rèn)為三維空間宣傳更能吸引到自己，42.9% 的人更希望昆明木建筑能加強(qiáng)保護(hù)管理。專業(yè)組的情況也是類似：70.0% 的人對(duì)昆明木結(jié)構(gòu)的宣傳表示不滿意，75.0% 的人對(duì)昆明木結(jié)構(gòu)的宣傳趣味性表示不滿意，85.7% 的人認(rèn)為三維空間宣傳更能吸引自己。52.4% 的人希望加強(qiáng)對(duì)昆明木結(jié)構(gòu)建筑的保護(hù)和管理。

綜上，可以看出雖然目前群眾對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑的了解不多，但大家有深入了解木結(jié)構(gòu)建筑的訴求，然而目前的一些官方的對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的宣傳不盡如人意，缺少生動(dòng)性和趣味性。

2.2.2 對(duì) VR 展示昆明木結(jié)構(gòu)建筑評(píng)價(jià)調(diào)查

調(diào)查結(jié)果表明，非專業(yè)組中 56.7% 的人對(duì) VR 制作表示滿意，80.0% 的人認(rèn)為通過(guò) VR 了解木結(jié)構(gòu)建筑比通過(guò)傳統(tǒng)方式了解更為直觀，80.0% 的人認(rèn) VR 增加了他們認(rèn)識(shí)木結(jié)構(gòu)的興趣。

專業(yè)組情況也是相似，表達(dá)了對(duì)本 VR 產(chǎn)品的贊許和期待，但是也有 51.0% 的人認(rèn)為 VR 學(xué)習(xí)的效果一般，對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑細(xì)部的表達(dá)不夠清晰。

此外，人們還對(duì)本 VR 產(chǎn)品提出了一些建設(shè)性的意見(jiàn)和一些希望訴求，如希望 VR 產(chǎn)品能夠更加多維度地表達(dá)木結(jié)構(gòu)建筑，希望推廣相關(guān)產(chǎn)品用于木結(jié)構(gòu)建筑的宣傳，希望VR 產(chǎn)品能更加全面地表達(dá)關(guān)于木結(jié)構(gòu)建筑的細(xì)節(jié)內(nèi)容等。

由此可以看出大部分人對(duì) VR 的可視化表達(dá)是抱有樂(lè)觀的態(tài)度的。此方法雖有瑕疵，但是瑕不掩瑜，可以成為彌補(bǔ)昆明木結(jié)構(gòu)建筑宣傳方面的短板的好方法，相比傳統(tǒng)方式更受大眾歡迎。在教育方面，無(wú)論是專業(yè)還是非專業(yè)人士都對(duì)VR 表達(dá)木結(jié)構(gòu)建筑的效果表示滿意。但是如何簡(jiǎn)潔有效地將信息傳達(dá)給觀眾還需要不斷探索。

2.2.3 問(wèn)卷調(diào)查滿意度結(jié)果分析

本次制作 VR 模型，包含昆明大觀樓 1～3 層建筑內(nèi)部場(chǎng)景、內(nèi)外部結(jié)構(gòu)構(gòu)造、斗拱和榫卯結(jié)構(gòu)動(dòng)畫(huà)演示及外部全景。最終產(chǎn)品以二維碼鏈接，人們可以通過(guò)掃描二維碼的方式體驗(yàn)全面的昆明大觀樓，不受時(shí)間和空間的限制。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查收集產(chǎn)品反饋信息后，統(tǒng)計(jì)分析得到可行性結(jié)果，調(diào)查結(jié)果顯示，一半以上的人對(duì)本 VR 產(chǎn)品表示滿意，希望此類 VR 產(chǎn)品可以得到推廣并大量使用。

此外，通過(guò)實(shí)景拍攝制作的 VR 模型，內(nèi)容詳盡，獲取方便，為教學(xué)提供了直觀的素材，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容。

3 結(jié) 語(yǔ)

此次研究建立了昆明大觀樓的實(shí)景 VR 模型，通過(guò)線上、線下的問(wèn)卷調(diào)查收集用戶的反饋信息后，可得出 VR 可視化表達(dá)技術(shù)能夠滿足不同用戶對(duì)于古代木結(jié)構(gòu)建筑的不同需求，可在大學(xué)課堂教學(xué)和景區(qū)大量推廣，達(dá)成了探索VR 在古代木結(jié)構(gòu)建筑的保護(hù)宣傳、教育教學(xué)方面的作用研究目的，實(shí)現(xiàn)了 VR 在古代木結(jié)構(gòu)建筑的可視化表達(dá)的研究?jī)r(jià)值。

本次關(guān)于古代建筑的 VR 建筑研究尚有不足，設(shè)備上存在乏航拍設(shè)備，對(duì)場(chǎng)地的全貌概括有所欠缺。另外，此次模型自主研發(fā)平臺(tái)不足，模型未能進(jìn)一步展現(xiàn)表達(dá)木結(jié)構(gòu)建筑的空間細(xì)節(jié)和工藝等，不利于進(jìn)一步研究。未來(lái)將不斷提升畫(huà)面質(zhì)量，力求獲得更好的展示效果，再將產(chǎn)品通過(guò)網(wǎng)絡(luò)展示到更多人面前，滿足不同用戶對(duì)古代木結(jié)構(gòu)建筑的不同需求。