VR技術(shù)在古建筑保護與設計中的應用研究

苗群英 杜潔

摘要：伴隨技術(shù)的發(fā)展、科學的進步，VR技術(shù)迎來了新高潮，由于VR技術(shù)設備的成本不斷降低，技術(shù)不斷趨于成熟，因而受到普遍關(guān)注，并在相關(guān)領域掀起了一股應用風潮。將虛擬仿真系統(tǒng)中的VR技術(shù)應用于古建筑保護和設計，可以有效提升古建筑的保護效果，延長古建筑的壽命，深受專家學者重視。本文首先闡述了VR技術(shù)的概念，其次，通過案例分析等手段分析VR技術(shù)對古建筑保護與設計的意義，最后探討VR技術(shù)在古建筑保護和設計中的應用，希望有助于今后該領域的研究。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；VR技術(shù)；古建筑；保護與設計

伴隨科學的發(fā)展、社會的變遷，VR技術(shù)應運而生，逐漸被應用于各行各業(yè)，在工業(yè)、教育、醫(yī)療等領域內(nèi)取得顯著成就[1]。在我國大力發(fā)展文化旅游的政策引導下，以古建筑為主要旅游標志的景點層出不窮，各地都開始保護、開發(fā)古建筑，如何在不破壞古建筑原始風貌的基礎上對其進行保護，是一個重要的問題。虛擬仿真系統(tǒng)中VR技術(shù)的應用，能有效防止在古建筑保護、研究、展示和利用中出現(xiàn)損壞古建筑的現(xiàn)象，使用VR技術(shù)對古建筑進行仿真處理，既能保護古建筑，又能給游客帶來獨特、新穎的視覺體驗[2]。

一、VR技術(shù)的含義

VR技術(shù)是一種應用廣泛的虛擬仿真技術(shù)，是指利用一定的技術(shù)手段將原本真實存在的事物虛擬化，用這種方式呈現(xiàn)的結(jié)果十分逼真，給人身臨其境的感受。利用VR技術(shù)刺激人的感官，從而使游客獲得更好、更全面的體驗，如平時一些電子游戲就會應用VR技術(shù)，增強玩家的參與感，一些高校也會開設VR實驗室，在講解傳統(tǒng)課堂難以闡明的技術(shù)和實驗效果時，可以有效發(fā)揮VR技術(shù)的直觀性、真實性等特點[3]。VR仿真是指營造立體三維環(huán)境，建立與真實情境基本相似的虛擬仿真系統(tǒng)，展現(xiàn)逼真的仿真效果。將VR技術(shù)應用于古建筑的保護與設計，也是該領域的一項重要突破，對古建筑的保護具有重要意義。

二、我國古建筑保護存在的問題

（一）古建筑保護意識有待增強

文化保護工作的切實、妥善地進行，不僅取決于黨和政府的政策，還有賴于全民增強文物保護意識。近些年，人們的文物保護意識逐漸增強，有關(guān)部門也出臺了古建筑保護的政策，但部分人仍然缺乏文物保護意識，對一些物質(zhì)文化遺產(chǎn)造成了破壞。古建筑不是屬于個人的，而是屬于國家、屬于全人類的，是全人類的共同財富，每個人都要有保護文化遺產(chǎn)的責任和意識。

（二）古建筑保護技術(shù)不夠先進

當前，古建筑保護的技術(shù)水平普遍落后，一些地區(qū)對古建筑的保護只做表面功夫，起不到實質(zhì)性的保護作用。一些地方政府為了促進旅游業(yè)的發(fā)展，將古建筑設為景區(qū)卻疏于管理和維護，或是對古建筑過度改造，嚴重破壞其原態(tài)，導致許多古建筑出現(xiàn)毀壞、坍塌等嚴重問題。保護工作的落實，不能只依靠口頭宣傳，還需要大量的資金投入和技術(shù)引進，我國目前雖然高度重視古建筑保護，但技術(shù)還遠遠不夠，只有引入新技術(shù)，才能真正做好古建筑保護工作。

三、VR技術(shù)在古建筑保護與設計中的意義

（一）提升古建筑展示效果

古建筑擁有悠久的歷史，是研究古代建筑知識的教科書。許多古建筑業(yè)已消失，或僅存殘垣斷壁，難以修復和復原，成為文化損失。傳統(tǒng)的古建筑保護和設計工作主要是由考古專家、古建筑專家和旅游部門共同合作完成，但是這種保護方式成本太高，且操作難度大，耗費人力物力多，因此不適合長期進行和推廣。VR技術(shù)的應用為保護古建筑原狀和充分展示古建筑的基本結(jié)構(gòu)等提供了新的路徑，進一步發(fā)揮了古建筑的歷史價值和文化價值[4]。游客在觀看VR產(chǎn)品時也會更具真實感，能多角度欣賞古建筑的美。VR技術(shù)能降低古建筑保護和設計工作的成本，呈現(xiàn)良好的展示效果，值得推廣。

（二）延長古建筑生命力

古建筑年代久遠，其建筑本體、地基、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等或多或少會被自然或人為破壞。VR技術(shù)既能展示建筑風貌又能延長建筑壽命，由VR技術(shù)構(gòu)建的古建筑場景能達到仿真的效果，全面展示古建筑的內(nèi)部細節(jié)，游客通過VR技術(shù)營造的場景就能游覽古建筑全貌[5]。

（三）整合古建筑文化

古代建筑在長期發(fā)展的過程中，其功能和造型基本完善，不同年代的古建筑是研究歷史的重要物質(zhì)資料。利用VR技術(shù)可以使古建筑得到更好的保護，全面、系統(tǒng)地展現(xiàn)古建筑的文化資源，給游客帶來良好的體驗。游客參觀VR古建筑后能對古建筑形成更加全面的認知，對古建筑文化的宣傳也有重要作用。

（四）增強傳播力度

文化傳播有很多制約因素，在古建筑保護工作中運用VR技術(shù)可以有效突破空間、時間的限制，采集古建筑的圖像和結(jié)構(gòu)形態(tài)，進行處理加工，使人們可以更加清楚地了解古建筑的形態(tài)和風韻，認識古建筑的美。

三、VR技術(shù)在古建筑保護與設計中的應用

（一）三維數(shù)據(jù)獲取

使用VR技術(shù)時，首先要獲取古建筑的三維數(shù)據(jù)，其次選擇合適的測量方式獲取古建筑的高精度數(shù)據(jù)，做好前期的準備工作[6]。獲取數(shù)據(jù)后進行三維建模，根據(jù)數(shù)據(jù)，利用三維坐標定位古建筑的位置，確定古建筑的高度、占地面積、建筑面積以及地形情況。在獲取數(shù)據(jù)的過程中要注意，因為古建筑通常為木質(zhì)結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)，柱梁、榫卯等部位結(jié)構(gòu)往往十分復雜，所以要使用圖像生產(chǎn)法、激光掃描法等多種方法，快速、準確地獲取古建筑的內(nèi)部數(shù)據(jù)，協(xié)助三維建模[7]。

（二）古建筑保護

現(xiàn)場數(shù)據(jù)是合成古建筑三維場景的有效依據(jù)，獲取后才能對三維模型進行虛擬化處理。通過計算機建造三維立體模型，打造古建筑場景的基本結(jié)構(gòu)和周邊虛擬環(huán)境，模擬古建筑主體結(jié)構(gòu)，主要通過對建筑內(nèi)外部的數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一處理、整合、分析之后利用攝影系統(tǒng)獲取建筑外立面結(jié)構(gòu)和材料信息，用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對古建筑進行材料模擬，最大限度地還原古建筑真實場景。非接觸測量技術(shù)是指在不接觸古建筑本體的情況下，通過掃描等手段獲得有效數(shù)據(jù)，降低測量過程中對古建筑造成破壞的概率，還可以制作3D效果的古建筑紀錄片，游客通過觀看紀錄片就能了解古建筑的內(nèi)部情況。紀錄片的制作要尊重古建筑的真實性和歷史性，在制定古建筑修復方案的前提下保證古建筑修復方案的可靠性[8]。

四、案例分析

白馬寺是我國佛寺建筑的代表，寺內(nèi)珍藏著大量的壁畫、經(jīng)文等資源，具有重要的旅游價值、研究價值和文化價值。作為洛陽市的明信片，多年來，該建筑一直受到洛陽市保護。洛陽市除了制定相應的保護政策，還通過開發(fā)旅游獲取保護資金。近年來，該市將目光投向技術(shù)創(chuàng)新，嘗試將虛擬仿真系統(tǒng)的VR技術(shù)應用于白馬寺的保護設計，將現(xiàn)代技術(shù)的優(yōu)勢與歷史文化資源結(jié)合。游客走進白馬寺后，首先映入眼簾的是由VR技術(shù)制作的白馬寺整體場景，技術(shù)人員利用UE4引擎技術(shù)創(chuàng)建白馬寺場景，同時結(jié)合Unity 3D技術(shù)實現(xiàn)白馬寺內(nèi)各種建筑的展示效果。游客戴上特制的VR眼鏡就能欣賞白馬寺景觀，不用進入白馬寺內(nèi)部，就能看到白馬寺中的壁畫作品、寺內(nèi)陳設等，及時了解自己所處的位置，對白馬寺進行深入了解和探索。在構(gòu)建白馬寺VR環(huán)境之初，工作人員利用對比渲染的方式增強整體的展示效果和真實性。如制作藍天白云、綠樹紅花的場景烘托白馬寺的外部景觀，并利用不斷變換的燈光渲染建筑的整體氣氛，搭配不同場景的音效，使游客獲得視覺和聽覺上的雙重享受。

白馬寺的VR設計應用交互式設計理念，從游客視角構(gòu)建白馬寺的整體虛擬環(huán)境，在參觀的過程中形成沉浸式體驗，使游客如同身處其中。虛擬場景中除了畫面、音效以外，還加入了文字介紹，游客不僅可以觀看虛擬場景的視頻，還能借助文字說明了解白馬寺，深刻體會白馬寺燦爛悠久的歷史文化。

五、結(jié)語

VR技術(shù)的應用為古建筑保護帶來了很多便利。在文物保護工作中，VR技術(shù)彌補了傳統(tǒng)古建筑保護體系的缺陷，通過模擬真實場景的方式再現(xiàn)古建筑原有場景，使游客獲得更細致、有趣的觀賞體驗與感受，減少游客參觀時對古建筑造成的影響。VR技術(shù)的應用不僅為古建筑保護工作指出了一條全新的道路，還推動了我國文化旅游事業(yè)的進一步發(fā)展。

基金項目

本文系江蘇高校哲學社會科學研究項目“虛擬仿真系統(tǒng)的VR技術(shù)在室內(nèi)設計中的應用研究”（項目編號：2020SJA0833）的階段性成果。

參考文獻

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