贛南傳統(tǒng)建筑數(shù)字建構(gòu)改良與VR場(chǎng)景還原研究★

胡天昊，左鋆鈺，袁 海

(江西理工大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，江西 贛州 341000)

傳統(tǒng)村落是民族和國(guó)家的根基，但隨著現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程發(fā)展，傳統(tǒng)古村落正面臨遭受破壞甚至消亡的風(fēng)險(xiǎn)[1]。如此現(xiàn)狀，需基于可持續(xù)發(fā)展的方式對(duì)傳統(tǒng)村落全方位保護(hù)，通過(guò)挖掘其社會(huì)、文化價(jià)值與時(shí)代特征相融合，將優(yōu)秀傳統(tǒng)傳承發(fā)揚(yáng)。與此同時(shí)，伴隨著現(xiàn)代硬件設(shè)備和數(shù)字技術(shù)的不斷更新，對(duì)于古村落的保護(hù)與發(fā)展也提出了多元化的要求。而數(shù)字信息本身具有可儲(chǔ)存、易傳播的特點(diǎn)，無(wú)疑將保護(hù)傳統(tǒng)村落與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，既能激活傳統(tǒng)村落長(zhǎng)久的生命力，也能使其得到更好的繼承和發(fā)展[2]。本文將以贛南傳統(tǒng)村落盧屋村中盧氏宗祠為例，在傳統(tǒng)測(cè)繪建模方式的基礎(chǔ)上結(jié)合新技術(shù)軟件RealityCapture(后文簡(jiǎn)稱RC)對(duì)其進(jìn)行改良以提高建模效率，并圍繞利用Lumion三維渲染軟件(后文簡(jiǎn)稱LU)制作VR全景實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景還原，并結(jié)合云平臺(tái)增設(shè)互動(dòng)元素，提供相關(guān)地域文化的科普，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)古村落進(jìn)行的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示的宣傳與推廣。

1 選址概述

1.1 贛南盧屋村

盧屋村位于江西四大名鎮(zhèn)之一的贛州市南康區(qū)唐江鎮(zhèn)，于 2019年6月6日被列入第五批中國(guó)傳統(tǒng)村落名錄，是一座人文積淀厚重的客家名村。其中的建筑風(fēng)格、禮儀處事都蘊(yùn)含淳樸、濃厚的客家文化氣息，具有鮮明的贛南客家特色。它遺存的古跡彰顯著其中文化底蘊(yùn)，卻也在歲月磨損中盡顯滄桑，許多的建筑已顯露破敗之勢(shì)，而當(dāng)?shù)鼐用駞s無(wú)能為力，一些曾經(jīng)提出的保護(hù)措施也未能落實(shí)下去，使得古村內(nèi)的歷史痕跡正在被悄無(wú)聲息地抹去。

1.2 歷史建筑與人文環(huán)境

盧屋村此處環(huán)境適宜，歷史上賢才輩出，如今保留完整的古跡多是古時(shí)先賢的故居，如師汪故居、景孟公故居。這些古跡既保留了原有的居住空間形制，同時(shí)也影響著此處一代代人民生活習(xí)慣。除故居舊址外，在這份地域文化的背后，也孕育出了許多順應(yīng)環(huán)境條件的特色建筑，如沙塘里民居、大隆巷騎樓等。這些建筑如今既是往來(lái)游客可以進(jìn)出參觀的古跡，部分也依舊保留了居住功能仍被使用，使得建筑古跡不至于孤立于世外而荒廢破敗。除此之外，在盧屋村還有一座宗祠建筑，作為整個(gè)盧屋村的文脈基石。盧氏宗祠是整個(gè)盧氏宗族所在村落的核心建筑，每逢佳節(jié)、婚嫁等重大事件，盧氏族人都會(huì)圍繞此地展開(kāi)活動(dòng)，儼然已經(jīng)成為整個(gè)村落的精神寄托，宗祠是贛南客家人的根[3]，守護(hù)好宗族祠堂，便是一種文脈的延續(xù)。

2 數(shù)字建構(gòu)改良

建筑數(shù)字建構(gòu)有多種途徑，先進(jìn)的建構(gòu)方式是使用LiDAR遙感技術(shù)，采用無(wú)人機(jī)實(shí)物掃描生成點(diǎn)云進(jìn)行智能建構(gòu)，同時(shí)可以自動(dòng)生成模型[4]。但此方法存在點(diǎn)云數(shù)據(jù)龐大、運(yùn)算硬件要求苛刻、設(shè)備成本過(guò)高的客觀問(wèn)題，同時(shí)較大的缺陷在于其掃描只可識(shí)別表皮，被遮擋的內(nèi)部空間不可精確反饋，并且模型整體性較高，編輯難度大。傳統(tǒng)的實(shí)地調(diào)研測(cè)繪平立剖再通過(guò)手動(dòng)模型構(gòu)建的方式其組件可編輯，內(nèi)部細(xì)節(jié)也能進(jìn)行反饋。但基于我國(guó)優(yōu)秀的文化底蘊(yùn)，在傳統(tǒng)建筑中誕生了眾多精美的雕刻構(gòu)件，其在傳統(tǒng)建筑的發(fā)展上頗具研究?jī)r(jià)值[5]。而這些無(wú)論是門窗構(gòu)件等還是細(xì)部雕花，對(duì)于建模而言卻是復(fù)雜且煩瑣的。而本文針對(duì)盧氏宗祠的數(shù)字建構(gòu)將以建筑常用建模軟件Skechup(簡(jiǎn)稱SU)輔以照片智能建模軟件RC為例，在傳統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上提出了一些現(xiàn)代化的技術(shù)改良。操作流程如圖1所示。

RC軟件優(yōu)勢(shì)在于對(duì)質(zhì)量和準(zhǔn)確性的把控與對(duì)硬件的低要求，提高用戶的工作效率的同時(shí)，降低了設(shè)備門檻。在軟件操作前需先針對(duì)目標(biāo)構(gòu)件拍攝一定數(shù)量的多角度照片作為樣本。將樣本導(dǎo)入RC后，首先按下F5進(jìn)行基礎(chǔ)場(chǎng)景創(chuàng)建，模型初具雛形時(shí)即可終止分析，通過(guò)軟件的范圍框和定位軸選定建模物件范圍再F7鍵模型重構(gòu)，此計(jì)算過(guò)程會(huì)隨素材量的增加而延時(shí)，同時(shí)最后模型三邊形網(wǎng)格也會(huì)越密集，即模型精度更高。經(jīng)測(cè)試20張樣本為基本要求，30張及以上生成模型質(zhì)量最佳。模型生成后進(jìn)行F9鍵材質(zhì)分析定位，完成后將得到高精度模型(見(jiàn)圖2)。此時(shí)模型的精度過(guò)高，會(huì)增加最后模型處理負(fù)擔(dān)，可根據(jù)展示需要進(jìn)行減面功能“Simplify Tool”處理，如花紋構(gòu)件多為貼圖展示，可控制三邊面在2 000，而如抱鼓石、雀替等單體構(gòu)件設(shè)置為5 000效果較好。完成減面處理后重新進(jìn)行F9鍵材質(zhì)定位，可得到質(zhì)量和精度兼?zhèn)涞哪Ｐ?。?dǎo)出文件為Obj格式可附上材質(zhì)文件，通過(guò)deep exploration或3DMax等軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換即可導(dǎo)入各類建模軟件進(jìn)行模型處理。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，此工具采集的樣本必須為全局樣本，局部照片并不能根據(jù)特征點(diǎn)而被識(shí)別并且會(huì)增加識(shí)別障礙，也就意味著此軟件的建模方式與前文提及無(wú)人機(jī)掃描建模一般，只能生成表皮模型，即不可對(duì)建筑整體拍照進(jìn)行模型生成。因此用該方法結(jié)合傳統(tǒng)測(cè)繪的建模方式，既兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)測(cè)繪對(duì)于墻柱梁等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件制作的簡(jiǎn)易高效，又兼顧了局部復(fù)雜構(gòu)件制作的高效、美觀、真實(shí)，是對(duì)傳統(tǒng)方法結(jié)合新技術(shù)進(jìn)行發(fā)展，提高傳統(tǒng)建筑數(shù)字建構(gòu)的效率。

3 基于Lumion的VR全景渲染

VR全景是在微機(jī)平臺(tái)上基于靜態(tài)圖像實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示的一種新型方式。讓人們能借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)下的720°全視角的自由瀏覽，從而體驗(yàn)到可互動(dòng)的三維視覺(jué)。目前針對(duì)傳統(tǒng)建筑的虛擬還原還有采用Unity3D引擎的渲染和SteamVR聯(lián)動(dòng)的數(shù)字還原模式[6]，而VR全景與之相比圖面更真實(shí)，可通過(guò)調(diào)整材質(zhì)、色彩等還原出場(chǎng)所環(huán)境特性，也能更直接的烘托出老村古韻的氣質(zhì)，且實(shí)踐制作環(huán)節(jié)更高效，在傳統(tǒng)建筑的數(shù)字化繼承與推廣應(yīng)用方面更合適。

Lumion作為一款三維可視化模型渲染軟件能夠構(gòu)建真實(shí)、生動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景[7]。本文采用LU渲染除了因?yàn)槠渲庇^、便捷、高效的優(yōu)點(diǎn)外，更依賴于其自6.3版本后加入了VR全景渲染的功能。LU對(duì)模型的處理主要在于材質(zhì)的詳細(xì)參數(shù)和渲染時(shí)特效參數(shù)的設(shè)置上。針對(duì)像盧屋村這類贛南古村傳統(tǒng)建筑的渲染，出于對(duì)場(chǎng)景還原的氛圍感的營(yíng)造，本文通過(guò)針對(duì)此類建筑大量主要材質(zhì)的渲染測(cè)試，提供一套經(jīng)驗(yàn)數(shù)值的參考(見(jiàn)表1)。其中風(fēng)化參數(shù)可豐富材質(zhì)的紋理以提高場(chǎng)景細(xì)膩程度。通過(guò)研究場(chǎng)景還原渲染的效果總結(jié)得出，渲染真實(shí)感是通過(guò)對(duì)自然氣候環(huán)境和場(chǎng)地要素的塑造間接反饋在建筑物理材質(zhì)上所呈現(xiàn)的結(jié)果。因此圍繞自然天氣環(huán)境進(jìn)行有選擇的場(chǎng)景渲染，既能豐富瀏覽體驗(yàn)，也能提高渲染品質(zhì)。本例中考慮到贛南地區(qū)春秋雨季多發(fā)，常有綿綿細(xì)雨，所以盧氏宗祠的渲染是選擇雨過(guò)天晴的條件進(jìn)行場(chǎng)景氛圍營(yíng)造，烘托古村雨后的煥然一新的氛圍。在LU渲染特效參數(shù)上，“沉淀”“真實(shí)天空”“顏色校正”這三個(gè)渲染特效可還原自然氣候環(huán)境并且有效提升渲染質(zhì)量，但這些參數(shù)只能根據(jù)從業(yè)者個(gè)人審美反復(fù)渲染測(cè)試來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

表1 LU古建常見(jiàn)材質(zhì)參考參數(shù)

完成材質(zhì)和特效的參數(shù)設(shè)定后需要布置渲染點(diǎn)位，而對(duì)于系列VR全景會(huì)設(shè)置多個(gè)點(diǎn)位，來(lái)實(shí)現(xiàn)移步換景的互動(dòng)效果。因此展示室外和室內(nèi)的場(chǎng)景變化時(shí)，要充分考慮到展示核心的改變。室外側(cè)重建筑置地環(huán)境的展示，要求環(huán)境要素表達(dá)完善、布景豐富；室內(nèi)側(cè)重建筑細(xì)部和空間組織的展示，可以布置物件元素與人文活動(dòng)進(jìn)行聯(lián)系，使得瀏覽的全景畫面更有可讀性。點(diǎn)位布置完畢后可渲染導(dǎo)出VR全景。

4 互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的VR全景推廣

LU渲染的全景圖片可以借助網(wǎng)絡(luò)上的云平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)元素的編輯以及效果展示與推廣。720云網(wǎng)站平臺(tái)通過(guò)上傳LU渲染的全景圖片到云端后，作者可以利用其平臺(tái)編輯器，加入文字、音樂(lè)、圖片、視頻、鏈接等元素豐富作品展示，使瀏覽者能在互動(dòng)中漸進(jìn)場(chǎng)景，感受數(shù)字虛擬還原視角下的古建筑獨(dú)特風(fēng)貌(見(jiàn)圖3)。對(duì)于歷史建筑的展示，要充分利用這些附著元素?cái)U(kuò)展資料信息。根據(jù)實(shí)地調(diào)研采集的史實(shí)資料，補(bǔ)充介紹該古村場(chǎng)景的環(huán)境背景、人文歷史、特色文化、建筑工藝等，使瀏覽者不僅能身臨其境地體驗(yàn)數(shù)字技術(shù)與建筑藝術(shù)結(jié)合的魅力，更能通過(guò)在瀏覽時(shí)與元素的互動(dòng)了解更深層的文化內(nèi)涵，為古村延續(xù)與傳播提供綿長(zhǎng)的生命力。古村保護(hù)通過(guò)借助數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行跨領(lǐng)域的結(jié)合，利用數(shù)字信息作為傳播媒介進(jìn)行廣泛宣傳，這些落魄的古村才有機(jī)會(huì)被現(xiàn)代人所了解。

5 結(jié)語(yǔ)

該研究?jī)?yōu)化了傳統(tǒng)測(cè)繪建模方式中對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)贛南地區(qū)傳統(tǒng)村落建筑盧氏祠堂的存檔記錄，并且對(duì)其文脈傳播進(jìn)行了創(chuàng)新性探索，操作方法具有傳播性、實(shí)用性。需要注意的是RC智能建模效率和質(zhì)量固然可靠，但是其對(duì)樣本規(guī)模的要求在實(shí)踐中有時(shí)也較難處理，還是需要用戶依靠其他工具捕捉更多角度的素材。此外LU的渲染品質(zhì)除了本文提供的材質(zhì)參考數(shù)值外，更多還是依賴于用戶的個(gè)人審美和操作水平，需要用戶不斷嘗試以獲得最佳效果。前者在未來(lái)技術(shù)水平提升后應(yīng)會(huì)有較好的解決，但后者還是需要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行改善。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)愈發(fā)成熟，數(shù)字技術(shù)建構(gòu)形成的虛擬載體將愈發(fā)利于互聯(lián)網(wǎng)的傳播，從而提高古村落的影響力，這將在古村落傳統(tǒng)建筑的保存和宣傳上存在著積極的意義。而在全景VR展示的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的交互功能促進(jìn)文化傳承的多樣性和兼容性還需要不斷探索，這樣才能更好的回應(yīng)眼前傳統(tǒng)古村落文脈保護(hù)與傳承的問(wèn)題。