基于3D全景现实技术的古村落保护开发研究

樊强强　高路

摘 要：以广东省汕头市风岗村为例，探索了利用虚拟现实技术对古村落进行保护的方法。在现场调研、实地测绘的基础上，将已知信息与数据数字化，经过数据筛选、几何建模，对凤岗村进行了虚拟重建，建立了一个虚拟漫游系统，并提供了含多种漫游方法的人机交互方式，加入外围设备加深沉浸感，对虚拟现实技术应用于古村落保护进行了有益的尝试。

关键词：3D全景现实技术；古村落保护

目前，利用3D全景现实技术实现对人文历史和自然地理遗产浏览漫游的虚拟遗产理念，因其在研究、保护、介绍人文历史和自然地理方面都能起到非常重要的作用，已经得到了广泛的认同。本文尝试采用3D全景现实技术，以凤岗古村落为例展开研究，建立风岗村虚拟漫游系统，不仅保留了风岗村的原始数据，并且重建已被毁坏的建筑，恢复了风岗村原始风貌，为其保护与发展提供科学而直观的依据。

1 运用3D全景现实技术进行虚拟遗产保护思路

3D全景现实技术是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术，通过使用三维全景拼接技术在计算机中全方位互动式观看的真实场景还原展示。基于传统村落保护的特殊性和虚拟现实技术的优势，我们在研究中运用现代建筑技术进行定量检测、科学分析，并利用虚拟现实技术把取得的信息进行数字化重建，从而在不破坏聚落自然生态与人居生活的情况下，使传统聚落的原始资料得以保存，流传于世，同时也提供了直观而科学决策的依据，帮助设计和管理人员做出决策。

2 调研与信息采集

2.1 调研

选取广东省汕头市风岗村作为研究对象。凤岗古村落，因腹地偏小，土地资源匮乏，民居地多选择在山之西麓，依山错落，格局固定，古朴简约，巷道也顺势而建，未能经纬分明。现存位于凤岗山西麓的古民居群多为清、民国期间所建，一般而言，越靠凤岗山的民居，其建设年代越久远。目前正面临着经济发展和旅游开发的巨大压力，并且伴随着外出务工人员曾多，村落老龄化严重的问题，村落正处于巨大的生存危机中，保护迫在眉睫。

2.2 信息采集

为了信息的准确性和采集第一手资料，分三次深入凤岗村进行了为期一个月的信息采集工作。同时还拍摄大量照片，包括全景照片。运用现代建筑物理设备对传统建筑的居住环境进行了实测，为虚拟仿真提供了充分的数据。

3 3D全景村落的构建

三维全景，是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术，使用专业的摄像设备及镜头进行高清拍摄，经过一系列复杂的数学计算及模型投影后，可以在计算机中全方位互动式观看的真实场景还原展示。

3.1 基于几何建模技术的手工建模

将物理的造型转化成数字模型，一般通过两种手段实现——自动建模技术和手工建模技术。鉴于实际情况，使用的建模方式是基于几何建模技术的手工建模方法，采用Sketchup、AutoCAD与3D MAX软件把采集的物理造型转化为数字模型。

3.2 数字化复原风岗村聚落原貌

风岗古村落保存的较为完好，但还是遭到了一定程度的破坏。因此，在数字化过程中，在恢复风岗村原貌的同时，对于毁坏了的建筑物进行了修复处理，对于已经拆除但又有一定历史地位的重要建筑物，通过调查研究，根据实地测绘数据和文献记载进行了重建。

3.3 数据信息的管理

前期采集的各类数据信息和虚拟模型的一致性是数据信息管理的核心。根据测绘建立CAD图库；根据CAD图建立单体模型库（Max模型）；然后再与照片进行比对，在此基础上完成初稿。有计划地对现场进行回访，在现场修改草图；随后修改CAD图，修改草模，形成较精确的模型；最后建立虚拟漫游系统。

4 3D全景村落的虚拟

虚拟现实技术（Virtual Reality）为人机交互界面的发展开创了新的研究领域；为智能工程的应用提供了新的界面工具；为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。这种技术的特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其他现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。虚拟漫游体验包括：

4.1 漫游模式。

在3D全景展示效果中，从人文环境与建筑构造两个方面来加深沉浸感，可以设定线路指引，提供优质的展示线路和实景体验。在凤岗村虚拟现实系统中，为使用者提供三种漫游方式：飞行漫游、行走漫游、旅游地图导航。（1）飞行漫游。在高空的所见的任意场景中飞行漫游，从任何一个角度观看建筑。例如，使用者可以飞行到高空中鸟瞰整个村落，也可以飞到祠堂的房顶观察建筑细节。（2）行走漫游模式。以普通人的视角，漫游整个村落。为保证虚拟环境的真实性，使用者不仅能从视觉上如实看到虚拟环境中的虚拟物体，而且能够身临其境的与其进行各种交互。（3）旅游地图导航。绘制精美的地图展现效果，并标注相应的景点及展示线路，提供优质的展示建议及旅游导览服务。

4.2 智能语音导游。

提供各方位的优质语音讲解服务，讲述当地的文化、历史、传说等，同时结合各方位特定区域的点播式讲解，丰富村落文化宣传，给人以身临其境的優质体验。

4.3 全景嵌入图片、视频。

在全景内嵌入图片、视频，使新的宣传手段与老的宣传手段相结合，在全景内直接观看，视觉效果更震撼。提供多样性的操作体验，如展示视角控制、语音播放控制、景点快速定位设计、方向指示罗盘等特色功能定制。

4.4 丰富的社交媒体结合。

提供互动平台，分享三维虚拟旅游的所见所得，为景区旅游资源及文化带来爆炸式宣传效果，通过网络新媒体拓宽古村落宣传途径。

5 结束语

利用虚拟现实技术建立建筑遗产虚拟漫游系统的优点是，在不改变其原始风貌的基础上进行重建和修复，从而在不破坏自然生态与人居生活的情况下，使建筑遗产的原始数据及现状得以保存；同时也提供了直观而科学决策的依据，帮助设计和管理人员做出科学的决策。对风岗村所做的探索，就是这样一个应用研究项目。实践证明，凤岗村虚拟漫游系统的研制及其应用，从数据采集、管理到建模、虚拟等，对建筑遗产的保护提供了一种行之有效的方法与思路。目前，正在进一步研究的是对古建筑保护中同方案进行分析、比较。在建立总体模型和虚拟系统的基础上，对单体建筑根据不同的保护方案建立不同的模型，通过数据库调入系统中，在虚拟场景中进行实时的比对，以达到最佳的保护效果。

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