基于虚拟现实技术对徽州古建筑传承保护的方法

冯裕良(黄山学院 艺术学院，安徽 黄山 245041)

基于虚拟现实技术对徽州古建筑传承保护的方法

冯裕良
(黄山学院 艺术学院，安徽 黄山 245041)

徽州古建筑近年来由于自然和人为原因损坏和盗失严重，因此对古建筑的保护传承亟待改善和保护。虚拟现实技术对古建筑的保存和传承有着自身特有的优势，本文从虚拟现实的特征、关键技术和保护方案提出可行性分析，供相关同行参考。

虚拟现实；徽州；古建筑

近几年网络媒体和电视中虚拟现实是出现频率较高的词汇。在国内发达城市出现了较多的虚拟现实体验馆，让普通人也能体验虚拟现实技术带来不同的视觉感受。其实虚拟现实技术的历史并不是近年出现的，早在20世纪末就受到了相关科技工作者的广泛重视。近些年来，随着社会经济和城市化进行的发展，徽州古建筑的保护面临着岌岌可危的现状。政府部门和民间组织投入一定的保护措施，但仍急需要一种新型的手段来保护和传承这些文化遗产。

1 虚拟现实技术的重要特征

虚拟现实能够有效的呈现真实世界中的视觉、听觉、味觉等，同时让体验者得到真实感受，使体验者参与到虚拟的环境当中而不能分辨出真实与虚假的境界。如奥迪汽车虚拟展示：当你进入一个虚拟的汽车展销现场，你会看到汽车的各种款式、配置。并结合实景操作进入汽车内部进行真实驾驶活动，得到与现实当中一样的驾驶感受。汽车的轰鸣、推背感、漂移感这些使你身临奇境。

1.1 沉浸感 沉浸感又称临场感，他是指体验者在虚拟环境中的感受真实程度。虚拟现实让体验者最大程度在计算机所模拟的三维虚幻环境中产生现实中的真实感。当参观者进入徽派建筑虚拟世界当中时，可以瞬间回到明清时代具有穿越历史的真实感，能看到建筑的外貌同时能感受当地的自然环境。

1.2 互动性 互动性是虚拟现实技术增加真实感的又一特点。在现实世界中人与空间、物体、人物等都有相应的接触和反馈。当人进入虚拟世界抓取一个物体，它的重量、光滑度、温度等时时反馈给体验者，同时物体的移动跟随达到现实的真实性。当参观者进入徽派古建筑内部，你可以自由行走到建筑的每一个角落，能够全方位观察每一个感兴趣的构件，同时对建筑本身的功能进行操作，如：推门进入、搬动相应的椅子等。

1.3 实时性 实时性是指在模拟的环境中物体根据自然物理定律的动作得到相应的反应程度，让计算机模拟相应的响应效果。比如模拟同一个玻璃瓶从不同的高度扔下来，得到不同的破碎效果。在徽派建筑的体验中用手轻轻触碰桌子上的青花碗，碗能够根据力度的方向、大小、做出现实中的物理反应。根据不同的季节实时变化相应的外部自然面貌等等。

2 虚拟现实保存和展示古建筑的关键技术

在对徽州古建筑虚拟现实模拟的过程中，首先要保证对建筑的真实保存，这对计算机的复制提出了较高的要求。

2.1 三维模型创建技术

在虚拟环境中模拟真实世界，客户看到的任何物体都是计算机进行创建的三维模型，对于模型的创建目前有多种方法实现。

a、对于现实当中真实存在的徽派建筑，可利用三维扫描设备进行数字化转换，尽可能加大模型采集精度保正模型的真实还原度。同时对模型进行优化处理，减少模型数据量以保证系统运行效果。

b、对于已经损坏或消失的徽派建筑或构建，可以通过前期数据收集保证数据模型真实程度，利用三维计算机软件3DMAX、MAYA、zbrush等三维制作软件进行重建复原。

2.2 三维实时技术

在目前三维图像实时技术已经较为成熟，成功案例较多分布在游戏类型的产品当中。现阶段主流使用的Unity Technologies公司开发的unit3D引擎软件、Epic Games公司开发的虚幻引擎4软件都能达到实时显示的效果，同时能够实现刷新率达到90-120帧/s。在保证图形质量和图片内容复杂程度，这样的刷新率已经能保证客户避免出现晕眩感和失真度。同时计算机自身硬件的计算速度和显存度在目前高配置的硬件已经能够满足虚拟现实的运行计算速度。如：因特尔cpu第七代、英特尔独立显卡GTX980以上型号均可运行相应VR程序。

2.3 虚拟现实显示设备及追踪感应技术

Virtual Reality是在三维环境中进行人机互动，要求人物动作信息被计算机准确捕捉并做出相应回应。要求传感技术精度高、反应快。目前市场上在售的HTCvive头盔设备搭载两个定位设备、两个手柄外设设备，基本上满足现有VR交互程序运行。通过将近一年的市场运作后近期推出无线传输设备，改变了现有的有线传输方案。同时此头盔的画面刷新率达到90帧/S，基本解决了佩戴者晕眩问题。Sony、Google、小米等科技公司都推出了相应的虚拟现实头盔设备，这些头盔目前都还有一定的缺陷，但随着技术的发展进步将会有很大的改变。

3 虚拟现实技术保护传承古建筑方法

黄山地区是徽州古建筑分布较为集中的地区，黄山市政府实施了“千村百幢”古民居保护利用工程，对文化遗产起到一定的保护作用，但对于古徽州的建筑保护来说只是很小的一部分。虚拟现实技术的使用是一个有效的办法。

3.1 三维建筑数据采集创建模型

在三维建筑数据采集过程中较多采用三维激光扫描技术如：托普康GLS1500，通过非接触式的扫描手段进行采集，它不仅能够适用于简单场景，同样适用复杂测量问题。通过现场勘查掌握建筑基本的情况，设定测算机器扫描范围并同时标注设备架设点，结合现场情况设定扫描路径。为避免出现衔接错误问题，尽量扫描范围有重叠区域。在实施过程中必须设定合理的扫描距离范围，并圈定扫描目标，提高工作效率。在点云密度的设置方面根据建筑表面细节多少来确定，较多细节一般设置为1CM激光点位间隔，平滑部分设置2CM以上间隔。本设备自带目标拍照功能，因此同时可以采集建筑表面纹理贴图。通过以上设置操作便可以采集需要的建筑模型，通过相应设备软件进行保存成OBJ或FBX格式备用。

3.2 虚拟模型创建及UV、材质

对于损坏较为严重的建筑构件及遗失建筑，只能通过三维软件进行三维建模重建。在模型制作过程中应该遵循细节充分、面数适中、布线均匀规矩的建模方法。利用UNFOLD软件进行UV设定，要注意UV拆割合理性避免软件计算提示拆分错误。同时可以通过相机拍照、网络搜集等方法收集模型材质，并通过PHOTOSHOP软件或三维贴图材质制作软件进行材质绘制。

3.3 虚幻引擎制作

目前用于虚拟现实制作的软件虚幻引擎、unity3D等引擎都能实现，可根据个人擅长进行选择。规划虚幻引擎设定文件路径，进入内容管理器选择导入命令，模型文件导入进虚幻引擎。模型格式尽量采用FBX格式，FBX格式可以携带模型、纹理、材质、动画等数据信息。进入虚幻引擎后需要把每个模型数据回归至原点保证不会出现坐标偏移问题。模型进入后通过虚幻引擎自带的材质系统进行相应的材质更换。为建筑模型添加灯光系统，根据客户要求进行设定。室内一般使用点阵光源，窗外透进室内一般布一盏聚关灯，同时室外布天光光源，然后对每盏灯光进行细节调整。最后要对场景模型进行必要的优化，删除场景中不必要的模型，输出适合展示设备的客户端。

4 结语

虚拟现实技术在保护和传承徽州古建筑方面有着非常广泛的应用空间，同时随着虚拟现实技术的发展，现实设备和硬件的便携化，必然带动更多的相关产业的发展和应用。

〔1〕冯裕良. 《数字三维动画MAYA》课程教学心得〔J〕. 北极光,2015(10)：57-58.

Reflect on the Inheritance and Protection of Huizhou Ancient Architecture based on Virtual Reality Technology

FENG Yu-liang

(ArtsDepartment,HuangshanUniversity,Huangshan,Anhui, 245041,China)

Recently, due to natural and artificial damage, it is necessary to improve and protect ancient architecture. The virtual reality technology has its unique advantages on preservation and inheritance of ancient architecture. Based on the characteristics, key technology and protection schemes for the virtual reality, the paper puts forward the feasibility analysis for relevant reference.

Virtual reality; Huizhou; Ancient architecture

2017-01-15

国家级大学生创新训练项目：基于HTCvive设备的沉浸式VR展示制作研究(l201610375031)阶段性成果；安徽省高校人文社科研究重点项目：VR虚拟现实技术在徽州雕塑数字化修复及展示中的应用研究——以徽州石雕为例，阶段性成果；安徽省高校人文社科研究一般项目：新媒体环境下徽州漆艺传承性研究，阶段性成果；安徽省高校人文社科研究一般项目：基于徽州竹文化下的现代竹木家具设计研究，阶段性成果；安徽高校人文社科研究重大项目《基于设计美学的徽派建筑传承与创新研究》(SK2015ZD23)项目阶段性成果；安徽省高等教育振兴计划重大教研项目《基于徽文化的应用型设计学专业教学改革研究》(2014zdjy121)项目阶段性成果。

冯裕良(1982-)，男，河北沧州人，黄山学院艺术学院讲师，研究方向为动画设计学。

1008-3723(2017)02-005-03

10.3969/j.issn.1008-3723.2017.02.005

TU201.4

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