徽州牌坊VR虚拟现实数字化保护与沉浸式研究

陈 旺，朱米娜

（安徽机电职业技术学院 信息工程系，安徽 芜湖 241000）

徽州牌坊VR虚拟现实数字化保护与沉浸式研究

陈 旺，朱米娜

（安徽机电职业技术学院 信息工程系，安徽 芜湖 241000）

本文研究旨在从虚拟现实（VR）技术的角度阐述如何运用数字化手段对徽州牌坊进行保护，研究虚拟现实技术对徽州牌坊进行还原和再创造，建立在传承创新的基础上，去挖掘徽州牌坊内在的文化价值，力求在该领域实现新的突破，使徽州牌坊重获“新生”.

徽州牌坊；虚拟现实；数字化；沉浸式

人类历史上最伟大的艺术之一就是建筑艺术，它不仅可以为人们遮挡风雨，具有实用价值，而且它又真实的记录着人类社会的发展过程，具有极强的文化艺术价值[1].具有“牌坊之乡”美称的徽州，将牌坊这一特殊的建筑艺术表达的淋漓尽致，尽显其深厚的文化底蕴.建造出来的牌坊，它们都具有各自独特的意义，且在每座牌坊的背后也都蕴藏着感人的故事.这些牌坊都是巧夺天工、精雕细琢的艺术品，在造型设计、建造技艺以及布局等方面都具有相当高的艺术性，它们承载了徽州传统的优秀雕刻技艺，是徽雕艺术表现的重要载体之一，具有极高的艺术价值、审美价值和教育价值[1].然而，徽州牌坊长期暴露于户外，随着时间的推移，牌坊的精美石雕风化剥蚀日趋严重，很多结构荡然无存，数字化再现徽州古牌坊原貌的工作势在必行.网络与计算机技术的高速发展使人类迈入进了一个全新而崭新的时代，近年来不论在产业领域、教育领域或是研究领域，“虚拟现实(VirtualReality，简称VR)”无可厚非被当作热点，2016年被称为“虚拟现实元年”.因此利用虚拟现实（VR）技术通过其沉浸感、交互性及构想性的显著特征对徽州牌坊进行修复、重现、保护和传承，不仅为徽州牌坊的传承保护提供了另外一条路径，解决了徽州牌坊保护面临的现实问题，也为推动弥足珍贵的非物质文化遗产徽雕艺术的传承发展提供了新的研究思路，以期从最大程度上传承徽雕艺术和发扬徽文化.

1 徽州牌坊的保存现况

牌坊作为传统古代建筑中的一朵奇葩，形态独特，发展至今.牌坊的造型设计来源于门，在保障门的基本功能的基础上，又与艺术融为一体，贯穿于中国漫长悠久的封建社会，不仅具有极强的实用性和观赏性，而且也记录着社会的变革与发展，蕴藏着深厚的文化底蕴和价值.在中国漫长的历史发展过程中，徽州作为一座古城起到了举足轻重的作用，人们将徽州祠堂、民居、牌坊并称为“徽州三绝”，其中牌坊是与民居、祠堂并存的文化符号，不仅是徽文化的展示体现，同时也是华夏文化的继承弘扬.徽州牌坊有很多种类，不同种类的牌坊各具特点，不仅承载着徽州人独特的艺术审美方式，在一定程度上也反映出了古徽州地区人们深受程朱理学的影响，儒家精神里妇道伦理、男权至上等的熏陶.据记载，徽州牌坊盛起于唐宋，至明清达到其辉煌时期，明清时期徽商不遗余力地通过立牌坊来传世显荣，于是牌坊成为徽州地区重要的建筑景观.原有徽州牌坊很多，数量可达到1000多座，千百年来，如今留存下来的仅有100多座，在中国古代众多的牌坊中，最具有代表性的牌坊之一就是徽州牌坊，按照种类可分为：功德坊、标志坊和贞节坊[2].由于自然和人为一些因素的破坏，徽州牌坊长期暴露于户外，经过风雨的侵蚀，随着时间的推移，牌坊的精美石雕风化剥蚀日趋严重，很多结构荡然无存，离开了我们的视野，因此现在迫切需要加大保护力度.基于当今社会“科技促进艺术、艺术推动科技”的时代特征，借助VR虚拟现实技术这一载体来传承和保护徽州牌坊，可以起到兼具文化传播和文化创新的双重作用，不仅保留了徽州牌坊原有的艺术元素，还能对其加以重新阐释，力求在该领域实现新的突破，使徽州牌坊重获“新生”.

2 徽州牌坊VR虚拟现实数字化保护与沉浸式研究的意义

20世纪末发展了一项集成众多学科的高新技术——虚拟现实技术，其应用领域非常广泛，VR主要指采用计算机为核心的现代高科技手段生成的一种虚拟环境，体验者借助运用特殊的输入或输出设备，与虚拟世界中的物体可以进行自然的交互，从而通过听觉、视觉和触觉等获得与真实世界相同的感受.VR虚拟现实技术最具代表性的特点之一就是沉浸式，与传统的计算机艺术设计表现形式不同的是VR虚拟现实数字化艺术设计使设计师和受众不仅仅是以简单的双眼和大脑参与艺术品所营造的虚拟三维空间里，而是在运用一些虚拟现实技术相关设备的情况下让人能够全身心的投入到虚拟现实的环境中去，在观看影像时，可以通过设置的感应设备与作品进行互动，感应装置可以捕捉到体验者的行为动作、手势以及头部的运动，使体验者完全沉浸在虚拟环境之中，从而使体验者产生更强的沉浸感和互动感.通过利用现代VR虚拟现实技术，可以令徽州牌坊得到数字化修复、数字化展示、数字化诠释与数字化传播，也更加符合运用当今信息时代的技术对徽州牌坊进行保护和传承的要求.徽州牌坊在虚拟漫游和三维建模技术下进行虚拟重建，不但保留了徽州牌坊的原始数据，实现了数字化保存，还可以将已经被毁坏的牌坊进行还原恢复，使其具有原来的风貌，以仿古的手法再现徽雕艺术特色，尽可能的“真实再现”徽州牌坊及历史场景.最终使静态的古牌坊动态化、生动化、趣味化呈现在人们的思维中，受众能够自主地浏览徽雕艺术，改变以往被动的观赏方式，最大程度的展示徽雕艺术的魅力和光彩.此外，古为今用，推陈创新，使传播途径“年轻化”.通过虚拟现实（VR）技术来再现徽州牌坊，一方面不仅解决了徽州牌坊保护面临的现实问题，也会成为人们在现代文化视觉语境下，了解徽州牌坊的可视化和传播传承，为保护和传承非物质文化遗产徽雕艺术提供了可借鉴的模式，另一方面可以挖掘徽州牌坊深厚的文化内涵，开发具有徽雕艺术文化特色的产品，把科技与艺术恰当融合，将徽雕艺术的设计元素和设计原理应用于VR领域中，赋予徽雕艺术新的艺术生命与性格.

3 基于虚拟现实技术的徽州牌坊设计过程实习步骤

徽州牌坊虚拟现实数字化实现过程基本上可以分为三个步骤：前期工作、中期工作、后期工作.

3.1 前期阶段

前期工作主要是对徽州牌坊VR虚拟现实的项目进行策划，为了能够更好的把徽州牌坊的形式美和意蕴表现出来，在制作之前就要把创作构思设计好，这个步骤是非常重要的,然后将其交给专业的策划人员通过运用以分镜的形式将创作好的构思以单帧绘画的手法表现出来，这样可以给项目的相关制作人员起到很好的指导作用，且在实现技术环节的一些细节方面需要进行考察和研究，以达到能够按时完成项目的目的.由于和以往的计算机技术不一样，这次是通过虚拟现实技术的运用而完成交付的，因此在前期策划阶段还需注意虚拟现实表现的手法、虚拟徽州牌坊的最终展示平台以及包括制作人员的合理安排等问题都是在前期工作中所要考虑的问题.

3.2 中期阶段

第一步要做的就是到黄山地区对项目里将要实现数字化表现的徽州牌坊进行实地调研和考察，对牌坊进行拍照以及包括其各项数据都要进行测量，并把去黄山地区带回来的调研考察资料进行分类、整理和汇总，根据这些实地考察的照片资料和数据信息来制作徽州牌坊模型，这样可以提高制作徽州牌坊的精确性[3]，在此阶段收集的资料包括以下内容（1）收集设计图纸和与工程相关的测绘图纸，包括平面图、立面图等.（2）徽州牌坊建筑外观纹理的收集，利用数码相机对徽州牌坊表面的纹理特征进行采集，且运用图像处理软件进行后期加工.（3）收集与整理与徽州牌坊相关的历史资料.这些工作都是为了能够更加准确的将徽州牌坊进行复原，从而达到实现虚拟徽州牌坊建筑艺术美感的目的[4].

第二步，有了前期收集的资料和数据就开始进行徽州牌坊三维模型的制作，也是工作量最大的内容之一.由于徽州牌坊的建筑结构较复杂尤其是建筑细节部位上的一些雕刻图案，精美细致，因此，在运用软件进行制作的时候任务更是繁重.现在有很多的模型制作软件，但运用较多的软件则是3ds MAX，在3ds MAX软件中有多种建模方法，其中有多边形建模、样条曲线建模、细分曲线建模等方法.用该软件首先建立主要的牌坊模型和框架结构，再建模型的次要部分，制作缺少的细节模型，待模型制作完成后，为了使徽州牌坊看起来更加真实、美观，还需对建筑模型进行纹理优化，为了达到提升徽州牌坊建筑三维模型艺术美感的目的，制作三维模型的纹理贴图也需要耗费大量的时间和精力，一般情况下可以使用二维图形软件进行常规的纹理编辑[3]，此外，还能使用透明贴图和烘焙技术这两种方法来实施，以期可以达到令体验者满意的视觉艺术效果.

最后，就是交互合成、虚拟漫游.虚拟交互设计制作是需要运用虚拟漫游和交互合成软件，在进行到这个步骤的时候尤其要注意设定一些操作，如对设定虚拟显示系统中的分辨率，以及包括如何开始漫游才能给体验者提供更方便、更完美的虚拟体验，为了让体验者可以接触到一个友好、亲切的虚拟用户界面，虚拟系统的界面设计除了要考虑到人性化设计要合理还要尽量注意到用户的需求[4].还要保证虚拟交互系统运行的流畅，主要工作包括以下几个方面：（1）删除一些不可见的模型表面，以达到精简模型面数的目的.（2）为了能够在虚拟交互中达到更好的显示效果就必须对徽州牌坊部分的多边形模型的结构进行调整.（3）为了保证模型的显示效果和运行流畅的基础上设置贴图文件的像素.

3.3 后期阶段

在后期阶段中,我们所做的主要工作就是要测试、调整与改进设计制作出来的虚拟现实徽州牌坊，测试的目的就是为了使虚拟现实徽州牌坊作品的通用性、兼容性、稳定性等能够达到预期的目标，尽可能的在测试阶段将发生的错误及时进行修改[5]，只有在设计过程中不断进行测试和调整才能使制作出来的虚拟现实徽州牌坊作品更加的完善，才能给体验者一个满意的虚拟体验.

4 结语

在虚拟现实技术的帮助下，徽州牌坊的数字化保护、仿真、再现与传承等会更加科学、有效，也更加符合当今科技时代的特征和要求.通过利用虚拟现实VR技术可以真实再现徽州牌坊原貌，不仅实现了徽州牌坊的数字化保存，，将静态形式转化为动态艺术，增强参与感与交互能力，易于观赏者更好地研究，还可以让欣赏者不受地域限制可以随时进行浏览.如此一来，对非物质文化遗产徽雕艺术的保护也起到了促进和宣传的作用，丰富了大众的精神生活，从而辐射、推广并运用于社会的其他研究领域.

〔1〕孙阳阳，易忠.形式与意蕴——浅谈徽州牌坊建筑艺术的美学因素[J].赤峰学院学报，2013(6):43.

〔2〕刘哲军.民间牌坊装饰艺术研究——以徽州牌坊为例[J].河北经贸大学学报,2016(6):5.

〔3〕郭云仲.虚拟现实技术在古建筑复原中的应用研究[D].武汉：武汉理工大学，2008.

〔4〕章立.虚拟现实技术在建筑遗产保护中的应用研究[D].杭州：江南大学，2009.

〔5〕王仰宇.建筑动画的艺术与技术特点[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2014.

K879

A

1673-260X（2017）09-0087-02

2017-06-12

2015年安徽省高校人文社会科学研究重点项目(SK2015A614)；2016年院级人文社科重点研究项目(2016zdrw12)