基于BIM技术的少数民族建筑数字化保护

于宗琳　胡文源　张莹蕾　李亚苹

摘要：针对少数民族传统文化遗产的流失问题，采用3ds Max、Revit与Fuzor的结合来设计和制作其传统建筑虚拟现实的数字平台。通过虚拟现实技术，以珞巴族传统建筑为载体，在其中嵌入珞巴族非物质文化，运用Fuzor软件对珞巴族建筑文化进行高仿真模拟。本次项目通过Fuzor技术在珞巴族建筑与文化的数字信息化保护平台系统开发中的应用研究，使人们身临其境地体会到珞巴族的传统民族文化，璀耀族建，悠漫风情。

关键词：数字化保护;BIM建模;虚拟现实

中图分类号：TU201.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0059-03

0 引言

随着城市化和城乡一体化的进程，少数民族文化和建筑已经逐渐消失殆尽，因此对我国少数民族建筑的保护已经迫在眉睫。而珞巴族作为我国现存少数民族人口最少的民族，其文化和具有其民族特色的建筑对我国文化多样性有着重要的参考价值和文化价值，因此对珞巴族建筑和文化遗产进行数字化保护至关重要。在国外有关于文化遗产的数字化保护项目的有：美国的“IBM数字图书馆计划”，法国国家图书馆“加利卡”项目，以及日本“贵重图书图像数据库”等，他们都是将之前存留的书籍、音乐、图像、手稿等全部经过编辑实现数字化，并提供数据的索引和查询等功能。在国内，北京首都图书馆“北京记忆”，北京故宫博物院的“数字故宫”，敦煌研究院利用虚拟漫游和VR技术出品的“数字敦煌”。它们也是利用扫描、识别、压缩和转化等技术对多种来源的技术进行数字加工，实现将静态图像、文本等信息转化为数字化信息进行保存。

本项目通过3ds Max和Revit建模技术对珞巴族建筑进行数字化建模，并将含有参数信息和几何信息的数字化模型导入Fuzor，利用Fuzor的动态物理渲染效果、无障碍设计、照明调整和碰撞管理等技术对模型和场景进行优化，然后利用基于Fuzor的VR的交互功能，通过VR设备对珞巴族传统建筑及信息进行虚拟场景展示，具体流程如图1所示。

1 从建模角度对珞巴族地形地貌及建筑特点进行分析

珞巴族地理环境较为复杂，且建筑制作较为困难。现通过对珞巴族地理环境和建筑结构进行分析，利用3ds Max软件的地形插件制作珞巴族地形及效果模型，Revit软件建立珞巴族建筑参数化模型，达到场景的高真实度还原。

1.1 对珞巴族地形特点的分析

珞巴族聚居的珞渝地区，位于喜马拉雅山南麓、北纬27度至30度之间的低纬度地区，山高林密，雪峰连绵，层峦叠嶂，河流众多，雅鲁藏布江、丹巴河等穿越其间。珞渝北部高山区珞巴族聚集地属喜马拉雅山东侧的亚热带湿润气候区，并分布有热带雨林。此地区平均海拔1200米，地势由北向南急剧下降，从北部高达7756米的南迦巴瓦峰，下降到南部仅数百米。珞巴族聚集地分布在山峰之间，大多四面环山。因此，可利用其中山脊线和沟谷线作为地形特征，建立线状网络，对其地形进行编辑。

1.2 对珞巴族建筑特点的分析

珞巴族建筑的传统住房是石木结构的碉房，坚固耐久具有很好的防御功能。珞巴族建筑还存在“一”字型长屋，是珞巴族家庭和社会形态的典型表现，长屋呈“一”字形排列有数间或数十间不等。典型的长屋是一种竹木结构的干栏式楼局建筑分三层：修建时先在底部竖圆木立柱，二层地板处和顶棚处设横梁，房屋底层堆放柴火作猪狗圈。二层住人，屋中心设火塘，火塘上方吊一个木架，供烤柴和烤肉之用，顶层堆放杂物[2]。

2 基于3ds Max的效果模型的制作

3ds Max是的三维动画渲染和制作软件，具有强大的角色动画制作能力，可堆叠的建模步骤，使制作模型有非常大的弹性，“标准化”建模，针对建筑建模领域相较其它软件有不可比拟的优越性。此系统的地形制作中所采用的制作软件是3ds Max，以粗模附以无缝贴图，达到地形模拟的高真实度还原，流程如图1所示。

2.1 地形制作

首先根据前期对珞巴族地形的调研，根据当地地形进行精细化建模。由于珞巴族地形较为复杂，可能会导致3ds Max因面数过多产生的卡顿问题，所以采用平面建模：先根据设计好的地形在Photoshop中制作纹理贴图，再利用修改器中的Displace置换命令，制作与珞巴族当地地形相似的地形，并利用置换命令中的高度来控制地形起伏的高度，然后利用编辑器中的编辑多边形命令中的点、线、面命令对地形进行精细化调整，对当地地形进行高度还原。查找与当地地形地貌相符合的材质贴图，利用Photoshop进行无缝贴图的制作，再将贴图赋予地形，再通过3ds Max中修改器中的uvw贴图修改器，调整贴图在地形中的精细程度，实现当地真实地形的还原。

2.2 建筑模型制作

珞巴族民居建筑作为本次项目的主要模型，模型质量要求较高，要达到模型的高还原度和真实度。以3d max为例，在建模时为了尽量减少模型的面片和数据量，在保证模型一定精细度的情况下要尽可能多的使用高质量的材质贴图。这些贴图可以用来指定模型中特定物体的表面特性，它决定这些平面在后期渲染时的物理特性，辟如物体的颜色，在物理环境下的光亮程度，物体的自发光度及不透明度等。因此，在3ds Max中建模時必须注意以下几点：

（1）为了避免不兼容的情况。在项目中，需要先使用3ds Max建立模型再导入到Fuzor中进行处理，但是3ds Max做为一个功能强大的建模软件，有些指令在Fuzor是无法得到识别和支持的，比如复杂的纹理合成、参数等等。为了保证前面建立的模型在后面得到较好读取，应该避免使用这些指令。（2）尽量使用简单方式。如建立模型时如果不对其表面进行异形编辑，可将其段数降到最低，以精简模型的面数。（3）在保证模型质量的情况下尽量减少精细度。在进行场景建模时对于细长条形的物体如栅栏、门框或者由细长条形物体组成的模型如竹篮等应尽量采用贴图的方式来表现，贴图可以很细腻地表现出物体的真实度，若采用精细化建模，这些细长条不仅会增加当前模型的面数，而且在后期渲染时还会出现闪烁和锯齿的现象。（4）模型导出数据文件时需要考虑几点：精度各类信息不丢失;便于导入模块的处理。在这里，数据的读取的做法是先在3ds Max中将各模型按照设计好的布局格式排列整齐，然后导出为FBX文件格式，再进行数据读取。

3 基于Revit的珞巴族参数化模型制作

Revit软件是一款基于建筑信息模型（BIM）平台的建筑设计、建模及分析软件。本研究设计采用Revit建立粗模，通过改进贴图纹路对模型精细化处理，从而达到建模时操作简单，还原度高的效果，打造珞巴族建筑场景。建立模型时，输入采集的原始数据，包含了珞巴族建筑的几何信息、对象间的逻辑关系等相关属性。利用Revit以项目或族的形式将相关的民族建筑和建筑构件分类整理，将建筑的相关属性信息储存到模型数据库中。通过大量的珞巴族建筑信息采集和模型复原研究，积累相当数量的珞巴族民族建筑构件项目族库，实现数据统计和对珞巴族建筑的存档整理，如图2所示。

通过以下操作达到建模效果：

（1）模型精简化，防止软件运行缓慢。如：根据需要关闭视图中某些图元类别的可见性：例如，如果要渲染外部场景，则可以关闭显示在建筑内部的任何图元。以减少导入到其他应用程序的对象数量和数据量;指定详细程度：根据需要指定视图的详细程度以减少Revit视图中的详图数量。（2）运用Photoshop对材质贴图编辑，利用变换，透视等效果，生成图像贴图文件，将材质库的图片源替换为修改完成的无缝贴图。（3）采用无缝贴图，用高质量贴图代替细节模型，使Revit模型更加真实。（4）利用3ds Max代替Revit建模，解决Revit难以实现高仿真度模型的问题。

4 基于Fuzor的虚拟现实模拟

虚拟现实技术简称VR技术，是利用计算机生成一个虚拟世界，给用户提供各个感官的模拟，让使用者感觉身临其境。数字信息化是国际发展的一个趋势，在如今的大数据时代，数字信息化的应用变得极为重要。

Fuzor作为一个虚拟现实软件，界面简洁，操作简单易上手，Fuzor的LiveLink可以实现与Revit软件的双向同步，除此以外Fuzor还支持手机移动端、X-BOX和VR设备，可以让制造的场景使用上述设备进行浏览，并且Fuzor还能对建筑信息进行充分展示，可以实现数字信息化平台的搭建，如图3所示。

Fuzor除了可以对接Revit模型以外还支持FBX文件的导入，可以把某些形状不规则的民族模型使用3ds Max进行建模。

首先在Revit建好的模型文件中打开Fuzor，把3ds Max做好的模型导出FBX格式，将导出的FBX文件导入Fuzor并进行位置调整，结合Fuzor自带的材质包对树木，草地进行添加，使场景进一步完善，然后根据当地的气候与场景的需求来改变天空类型，添加粒子系统，天气效果与昼夜效果使场景更加真实。同时在Fuzor中可以浏览到珞巴族建筑模型的信息，实现数字信息化，将完成的场景导出移动端，更方便人们浏览，效果图如图4所示。

5 结语

珞巴族作为我国极少数民族，在其文化濒临消失的背景下，迫切需要对此文化进行数字化保护。快速建立珞巴族建筑模型采用两种建模方式，利用两种建模方式各自的优势对珞巴族建筑及地形进行精细化还原，并结合Fuzor制作场景漫游，最终形成高度仿真的珞巴族全景漫游。本项目对珞巴族文化信息进行了研究、整理、制作与保存，建立珞巴族文化的数据库，并通过虚拟现实技术对珞巴族文化进行数字化再现，打破传统方式，增强用户真实体验，真正实现珞巴族建筑的数字化保护。

参考文献

[1] 杨雨师，董陆驷.浅析IBM数字图书馆方案[J].图书馆学研究，2002（10）.

[2] 陈立明.珞巴族的传统文化与环境保护[J].西藏大学学报（社会科學版），2009（12）：6-12.