增强现实(AR)技术在城市历史文化景观数字化建设中的应用

李轶

摘要：随着准5G时代的到来和AR技术的日趋完善，使得城市历史景观的数字化建设、展示、保护与其文化传播拥有更多可能。本文基于AR技术的特征和应用优势，以全国宋代古迹保存最完好全国历史文化名城赣州为例，梳理基于AR技术的赣州历史文化景观数字化建设策略和应用。

关键词：增强现实（AR）技术;历史景观;文化内涵;数字化建设

中图分类号：G122 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0068-03

0 引言

中国历史文化悠久，现今很多城市都保留着历朝历代的古建筑等历史景观，这些历史景观以沧桑的姿态呈现先人智慧、承载历史文化，是中华民族文明生生不息的重要载体和见证。随着城市现代化进程不断提速，许多城市历史文化景观未能得到很好的展示和保护。在现代信息技术高速发展的今天，历史文化景观的数字化建设得以实现，这一实现使城市历史景观及其文化内涵能够迎合现代人的节奏得以更好的展示与传承。

“十三五”国家科技创新规划中再次明确提出：虚拟现实与增强现实要突破虚实融合渲染、实时定位注册等一批关键技术，在显示、交互、内容等方面实现文化等行业的大众化示范应用。随着准5G时代的到来和AR技术的日趋完善，使得城市历史景观的数字化建设、展示、保护与文化传播拥有更多可能。

1 AR技术的历史文化景观数字化建设技术优势

增强现实（以下简称AR）是广义虚拟现实（以下简称VR）的一个发展分支。简单来说，VR呈现的场景全部是计算机生成的虚拟画面，需要复杂昂贵的专业设备展示，而AR是通过计算机信息技术将虚拟的信息叠加到真实世界，“增强”了现实中的体验，用户通过已经高度普及的手机等移动端就能看到真实与虚拟的巧妙融合。

AR技术具有三维注册、智能交互、虚实融合三大特征，其中三维注册是AR的重要的标志性技术特征。三维注册技术是利用计算机信息技术，将虚拟的图文、音视频、三维模型等与真实物体建立对应或融合。利用AR技术将虚拟信息巧妙叠加在现实场景中[1]，原本肉眼不可见的数字文化内容通过手机屏幕得以视觉呈现，使历史景观的文化承载空间大大扩增。另外，人们对城市历史景观的消费过程如果有虚拟文化内容嵌入其中，更可以满足参观者对属地历史文化的认知需求，促进城市历史文化传播。因此，AR的技术应用于历史文化景观的数字化建设，必然能够强化其游览认同感，增加文化传播力度，提升历史文化景观及周斌旅游产品的文化附加值。

2 赣州城市历史文化景观概况及开发现状

赣州位于江西南部，具有2200多年的历史，1994年经国务院批准为国家历史文化名城[2]。赣州汉初建县，唐宋时被称为虔州，是全国宋代古迹保存最完好的城市，赣州老城三面环水，东、西两江各谓“章”、“贡”，于北门汇流成赣江，其地理位置旧志书云：“南抚百越，北望中州，据五岭之要会，扼赣闽粤湘之要冲”[3]。这里有北宋嘉佑年间的八镜台，是我国八景文化的发祥地;有筑于宋代“郁结古今气，孤悬天地心”的郁孤台，著名爱国将领辛弃疾的“郁孤台下清江水，中间多少行人泪”成为千古绝唱[4];有现今全国仅存且地面、地下保护最好的宋砖城墙，古城墙长达3664米，高4至11米不等，迄今保有建春门、涌金门、北门、西津门四座城门、炮城三座、馬面一个、警铺十个，大部分设施保存完好。古城墙将八镜台、郁孤台串联其中，围成的古城面积约3平方公里，大致呈三角形，东、西、北三面临章、贡、赣三江“凭江为险”，今保存下来的古城墙便是临江部分，至今还起着防洪堤坝的作用[3]。赣州古城墙建筑群是国家文物保护单位，是国内“孤品”，具有极高的历史文化价值。

另外赣州还有北宋著名水利专家刘彝主持修建的城内排水系统——福寿沟，福寿沟是赣州老城两条地下排水道总称，因其线路走向纵横迂回，形似古篆“福寿”二字故得名，福寿沟为砖石结构矩形断面，主沟总长12.6公里，内部构造复杂、设计精妙，并与城内3个人工开凿的蓄水池、百余池塘贯通，互为表里，相互串联，起到了调水、蓄水、排水的作用，另外水沟与临江城墙互通出设计12口科技含量很高的水窗，利用水力学原理开关，平时防止江水倒灌，汛期排水带走泥沙[5]。是当时一项重大的发明创举，也是我国古代杰出的水利工程。可以说赣州宋代的城墙、城门、福寿沟、水塘形成了一个极富创意的综合防水、排水系统，是三江毗邻的赣州城千年不涝的秘密，一直沿用至今。

赣州的宋代古浮桥也是重要的宋城文化遗存。章江南河浮桥和贡江建春门浮桥，建造始于宋代，一直沿用至今，是昔日赣江流域主要的贸易口岸，直至今日也在交通上发挥着巨大作用。建春门浮桥全长400米，共用了110只木舟，每3只木舟为一组，整座浮桥分为33节。古浮桥这一古老的交通设施已在赣州沿用了千年，构成了赣州特有的历史文化景观[5]。

目前对赣州宋代历史文化景观的保护与展示主要通过出版图书、论文、以及陈列展示、宣讲等方式。如赣州市博物馆的“客家摇篮”、“丰饶赣州”展厅对赣州古宋代历史文化景观均有展示，展厅中分别以宋代建筑景观建设过程和人文附加为线索，以图片、视频、模型、讲解的形式，展示古城全貌;古城墙建筑群的修造过程、历史原貌、抵御水患及战乱的影像和郁孤台、八镜台历史文化内涵;福寿沟全貌及其设计精妙之处和古宋代以城门、浮桥为轴心的先人贸易景象。还未查阅到对赣州城市历史文化景观有AR相关的数字化建设并展示的案例和行为。

3 基于AR技术的赣州历史文化景观数字化建设策略及应用

3.1 信息数字化采集与虚拟信息生成

信息采集包括对赣州历史文化景观和非物质文化信息两部分，实体景观采集用于标识物数据库建立，如城墙串联的古宋城景观、浮桥、福寿沟等，虚拟数字信息库的建立则需要收集图文、音视频等更加多维的文化相关信息，如浮桥沿岸贸易活动、福寿沟泄洪排污设计、郁孤台和八镜台的人文文化等。对不同种类的信息采取不同的采集方法，获取不同格式加以存储。

对于重点需要虚拟呈现的非物质文化，则可以借助文字记录、拍摄、动画制作、图片扫描等方式进行采集，形成图文、音视频等信息。如古城的建造背景和历史发展、八景文化内涵、郁孤台历史典故诗词等可以形成文本、图片及音频文件;浮桥贸易、古城墙抵御水患及战争场面、辛弃疾郁孤台夕阳吟诗场景等进行现场真人实景拍摄，形成音视频文件;对于福寿沟地下全貌，泄洪排污原理及精妙设计（如沟底各转弯处都安装的会自动耙游的石狮爪，利用水力学原理自动开关的水窗等）进行三维动画制作讲解形成视频文件进行采集。

3.2 数字信息处理及管理

数字信息的处理主要包括利用软件对文字、图片的扫描、优化;音视频、动画的剪切、优化、添加说明等，再将数字信息细分，并形成总的元数据标引标准和各类型信息的统一格式，最后按信息类型进行子库归档建设，以便于精准指向和高效检索调用。通过对采集信息的数字化加工和存储可以构建赣州城市历史文化景观数字化信息数据库，例如作为识别源的标识物图像数据库;基于AR技术的能够与标识物数据库一一对应的城市历史文化景观相关虚拟数字信息资源库等。

3.3 虚实信息融合实现

虚实融合是AR功能实现的核心内容，借助三维跟踪注册技术、图像识别技术、实时渲染场景融合技术等AR关键技术和定位技术，将拍摄到的影像与前期建立的标识物数据库寻到对应，再将历史文化景观相关的虚拟文化信息注册到标识物数据库，通过对标识物的识别得以对虚拟信息的调取和视觉叠加呈现，进而实现对真实视觉信息的有效补充，将真实与虚拟巧妙融合。

对于已破坏缺失的景观修复、还原，使古迹得以重现，主要借助于三维扫描技术和三维建模技术，三维扫描技术致力于采集信息的精确性，首先利用三维扫描仪采集文物三维数据，分析其构成要素信息，然后进行三维重建，弥补文物的细节损坏问题。如根据古城墙炮楼保存完好的部分对其残缺部分进行计量、分析，在此基础上修补残缺部分，进行虚拟修复[6]，再将虚拟信息注册到原址上还原古迹原貌。

将赣州历史文化景观的相关数字化内容一一对应的嵌入实体景观，或者立体复原古迹、还原动画场景等，实现虚拟信息与现实完美融合，以多维动态展示的手段，实现用户与历史文化景观的交流互动，缩短信息传输的时间、距离，减少信息传递过程中出现的损耗，强化用户对历史文化景观的认知[6]。

3.4 AR技术城市历史文化景观数字化建设应用

AR最突出的特点就是通过以三维注册技术为代表的计算机信息技术实现虚实结合的移动端展示，达到城市历史景观的数字化建设、展示、保护与其文化传播等应用。

（1）文化信息附加。文化信息附加是AR历史文化景观数字应用的主要特色和优势。参观者在游览过程中通过智能手机识别影像和GPS定位辅助，从前期建立的多媒体信息库加载各种文本、图片、音视频等实景相关信息，同时还可辅以虚拟导游及语音多媒体讲解，以多维度的展示内容来丰富信息传达的生动性。利用AR技术进行文化信息附加在赣州历史文化景观及其周边应用可以非常广泛，例如镜头对准郁孤台，会显示最著名的相关历史人物——宋代豪放派诗人、著名抗金将领辛弃疾相关介绍、及其著名的爱国主义诗词《菩萨蛮·书江西造口壁》，甚至可以出现诗词的语音诵读“与孤台下清江水，期间多少行人泪”;再如购买历史景点明信片、纪念品等文创周边，通过手机进行扫描，能够在手机上再现历史景观的三维模型和历史文化背景介绍等虚拟信息，这类途径的AR应用可以跨越地域限制，参观者可以随时随地对通过扫描文创产品来回忆当时的游览体验。

（2）AR导览。AR导览可主要分为图片导览和AR地图。图片导览主要通过GPS定位手机，辅以图片识别向游客展示景观全景、所在位置及前后景点标识图片，给参观者更为直观、清晰的游览方位感，并且能够对主要景观嵌入虚拟文化信息叠加的视觉呈现，引导参观者游览的同时，了解历史景观的文化内涵。AR地图则是对全景或细节地图附以简要图标指示[7]，包括音视频甚至超链接在内的庞大虚拟信息资源可被嵌套在指示图标中，参观者根据兴趣或需求点击指示图标，调用隐藏在图标中的虚拟增强内容，AR地图可以有效的避免虚拟信息显示过载和供大于求。总之，AR导览可以让游览者以增强于现实的感官体验对游览地历史景观的概况、文化内涵有更为完整、清晰的认知。

（3）三维复原。残缺不全的历史景观，如果冒然进行复建，不但可能会伤害原有的古迹结构，过度干预也会影响历史景观的文化价值，违背保护初衷。运用AR技术进行三维复原，将现实场景进行标记，在电脑中进行复原重建，参观者通过手机可以看到历史景观被补缺重建后的景象。这样既保护了历史遗迹原貌，又解决了参观者对于“历史重现”需求[8]。而文物复原，则是运用三维建模等数字化手段复原破损文物，一改文物“只可远观”的现状，让游客能随意放缩、翻转查看文物的细节。运用AR技术数字化技术手段恢复文物古迹昔日风采，让游客能更加直观的感受到先人们的智慧魅力[9]。例如文革期间对八镜台、古城墙炮楼的严重破坏及历代对城墙古砖盗取使得赣州宋城墙串联景观部分有所缺失，当镜头对准缺失，手机画面就会显示缺失部分复员后的景象;再如镜头识别出福寿沟特定标识，画面就会出现古福寿沟三维全貌。

（4）真实场景再现。通过AR技术将视频或动画注册到真实历史文化景观内，实现虚实融合，能够让游客直接以“第一人称”的视角置身虚实融合的环境，以更加真实直观的感受触景生情、寄情于景、情景交融，從而获得更加深层次的文化互动体验，引起内心深处情感共鸣[10]。例如：镜头通过识别千年古浮桥，移动端画面会出现其作为宋代赣江流域主要贸易口岸的繁盛场景;对准宋古城墙的城门、炮楼和特殊垛口，画面会出现古代先民和士兵抵御洪水和抵御外敌的战争场面;对准赣州八景之一天竺寺的特定景观，如山门、庙堂等，画面会出现宋代大文学家、书法家苏轼循父亲苏洵足迹造访题字的场景。

4 结语

歷史文化的传播与传承是展现一座城市乃至于一个国家底蕴与风度的表现。在文化与科技高度融合的今天，AR技术使城市历史文化景观数字化建设的展示、保护与传播更具有易于普及和可推广等可行性。随着AR技术的应用，将为城市历史文化景观提供全新的艺术表达手段，带给与人们不同的视听感受和交互体验，促进历史文化景观审美元素多元化的同时，逐步改变我们观察、了解、学习城市历史文化景观的方式方法，进一步扩大历史文化的表现、传播、继承空间。

参考文献

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[9] 吴逸云.基于游客体验的AR文化旅游产品开发研究[D].湖北大学，2018.

[10] 陶燎亮，宋俊锋.基于VR 技术和AR 技术的三维可视化实现[J].丽水学院学报，2018（02）：64-69.

Abstract：With the advent of 5G era and the improvement of AR，the digital construction，display，protection and cultural dissemination of urban historical landscape have more possibilities.Based on the characteristics and application advantages of AR，taking Ganzhou as an example，this paper combs the digitized application of AR's historical and cultural landscape and Construction Strategy Based on AR Technology.

Key words：Augmented Reality （AR） Technology;historical landscape;Cultural Connotation;Digital Construction