AR技术在侗族建筑数字化保护中的研究

张佳佳

摘要：侗族建筑是少数民族文化的重要组成部分，其蕴含的建筑艺术和精神文化内涵都很值得研究。但随着时间的推移，以木结构为主的侗族建筑受到了自然风雨侵蚀、火灾和人为破坏，出现了不同程度的损毁。除了传统的保护手段外，近几年流行的增强现实技术为侗族建筑的有效保护提供了新的途径。本文分析了侗族建筑和AR技术结合的可行性，重点介绍了AR项目的制作流程。

关键词： 侗族建筑 增强现实技术 制作流程

1 引言

侗族建筑作为少数民族文化的重要组成部分，不仅呈现了侗族人民的建筑艺术，还体现了侗族人民的精神文化内涵。但随着时间的推移，以木结构为主的侗族建筑受到了自然风雨侵蚀、火灾和人为破坏，已经出现了不同程度的损毁。除了修缮、拍照等传统的保护手段外，还应该结合现代科技手段对侗族建筑进行保护开发和探索研究。三维数字建模技术、增强现实技术打破了时空地域的局限性，为少数民族文化的保护与传承提供了更多途径，具有重要意义。

2 侗族建筑和AR技术结合的可行性

2.1 增强现实技术

增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）是指把计算机仿真的虚拟数字信息与真实环境相叠加，通过移动设备显示出来，用户可以实时交互的一种技术。AR技术是虚拟现实技术发展到一定阶段的新形式，具有虚实结合、实时互动、三维注册的特点。

2.2侗族建筑分析

侗族建筑以鼓楼、风雨桥、吊脚楼为代表。它们都具有干栏式建筑的基本特点。

（1）鼓楼

鼓楼的建筑外形像一座密檐式的佛塔，采取三段式造型。下部空间高大，中部是层层飞檐，上部为顶亭。多数鼓楼以4根或6根主杉木为立柱，从地面直通楼顶。立柱之间用穿枋连接楼檐。鼓楼的楼檐为多层重檐，皆为单数，形状以六边形或八边形为主。

（2）风雨桥

风雨桥有亭阁式和鼓楼式两种，它最大的特点是集廊、亭、台、楼、阁于一身的桥梁建筑。桥基是风雨桥的基座，由多块青石条堆垒而成。桥身是主体部分，完全由纯杉木结构建造。桥廊采用穿斗式木架组合结构，结合梁柱体系连成整体。桥廊上面建有楼阁式桥亭，重檐翘脚，层次分明，美观雅致。

（3）吊脚楼

侗族吊脚楼是典型的半干栏式建筑形式。吊脚楼依势而建，一般用杉木打造三层框架。底层由于潮湿不住人，用来堆放柴草或喂养家禽。第二层是生活空间，有火塘、走廊、卧室、堂屋分列其中。第三层通风干燥，比较宽敞，常用作储物或者晾晒稻谷。

2.3 可行性分析

增强现实技术（AR）在文物复原、医疗、教育領域的应用是近几年的研究热点，呈现发展迅速的趋势。将AR技术运用在侗族建筑的数字化保护与传承中，具有以下可行性。

AR技术以计算机仿真技术为基础，通过三维建模软件对侗族建筑实物进行分类建模、并分类存储到数据库中。实现了侗族建筑资源科学的、高精度的、永久的保存。

AR技术还能整合图片、视频、动画、文字等信息，利用这一特点，可以将侗族建筑的营造过程和营造技术用三维动画展示出来，并配上介绍侗族建筑文化的图片、文字、视频。用户只需用手势，就可以在移动设备上实时互动。这一新颖的形式能增强用户对少数民族建筑文化的了解和深刻认识。

3 AR项目制作流程

AR项目采用基于Unity+Vuforia的增强现实技术，利用三维建模软件创建侗族建筑的三维数字模型。具体开发流程如下：

3.1 建立三维数字模型

三维数字模型的建立是AR交互的基础。侗族建筑结构复杂、工艺独特。以鼓楼为例，整座建筑采用凿榫打眼、穿梁架拱、立柱连枋，以榫卯连接，结构牢固。用三维建模的方式能更直观的看到各个部分的穿插关系，以及内部的空间构造。为了保证模型或动画在移动设备端运行的流畅性，一是在建模的时候保留建筑细节，二是尽可能降低模型面数。最后注意导出为FBX格式才能被Unity识别。

3.2 Vuforia环境的搭建

在进行AR开发之前必须先配置好Vuforia环境。首先登录Vuforia官网注册账号，然后新建自己的数据库，上传需要识别的图片。最后获取项目开发的License Key。需要注意的是因为Vuforia采取的是自然特征点检测技术，所以上传的图片应具有细节丰富、对比度较高、无重复的特点。

3.3 导入Unity开发

3.3.1 前期相关设置

（1）Vuforia SDK安装

检查Unity软件是否安装了Vuforia SDK插件，如果没有安装，可以重新勾选该插件进行安装。该插件的作用是将Unity生成的虚拟场景叠加在真实环境中。

（2）设置AR Camera

AR Camera有两方面的作用：一是调用设备的摄像机，二是实现各种事件行为的接口。在Unity的新建项目中，创建一个AR Camera。点击AR Camera，在右边的信息面板下点击 Open Vuforia Configuration，将之前在Vuforia官网获取的项目开发密钥粘贴到 App License Key里。

3.3.2 创建AR环境

将侗族建筑的三维模型FBX格式导入到Unity里的assets文件夹里。

在Unity的层次面板右键单击新建Image Taget。在信息面板中点击Database，选择之前在Vuforia官网中建好的数据库名字。

将之前导入的侗族建筑的模型拖拽到Image Taget下，使其成为Image Taget的子对象。

3.3.3 导出设置

下载适合的JDK版本进行安装，并完成环境变量的配置。下载Android SDK进行安装。下载完成后，返回Unity界面，在Unity中配置好SDK和JDK的安装路径。菜单栏下Edit—Preferences--External Tools中填入JDK和SDK的安装根目录。

配置好JDK和SDK环境后，在项目设置中，先检查场景是否添加到build中。再选中Android，单击switch platform按钮，完成安卓平台的切换。然后单击Player Settings，在other settings选项下修改Identification的值。修改完成后，单击Build，设置文件名，选择路径保存导出文件。

4 总结和展望

随着5G技术的快速发展和各大厂商对增强现实技术软硬件设施的大力投入，AR技术会越来越成熟。将这种技术运用在侗族建筑的数字化保护中，最重要的是选取有代表性的建筑对象，深入挖掘建筑的结构功能和文化意义。通过逼真的虚拟环境和有效的互动形式，让用户清晰全面的了解侗族建筑的各种信息，对少数民族文化的传播与传承具有重要作用。

参考文献

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