建筑虚拟数字化技术的探索

王晨阳

摘  要：在信息高速传播的当代社会，传播媒介不断发展且日益完善，资源的保存方式与信息的数字化传播方式也层出不穷，种类也趋于多样。信息的表达也渐渐从二维转向了三维;信息的传播与流动经历了从静态的点性、线性、范围性到动态的面性、覆盖性的过渡;再从动态的覆盖性到现在信息实时性传播的局面。而信息的实时传播与超大范围的覆盖性恰恰就是我国信息化建设与社会资源环境可持续利用的重要前提。

关键词：传统建筑;虚拟数字化技术;数字媒体艺术

中图分类号：TU201.4       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）29-0161-02

Abstract： In the contemporary society of high-speed dissemination of information， the media continues to develop and improve day by day， the preservation of resources and the digital dissemination of information are also emerging in various ways， and their types tend to be diverse. The expression of information has gradually changed from two-dimensional to three-dimensional; the dissemination and flow of information have experienced a transition from static point， line and breadth to dynamic plane and coverage， and then from dynamic coverage to the current situation of real-time dissemination of information. The real-time dissemination of information and the coverage of a wide range of information is precisely an important prerequisite for China's information construction and sustainable utilization of social resources and environment.

Keywords： traditional architecture; virtual digital technology; digital media art

1 概述

在這个技术飞速发展和信息技术作为大数据载体的时代，建筑行业也终于在数字浪潮、数字建筑领域里找到了自己的位置。信息技术在不断的发展，数字建筑也由此应运而生，传统建筑也在现代社会的发展中、在科技的进步之中有了更好的保存手段。不再受限制于传统建筑的承重模式，突破传统承重模式的局限是建筑形式和建筑灵魂质的飞跃。

2 传统建筑虚拟数字化的重要性及其优点

传统建筑是中华民族在历史发展与文明兴替的长河中适应自然的最好证明，人类找到了适宜物种生存居住和繁衍生息的最好形式，经历了恶劣的自然环境的考验以及建筑原料的自然腐败和人类的生活习性与行为等因素的影响，传统建筑以现在的样貌呈现在了我们的面前。

我国传统建筑在世界建筑体系中具有延续时间长、流域分布广、成就辉煌、体系完整等特点，我国传统建筑从单个的建筑，到院落的组合，再到庞大的建筑群体都体现着“天人合一”的建筑思想。封建社会稳定阶级统治的方法有很多，建筑便是其中之一，皇家园林和皇家宫殿都体现出古代皇帝的威严。千年后现代建筑也渐渐作为一种艺术呈现的手法，不单单只是政治统治的附庸，也成为了建筑家表现自己高超技艺的载体，现代建筑则表现了更多的人们的诉求，也更加的人性化，逐渐实现了功能上和形式上的结合。

3 数字化应用手段及其特点

3.1 先进三维激光影像扫描技术

三维激光影像扫描仪目的就是为了创建几何体表面积的点云，先进的三维激光影像扫描仪器通过扫描物体的表面从而获得被扫描物体各个扫描点的空间位置信息、物体表面的反射程度、材质信息、甚至是颜色等相关数据。然后对数据进行过滤处理，根据点云分析处理之后的数据，通过三维建模软件来对被扫描的物体进行数字化转译。三维数据获取工具与获取手段也在不断地涌现，各种三维建模软件也层出不穷，建模软件的各种功能也日趋完整。三维建模以及渲染技术的不断完善，都推动着三维立体空间数据的获取向着实时化以及智能化等方向发展。

3.1.1 三维激光影像扫描技术形成的历史背景

三维激光影像扫描技术的前身就是激光测量技术，激光测量技术要追溯到激光的产生。

1916年，爱因斯坦描述了原子的两种辐射的关系，即原子的受激辐射和自发辐射之间的关系。

“激光原理”提出两年后的1960年，美国科学家梅曼宣布获得波长为0.6943微米的激光，这是人类历史上第一束激光。

于20世纪90年代激光技术终于问世，这项技术出现后也激起大范围科学家们的热情，在经历了激光测量技术、二维激光扫描技术之后，科学家们在不断的研究中终于把原始的激光技术发展到了如今的三维激光影像扫描技术。

3.1.2 三维激光影像扫描仪器的工作原理

目前三维激光影像扫描仪器的一般工作流程为：现场实测扫描-点云数据处理-高级三维检测-依据点云建模。三维激光扫描技术成形于激光测量技术和二维激光扫描技术之后。相对于传统的单点测量，三位激光测量具有大面积、高密度、高精度、快速化、实时性等特点;由于激光脉冲具有非发散的特性，所以激光脉冲测量事物的精度非常之高。

3.1.3 三维激光影像扫描技术的相关设备及其分类

三维激光影像扫描仪按照测距原理分类可分为以下三种：

脉冲式的三维激光影像扫描仪的激光发射装置为固体激光器，测距原理为脉冲飞行的时间差测距，其特点是测量距离很远，但是测量的精度与扫描的速度就相对较低。

结构光式三维激光影像扫描仪的发射装置为连续光源激发器，测距原理为三角测量原，测量精度非常高，但是测量距离非常近，扫描速度也一般。

相位式的三维激光影像扫描仪的激光发射装置也是连续光源激发器，但由于测距原理不同（相位式的三维激光影像扫描仪是通过相位差来进行测距，并不是通过计算激光脉冲飞行的时间差来进行测量距离），所以相位式的三维激光影像扫描仪扫描速度较快，测量精度较高，测量距离较近。

3.1.4 三维激光影像扫描技术的应用

技术应用领域很广泛，在桥梁工程、铁路测绘以及城市的大规模还原、城市规划、古代遗迹测绘等均可以看到三维激光影像扫描技术的身影。当科技发展到一定的高度，人类社会也会发生变化，人的生活也会随着科技的发展、随着新型技术的产生、随着三维激光扫描技术的不断完善而变得越来越方便，人类总体来说还是科技的发明者和应用者，善于运用现代高新技术以及数字化手段来传承和发扬传统文化，我觉得这算是一个与时代接轨的而且非常适用于我国传统建筑的数字化继承的正确的发展方向。

3.2 建筑信息模型

BuildingInformationModeling实现了被测量对象由二维图纸到三维模型的转变，可以用来展示整个建筑的产品生命周期，包括了兴建过程及营运过程。而且建筑信息模型也并非一定限制于某一环节，可以应用到建筑工程的项目的全寿命周期之中，他的数据也呈现一个非静态的更新，且不断补充的过程，数据不断地进行更新，相对应的来说，模型也应该依靠不断更新的数据而发生改变，这都是为了最终成果的真实可靠。

建筑信息模型有以下几个特性：

直观可视性：前提是模型的各项建模数据必须是高精度且真实可信的，通过与三维影像扫描技术相结合获得高精度真实可信数据之后又通过点云建模得到的模型才会有数字化转译的价值，建筑信息模型的最终呈现也会很接近现实的效果，可以全方位非常直观的表现建筑的各个构件。

应用的广泛性（或者说协同性、适配性）：建筑信息模型的应用非常广泛，小到一个简单的小建筑，小仓库，大到形式上、结构上都极其复杂的新型建筑，甚至是成系统、规模庞大且分工明确的建筑群。

模拟性：模拟真实的传统建筑，包括传统建筑的材料、结构甚至是传统建筑建造的整个流程。这些都可以通过建筑信息模型来进行模拟。

实时共享性：建筑信息模型作为数字资源可以实现网络上的共享，数字化的工程文件可以被适配的软件打开并实时修改，可以在建筑设计师、设备管理师以及土木工程师等人手中共享，方便进行模型的整合以及修改。

3.3 虚拟现实技术

VirtualReality是指以计算机技术为主要核心的、以多种媒体信息相互融合为交互手段的、可以让交互者实现沉浸式体验的、在一定范围内的一种由现代科技衍生的虚拟世界。虚拟现实就是利用高科技手段对现实进行以假乱真的模拟，体验者可以获得视觉上、听觉上甚至是触觉上的与真实世界相一致或者更甚于真实世界的感官感受。当今世界科技如此发达，人们不再单纯地满足于视觉上的享受，渴望更多方位、更深层次的交互式体验，渴求更加真实地感官刺激。博物馆在运营时需要耗费大量资源，安保措施也必须到位，非常影响观众的体验，于是数字化博物馆就应运而生了。数字化博物馆也抛开上述博物馆的弊端，更加节省了游客的精力与时间，尽管仍然无法与真实的博物馆相媲美，但是在某些交互体验上，数字化博物馆更甚于传统的博物馆，浏览者也往往更加倾向于数字化的博物馆。

虚拟现实参观技术的优点：

主动的交互体验：虚拟现实参观相对于传统的参观方式具有更强大的主动交互性，用户可以进行交互的方式也比较多元化，用户可以体验到整个传统民居整体的外部框架，甚至是在虚拟世界之中产生位移，与虚拟世界进行肢体上的交互。在强力的网络和技术的支持下，还可以体验到每一个传统建筑的细节;若技术允许的情况下，我相信还可以像拟真游戏那样加入天气系统，甚至是昼夜交替系统来模拟更加真实的人文地理环境。相较于传统参观方式单向的交互来讲，虚拟参观的使用者是在与大量的媒体相交互，体会到与真实世界相称的信息量，体验者的感官享受也会更加的多元化，视觉上的肌理层次，光影感受;听觉上亦可以模拟真实世界万物的声音。

无时间且无地域限制：虚拟参观比传统参观方式在时间上具有随时性，虚拟参观不会受到时间的限制，也没有所谓的地域的概念;无论来自何方，只要在时间与地域条件允许的情况下，体验者可以随时随地的利用网络来完成一次虚拟参观的交互体验，可以想像今后虚拟现实技术的发展在范围上可以是一种布满全球跨越国界的真正无地域限制且无时间限制的成熟到可以为人民大众所接受并为人民服务的高新技术。

參考文献：

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