虚拟现实技术在古建筑数字化复原设计中的研究与实践

摘要：随着社会经济的发展，城市旅游景点已经成为游客观光的主要去处之一，而传统的古建筑必然是游客出行的网红打卡地，由此带来的旅游发展和古建筑保护研究之间的矛盾已成为城市旅游业发展过程中面临的主要问题。近年来，随着虚拟现实技术的发展，对古建筑进行数字化建模，并借助虚拟现实技术进行立体化、交互式展示已得到了有关部门的大力支持。本文以重庆磁器口古镇为载体进行项目设计，借助三维技术对建筑进行数字化复原，并通过虚拟现实的手法来呈现、探索、研究虚拟仿真技术对古建文化遗产的旅游开发和保护的新途径，并把项目研究融入专业教学中，在人才培养环节得以更好地实践，提高研究价值。

关键词：古建筑复原；虚拟现实；数字化

一、虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术是用一个计算机仿真系统模拟另一个真实或虚拟世界系统的技术。这种虚拟世界是借助三维建模技术由计算机生成的，数据来源可以是真实的世界，也可以是设计构想中的虚拟世界，用户可借助智能穿戴设备，从视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行交互体验。它是以虚拟仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，并通过头盔显示器、数据手套等辅助传感装备，提供给用户一个更为直观的三维界面，并进行实时交互，使用户可以参与并探索虚拟仿真对象在所处环境中的作用与变化，从而产生沉浸感，有更好的体验。

二、古建数字化复原的意義

在我国数千年的发展历程中，孕育了深厚的文化艺术财富，其中建筑遗产以实体存在的形式有着非常重要的地位，对其进行保护传承和旅游开发展示，对于传统建筑文化的发扬光大有着重要的现实意义。在现存的古建筑中，多数宫殿、庙宇、历史街区，已经成为旅游开发的重要场所，也是游客出行观光的主要目的地之一。对古建筑和历史街区的保护与开发，实际上也是对传统建筑文化的传承。如果建筑遗产只有保护而没有对外开放，其存在的价值就会大打折扣。毕竟对于广大人民群众而言，单纯借助书本去了解建筑文化过于抽象，缺乏实际的体验感受。同时受时间、经济条件等因素的影响，对建筑文化艺术的了解和研究多停留在书本介绍层面，实地调研考察取证还比较少。

随着计算机技术的发展，通过三维建模技术和虚拟现实的结合，对古建筑进行数字复原的设计表现已经得到较为广泛的应用，它可以对建筑样式、历史街区进行复原设计，并通过虚拟现实手段对建筑文物进行交互展示，加深人们对建筑艺术的认识和理解。另一方面，也可以通过在线旅游的形式进行景区的宣传和展示。较之于文字图片，这种展示方式更为直观，能为受时间和经济条件限制的人们带来更好的虚拟现实体验，深化对建筑艺术价值的认知，在一定程度上降低了古建筑和历史街区的保护成本，减少对古建筑的破坏，使得建筑遗产的文化价值和历史价值能得到更好的保护与传承。

当前，我国针对古建筑数字化复原和虚拟现实的融合开发还比较少，主要原因在于VR技术应用还不够广泛，设备价格比较高，同时针对古建筑和历史街区的VR内容开发也比较少，多数还停留在研究层面。但相信随着虚拟现实的广泛应用，用于建筑文物的保护与传承会受到越来越多的重视，虚拟现实技术会发挥更大作用和价值，为古建筑数字化保护和传承带来更多的便利。

三、当前古建筑遗产保护和开发中存在的问题

我国建筑古迹和历史街区资源较为丰富，但是随着旅游开发和商业运作，虽然地方政府也加大了对建筑遗产的保护力度，但是古建筑受到的破坏还是比较严重。另一方面，游客参观旅游基本是以走马观花的形式，在导游的引导下粗略了解一些基本的信息，对于建筑的深层内涵知之甚少，对于建筑文化的传承作用不大。不管是从保护的角度还是从文化传承的角度看，这种形式都存在一些问题。

其一，建筑遗产作为人类活动的历史见证者，对其进行保护是必然的选择，但是光保护而不对外开放，也不符合文化传播传承的主旨。在保护和开发过程中多少会受到自然灾害或人为破坏的影响，造成建筑物构件的损毁。同时，在对外开放的过程中，受游客素养和人群数量等因素影响，建筑文物也不可避免会遭到有意或无意的破坏，影响建筑物的历史价值。

其二，目前我国建筑遗产保护手段还比较单一，基本是靠人工保护和修复，而很多传统的建筑工艺随着社会的发展已慢慢失传，这给文物修复工作造成了极大的困难。另外，随着游客增多带来的破坏性行为也很难阻止，让建筑遗产保护工作难上加难。现在多采用圈起重要建筑，使其与游客保持一定距离，开放一般建筑供游客参观的形式，配合有损坏再进行修复的方式，但受制于工艺等因素，翻修后的建筑已慢慢失去了原有的艺术价值。同时，单纯靠人工修复建筑古迹，由于对建筑材料、建筑工艺以及对建筑结构认识的差异，建筑物会受到一定损坏，且人工修复周期比较长，危险系数也比较高。

其三，目前我国已开放了大量名胜古迹、历史街区，旅游人员众多，对建筑遗产的保护造成更大的压力，如保护措施跟不上，会带来难以预估的损失。另外，在对外开放的过程中，建筑遗产的介绍还是以传统的图文和导游介绍的方式为主，形式过于单一，对文物的认识了解和传承延续作用比较差，游客基本还是走马观花，没有更好地去探索建筑艺术和历史文化，也唤不起群众对文物保护传承的意识。

四、虚拟现实技术在建筑遗产保护中的优势

虚拟现实技术可以借助三维建模对建筑进行数字化复原设计，在设计过程中可以在建筑专家的指导下一比一真实还原建筑的原始风貌，展现建筑的魅力，在建筑遗产保护和传承中有很多优势。

其一，由于建筑物件长期暴露在自然环境中，受自然灾害和游客的影响比较大，借助于虚拟仿真技术对建筑古迹进行立体化的数字模拟，游客可以通过虚拟现实的方式身临其境地感受建筑艺术的魅力，在丰富旅游资源开发的同时，也能减轻人为活动对建筑遗迹的损坏影响，还可以减小保护的压力。

其二，虚拟现实技术是基于古建筑数字化呈现的保护手段，内容和形式更为丰富，可以对建筑设计、历史价值、人文价值等进行深入挖掘和展示，对普通观众而言，深层次理解建筑艺术所带来的启发会更为丰富，这对文化的传承也更有帮助。同时，虚拟现实展示方式可以打破时间和空间的限制，对于不易到达的地方，参观者可以借助VR资源随时随地进行在线观摩，有更多的机会去认识和了解建筑遗产文化资源，这对于文化教育和古建筑的保护传承也会起到更大的作用。

五、虚拟现实技术在建筑古迹中的应用实践

目前，在我国建筑古迹的开发保护中，虚拟现实技术应用比较有代表性的有数字故宫、数字敦煌、香港天坛大佛等，且都得到了好评。在本文的研究实践中，依托于重庆磁器口古镇作为项目实践的载体，借助三维技术对建筑进行数字化复原，并通过虚拟现实的手法来呈现，探索研究虚拟现实技术对古建筑文化遗产的旅游开发和保护的新途径，并把项目研究融入专业教学中，在人才培养环节得以更好地实践。

为了确保项目实践的顺利开展，可以组织教师团队进行方案的构思、策划、设计，结合古镇的地形图和建筑样式进行分析和合理规划复原设计的内容，结合古镇历史文化，在展现建筑艺术的同时融入文化内涵，丰富虚拟现实表现的内容。首先，在确定设计内容的基础上，以项目的形式融入专业课程教学中，组织学生进行现场调研，实地测量，采集第一手数据，为后续的图纸绘制提供数据支撑，力求在比例结构上如实还原。其次，在平面图纸的基础上进行三维建模，进行立体化的复原设计，此环节要求在对地形地貌、建筑样式、景观小品如实还原的基础上，适当进行艺术化的设计表现。最后，在模型制作完成的基础上，把建筑场景导入虚拟引擎中进行编辑和效果呈现，结合人物素材、历史文化、背景音乐等进行交互设计，提高虚拟现实内容呈现的体验感和沉浸感，在最终确定的基础上打包输出，并借助虚拟现实设备进行观摩体验，最终达到建筑遗产保护传承的效果。

六、结语

综上所述，虚拟现实技术对于历史建筑文化遗产保护和传承具有重要的实用价值，它能模拟建筑遗产的现状和历史中存在的情景，既可以进行复原设计，又能融入建筑遗产历史文化，加深对建筑古迹相关知识的理解和认识。此外，通过虚拟现实技术进行建筑数字复原，建立三维数字模型数据，有利于建筑遗产信息存档及永久性保存，对于建筑遗产研究和开发利用都更加便捷。虚拟现实技术还可以突破时间和空间的限制，政府可以通过建立虚拟博物馆的形式，面向全世界进行建筑文化的交流，实现对建筑文化遗产资源的最大化保护、开发和传承，促进建筑文化艺术的繁荣。

基金項目

重庆工程学院2017年校内科研基金资助项目“虚拟仿真协同创新团队”（项目编号：2018xcxtd01）。

作者简介

刘涛，1979年5月生，男，汉族，贵州毕节人，副教授，硕士，研究方向为艺术设计和虚拟现实。

参考文献

[1]宋林柯.试论虚拟现实技术在建筑遗产保护中的应用[J].中国住宅设施，2017（4）：117-118.

[2]高力群，杨波.虚拟现实技术在河北省非物质文化遗产保护中的应用研究[J].大舞台，2015（3）：231-232.