昆明大观楼木结构建筑 VR 可视化表达研究

董 睿，邹 丽，陈宇涵，白 天（云南农业大学园林园艺学院， 云南 昆明 650201）

梁思成曾概括中国古代建筑特点为尽木材应用之能事[1]。木结构建筑在我国古代建筑体系中有举足轻重的地位，留存的木结构建筑经历了时间的考验，集历史性、艺术性和科学性于一体，具有重要的文物价值、科研价值和观赏价值。古代遗留的木结构建筑的现状不容乐观，虽然近年各地逐步推进古建筑的保护和修复工作，但是依然有不少木结构建筑逐渐消失。究其原因，一方面由于木结构建筑理论本身相对艰涩，传统教学效率低，学生兴趣不高，我国在这方面的人才较为缺乏；另一方面由于社会大众对我国木结构建筑及其重要性不甚了解，导致社会上对于遗留下来的木结构建筑的保护不够重视。因此，对于木结构建筑的保护不能只依靠政策，还需要增加人们对木结构建筑的兴趣，加强大众对于木结构建筑的理解与认同，进行更有效引导与宣传[2]。

20 世纪 30 年代初期，Hugo Gernsback 研究的Teleyeglasses，即戴在眼睛上的电视，为虚拟现实技术奠定了基础。1995 年在英国巴斯举行的虚拟遗产会议 (Virtual Heritage) 初次提及了虚拟现实技术在古建筑研究。目前，虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）在国外建筑展示领域和教学领域的应用已步入成熟，国内也已经有不少机构在探索将 VR 技术应用于文化宣传、教育教学的方法，并在实践中有了初步的进展。木结构建筑理论复杂，传统教学方式学生难于理解，VR 的可视化技术通过计算机构建虚拟的三维空间，突破了传统空间和时间的限制，能够为在多维空间储存和保留更加全面的信息提供沉浸式交互体验，有利于提高古代木结构建筑教学的效率。

本次研究以昆明大观楼对象，通过实地调研：使用数码相机、鱼眼镜头对昆明大观楼内部 1～3 层进行实景拍摄；使用 PTGui 将拍摄内容建立 VR 模型，转化为二维码进行信息开放，最后通过后期网络问卷的调研信息反馈，探究 VR技术对古代木结构建筑的表达在实际教学、文教宣传中的信息传递效率。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

大观楼位于云南省昆明市大观公园内，因其面临滇池，远望西山，尽揽湖光山色而得名。大观楼始建于康熙二十九年 (1690 年)，咸丰七年 (1857 年)被毁，同治五年 (1866 年)重建，后遭大水，光绪二十九年 (1883 年)再修[3]。大观楼是一座三重檐琉璃戗角木结构建筑，全楼结构稳重精巧，庄重秀丽，既与我国主流传统建筑文化一脉相承，同时又具有鲜明的地方民族文化色彩。清乾隆年间，布衣寒士孙髯翁登大观楼，一气呵成 180 字长联，后被誉为“天下第一长联”，楼凭联显，联借楼传，大观楼遂成云南名楼[4]。大观楼既为滇中古建筑珍品，又有长联与其辉映，形成与滇池优美的自然环境和昆明深厚的人文积淀相结合的文化景观。

本研究团队分别于 2020 年 11 月 20 日、2020 年 12 月15 日、2020 年 12 月 28 日，对大观楼进行 3 次数据、照片采集，包括建筑室外环境、室内布局、陈设摆件、陈列装饰及文化展品。首先对大观楼进行照片采集，主要包括大观楼所处区域室外环境、大观楼室内布局、室内陈设、各类文化展品和斗拱等；用手机环绕拍摄了大观楼正大门室外环境和一楼、二楼、三楼的照片；其次，进行照片补录和数据测量。重新拍摄了大观楼建筑室外环境和一、二、三层建筑室内环境，并对三层室内抹角梁结构进行了测量；最后，进行照片补录和细节拍摄，对大观楼二层室内进行 360° 照片进行补录。收集大观楼装饰色彩、大观楼外部装饰，吻兽和宝顶的照片。

1.2 研究方法

1.2.1 拍摄方法

全程采用相机拍摄以保证清晰度。拍摄拼接全景图所需图片时，将三脚架放在场景中所需的位置 (离最近的物体≥60 cm)，保持三脚架水平，将云台和手机置于上面，每旋转 30° 拍摄一张照片，保证每张照片之间的重合率在 30%左右，水平位置拍摄结束后，将手机向上倾斜 45°，再次旋转拍摄 12 张图片，手机向下倾斜 90°，同上拍摄 12 张图片。最后拍摄天空和地面，挪走支架，将手机在原位置水平放置，镜头对准天空，拍摄一张，手机旋转 90°，再拍摄一张。拍摄地面时，将镜头对准地面，同上拍摄两张。拍摄建筑内部时需要有足够的光线，拍摄时间在早晨或下午，光线太亮会导致照片过曝。拍摄时同一个场景内若拍摄照片区别不大，拼接软件无法识别，此时在场景中放置水瓶或其他易识别物体辅助拍摄。

1.2.2 全景图片的合成与修补

图片拼接是将采集来的图片拼接为一张水平 360°×180° 视域的全景图像。该过程我们使用 PTGui 软件来完成，分为以下步骤。

(1) 加载图像(选择除地面外的其他照片)。

(2) 镜头参数设置，对准图像(选择对准图像后、镜头参数会自动识别)。

(3) 错位修正。

(4) 补地拼接(加入地面的图片，将其与已完成图像进行对准)。

(5) 创建全景(全景图的长宽比设置为 2:1)。

全景图创建完成后，因为拍摄或者软件的原因会产生一些黑洞，需要进行修补。可将全景图导入 Photoshop，利用极坐标功能和 PS 修补工具进行修补。

1.2.3 基于 720 云平台的全景漫游链接制作

在 720 云全景公共网络平台上将全景图和图像、标签、说明等信息链接整合为一个整体, 实现多组全景图漫游。具体过程为在 720 云管理后台设置初始点，添加热点，编辑链接点，配乐，设置导览路线，最后保存发布，生成二维码和分享网址。使用者可以通过扫码或者点击链接观看此作品。

1.2.4 问卷调查

调查采用线上问卷调查，用“问卷星”生成调查问卷。问卷对象分为建筑专业及非建筑专业两类人群。问卷一共分为 5 大块，分别为基础信息、对昆明木结构建筑的了解度和宣传满意度调查、对本 VR 产品的满意度调查、对 VR 表达木结构建筑的意见。设计问卷以链接和二维码的形式在网上发布。

2 结果与分析

2.1 全景合成结果

先用 PTGui 将所摄图片合成一份的全景图，其间需不断调整图像控制点，以便图像完美衔接，将图片长宽比调整为 2∶1(因为 720 云网站的要求，全景图必须长宽比为2∶1)之后导入 PS 对图像进行修补，在修补过程中发现天与地的部分有空洞，这时必须要使用极坐标工具辅助修补，否则合成图像会出现错误。将修补好的图像导入 720 云，添加详解，语音，图片等，最终保存导出并生成二维码，方便传播。

2.2 采样结果

2.2.1 关于人们对昆明木结构建筑的了解度和宣传满意度的调查

综合调查结果来看，对昆明木结构建筑表示感兴趣的人较多，其中一半以上的人参观过两个及以下的木结构建筑。说明昆明木结构建筑对人们有一定的吸引力，大多数人在生活中或多或少都接触过一些木结构建筑。

在木结构建筑的宣传方面，非专业组中 52.6% 的人对昆明木结构的宣传不满意，80.0% 的人对木建筑文化宣传趣味性很不满意，88.6% 的人认为三维空间宣传更能吸引到自己，42.9% 的人更希望昆明木建筑能加强保护管理。专业组的情况也是类似：70.0% 的人对昆明木结构的宣传表示不满意，75.0% 的人对昆明木结构的宣传趣味性表示不满意，85.7% 的人认为三维空间宣传更能吸引自己。52.4% 的人希望加强对昆明木结构建筑的保护和管理。

综上，可以看出虽然目前群众对于木结构建筑的了解不多，但大家有深入了解木结构建筑的诉求，然而目前的一些官方的对木结构建筑的宣传不尽如人意，缺少生动性和趣味性。

2.2.2 对 VR 展示昆明木结构建筑评价调查

调查结果表明，非专业组中 56.7% 的人对 VR 制作表示满意，80.0% 的人认为通过 VR 了解木结构建筑比通过传统方式了解更为直观，80.0% 的人认 VR 增加了他们认识木结构的兴趣。

专业组情况也是相似，表达了对本 VR 产品的赞许和期待，但是也有 51.0% 的人认为 VR 学习的效果一般，对木结构建筑细部的表达不够清晰。

此外，人们还对本 VR 产品提出了一些建设性的意见和一些希望诉求，如希望 VR 产品能够更加多维度地表达木结构建筑，希望推广相关产品用于木结构建筑的宣传，希望VR 产品能更加全面地表达关于木结构建筑的细节内容等。

由此可以看出大部分人对 VR 的可视化表达是抱有乐观的态度的。此方法虽有瑕疵，但是瑕不掩瑜，可以成为弥补昆明木结构建筑宣传方面的短板的好方法，相比传统方式更受大众欢迎。在教育方面，无论是专业还是非专业人士都对VR 表达木结构建筑的效果表示满意。但是如何简洁有效地将信息传达给观众还需要不断探索。

2.2.3 问卷调查满意度结果分析

本次制作 VR 模型，包含昆明大观楼 1～3 层建筑内部场景、内外部结构构造、斗拱和榫卯结构动画演示及外部全景。最终产品以二维码链接，人们可以通过扫描二维码的方式体验全面的昆明大观楼，不受时间和空间的限制。通过问卷调查收集产品反馈信息后，统计分析得到可行性结果，调查结果显示，一半以上的人对本 VR 产品表示满意，希望此类 VR 产品可以得到推广并大量使用。

此外，通过实景拍摄制作的 VR 模型，内容详尽，获取方便，为教学提供了直观的素材，丰富了课堂教学内容。

3 结 语

此次研究建立了昆明大观楼的实景 VR 模型，通过线上、线下的问卷调查收集用户的反馈信息后，可得出 VR 可视化表达技术能够满足不同用户对于古代木结构建筑的不同需求，可在大学课堂教学和景区大量推广，达成了探索VR 在古代木结构建筑的保护宣传、教育教学方面的作用研究目的，实现了 VR 在古代木结构建筑的可视化表达的研究价值。

本次关于古代建筑的 VR 建筑研究尚有不足，设备上存在乏航拍设备，对场地的全貌概括有所欠缺。另外，此次模型自主研发平台不足，模型未能进一步展现表达木结构建筑的空间细节和工艺等，不利于进一步研究。未来将不断提升画面质量，力求获得更好的展示效果，再将产品通过网络展示到更多人面前，满足不同用户对古代木结构建筑的不同需求。