基于3D全景現實技術的古村落保護開發研究

樊強強　高路

摘 要：以廣東省汕頭市風崗村為例，探索了利用虛擬現實技術對古村落進行保護的方法。在現場調研、實地測繪的基礎上，將已知信息與數據數字化，經過數據篩選、幾何建模，對鳳崗村進行了虛擬重建，建立了一個虛擬漫游系統，并提供了含多種漫游方法的人機交互方式，加入外圍設備加深沉浸感，對虛擬現實技術應用于古村落保護進行了有益的嘗試。

關鍵詞：3D全景現實技術；古村落保護

目前，利用3D全景現實技術實現對人文歷史和自然地理遺產瀏覽漫游的虛擬遺產理念，因其在研究、保護、介紹人文歷史和自然地理方面都能起到非常重要的作用，已經得到了廣泛的認同。本文嘗試采用3D全景現實技術，以鳳崗古村落為例展開研究，建立風崗村虛擬漫游系統，不僅保留了風崗村的原始數據，并且重建已被毀壞的建筑，恢復了風崗村原始風貌，為其保護與發展提供科學而直觀的依據。

1 運用3D全景現實技術進行虛擬遺產保護思路

3D全景現實技術是基于全景圖像的真實場景虛擬現實技術，通過使用三維全景拼接技術在計算機中全方位互動式觀看的真實場景還原展示。基于傳統村落保護的特殊性和虛擬現實技術的優勢，我們在研究中運用現代建筑技術進行定量檢測、科學分析，并利用虛擬現實技術把取得的信息進行數字化重建，從而在不破壞聚落自然生態與人居生活的情況下，使傳統聚落的原始資料得以保存，流傳于世，同時也提供了直觀而科學決策的依據，幫助設計和管理人員做出決策。

2 調研與信息采集

2.1 調研

選取廣東省汕頭市風崗村作為研究對象。鳳崗古村落，因腹地偏小，土地資源匱乏，民居地多選擇在山之西麓，依山錯落，格局固定，古樸簡約，巷道也順勢而建，未能經緯分明。現存位于鳳崗山西麓的古民居群多為清、民國期間所建，一般而言，越靠鳳崗山的民居，其建設年代越久遠。目前正面臨著經濟發展和旅游開發的巨大壓力，并且伴隨著外出務工人員曾多，村落老齡化嚴重的問題，村落正處于巨大的生存危機中，保護迫在眉睫。

2.2 信息采集

為了信息的準確性和采集第一手資料，分三次深入鳳崗村進行了為期一個月的信息采集工作。同時還拍攝大量照片，包括全景照片。運用現代建筑物理設備對傳統建筑的居住環境進行了實測，為虛擬仿真提供了充分的數據。

3 3D全景村落的構建

三維全景，是基于全景圖像的真實場景虛擬現實技術，使用專業的攝像設備及鏡頭進行高清拍攝，經過一系列復雜的數學計算及模型投影后，可以在計算機中全方位互動式觀看的真實場景還原展示。

3.1 基于幾何建模技術的手工建模

將物理的造型轉化成數字模型，一般通過兩種手段實現——自動建模技術和手工建模技術。鑒于實際情況，使用的建模方式是基于幾何建模技術的手工建模方法，采用Sketchup、AutoCAD與3D MAX軟件把采集的物理造型轉化為數字模型。

3.2 數字化復原風崗村聚落原貌

風崗古村落保存的較為完好，但還是遭到了一定程度的破壞。因此，在數字化過程中，在恢復風崗村原貌的同時，對于毀壞了的建筑物進行了修復處理，對于已經拆除但又有一定歷史地位的重要建筑物，通過調查研究，根據實地測繪數據和文獻記載進行了重建。

3.3 數據信息的管理

前期采集的各類數據信息和虛擬模型的一致性是數據信息管理的核心。根據測繪建立CAD圖庫；根據CAD圖建立單體模型庫（Max模型）；然后再與照片進行比對，在此基礎上完成初稿。有計劃地對現場進行回訪，在現場修改草圖；隨后修改CAD圖，修改草模，形成較精確的模型；最后建立虛擬漫游系統。

4 3D全景村落的虛擬

虛擬現實技術（Virtual Reality）為人機交互界面的發展開創了新的研究領域；為智能工程的應用提供了新的界面工具；為各類工程的大規模的數據可視化提供了新的描述方法。這種技術的特點在于，計算機產生一種人為虛擬的環境，這種虛擬的環境是通過計算機圖形構成的三度空間，或是把其他現實環境編制到計算機中去產生逼真的“虛擬環境”，從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬環境的感覺。虛擬漫游體驗包括：

4.1 漫游模式。

在3D全景展示效果中，從人文環境與建筑構造兩個方面來加深沉浸感，可以設定線路指引，提供優質的展示線路和實景體驗。在鳳崗村虛擬現實系統中，為使用者提供三種漫游方式：飛行漫游、行走漫游、旅游地圖導航。（1）飛行漫游。在高空的所見的任意場景中飛行漫游，從任何一個角度觀看建筑。例如，使用者可以飛行到高空中鳥瞰整個村落，也可以飛到祠堂的房頂觀察建筑細節。（2）行走漫游模式。以普通人的視角，漫游整個村落。為保證虛擬環境的真實性，使用者不僅能從視覺上如實看到虛擬環境中的虛擬物體，而且能夠身臨其境的與其進行各種交互。（3）旅游地圖導航。繪制精美的地圖展現效果，并標注相應的景點及展示線路，提供優質的展示建議及旅游導覽服務。

4.2 智能語音導游。

提供各方位的優質語音講解服務，講述當地的文化、歷史、傳說等，同時結合各方位特定區域的點播式講解，豐富村落文化宣傳，給人以身臨其境的優質體驗。

4.3 全景嵌入圖片、視頻。

在全景內嵌入圖片、視頻，使新的宣傳手段與老的宣傳手段相結合，在全景內直接觀看，視覺效果更震撼。提供多樣性的操作體驗，如展示視角控制、語音播放控制、景點快速定位設計、方向指示羅盤等特色功能定制。

4.4 豐富的社交媒體結合。

提供互動平臺，分享三維虛擬旅游的所見所得，為景區旅游資源及文化帶來爆炸式宣傳效果，通過網絡新媒體拓寬古村落宣傳途徑。

5 結束語

利用虛擬現實技術建立建筑遺產虛擬漫游系統的優點是，在不改變其原始風貌的基礎上進行重建和修復，從而在不破壞自然生態與人居生活的情況下，使建筑遺產的原始數據及現狀得以保存；同時也提供了直觀而科學決策的依據，幫助設計和管理人員做出科學的決策。對風崗村所做的探索，就是這樣一個應用研究項目。實踐證明，鳳崗村虛擬漫游系統的研制及其應用，從數據采集、管理到建模、虛擬等，對建筑遺產的保護提供了一種行之有效的方法與思路。目前，正在進一步研究的是對古建筑保護中同方案進行分析、比較。在建立總體模型和虛擬系統的基礎上，對單體建筑根據不同的保護方案建立不同的模型，通過數據庫調入系統中，在虛擬場景中進行實時的比對，以達到最佳的保護效果。

參考文獻：

[1] 臧克，孫永華，李京，等.微型無人機遙感系統在汶川地震中的應用[J].自然災害學報，2010，19（3）.

[2] 張熹，莊凌.遙控無人飛艇數字化航空攝影系統的性能和特點[J].地礦測繪，2009，25（2）.

[3] 楊永波，李同升.基于游客心理感知評價的西安鄉村旅游地開發研究[J].旅游學刊，2007（11）.