基于虛擬現實技術的唐家灣古建筑保護與開發

康皓銘　盧桂萍　譚勝

摘要：在珠海之北，鳳凰山下，是珠海歷史悠久的唐家鎮。近百年來，唐家灣鎮走出了許多改變歷史的偉人，蘊涵了珠海的歷史。而建筑是歷史無聲的記錄，因此對唐家灣古建筑的保護勢在必行。在虛擬現實技術與傳統產業深度融合的影響下，古建筑的保護和開發離不開“VR技術”的帶動。本文意在介紹唐家古鎮在“VR”背景下保護與開發的新思路及成果，以期為古建筑保護這一永恒的課題提供借鑒與參考。

關鍵詞：VR技術；3D建模；古祠堂；唐家灣鎮；Unity 3D

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0074-02

1 唐家灣古建筑文化背景及現狀

珠海唐家灣鎮毗鄰南海，有七百多年的文化歷史。被稱為與近代文明伴生的南中國海第一鎮，作為受東西方化交融影響的文化名鎮，建筑文化相當豐富。而其中最能體現嶺南文化特色的還是唐家古鎮、會同古村等唐家灣原住民的聚集地。由于宗族觀念的影響，唐家灣鎮的居民喜歡以“堡”的形式相互聚集聚集居住。[1-2]

隨著堡式的聚集模式發展，學校，店鋪等一切配套建筑也隨堡而建。在這些建筑中，又以用于祭祖，聚集的宗祠為核心。宗祠是儒教供設祖先的神主牌位、舉行祭祖活動場所，也是從事家族事務活動的地方。宗祠對于由宗族文化構建起的唐家灣原住民來說尤為重要，所以唐家灣的人們對祠堂的建設尤為重視。因此不管是普通建筑還是祠堂，唐家灣的建筑都十分值得研究保護。唐家灣現存81處晚清民初建筑，處處體現了作為的珠海古文化中心的地位。[3][4]

2 VR及3D建模技術在文物保護中的應用

眾所周知，古代文化建筑遺跡的價值是不可估量的，不可復制的。在保存完好的時候，用現代科技將其進行3D模型復原，在數據庫中進行保存。對它進行建模，一是便于以后的修復，二是可以將模型而分享到網上，用于教育，商業及各種其他的用途。推廣古建筑的文化，讓數據庫里的數據真正活起來，真正做到保護建筑保護文物。古建筑模型數據的管理與應用利用當今互聯網和大數據的優勢，建立一個全國古建筑數據管理系統。

3 通過VR及3D建模技術對唐家灣古建筑的保護與開發

本項目以期為傳承我國傳統文化，保護歷史建筑做貢獻。珠海高新區唐家歷史文化研究協會為建模提供歷史資料，給予瑞芝唐公祠，寶臣唐公祠等數據采集便利并向相關單位搜集建議。北京理工大學珠海學院工業自動化學院團隊對古建筑進行數字化研究，并開發出若干虛擬實景漫游模型，將數字化虛擬現實技術應用到歷史文化遺產保護領域。如圖1所示，將建筑保護分為兩個部分。首先通過實地考察，資料考據，航拍復原等采集數據，建立全方位多層次的虛擬建筑模型，輔以光影、材質等視覺效果，生動再現寶臣公祠以及瑞芝堂等建筑歷史原貌。后期將建筑上傳，增加VR漫游，打造在線博物館，應用Multigen Creator、Photoshop、Unity3D等軟件。探討利用數字化技術在建筑遺產虛擬復原中應用的思路和方法。

3.1 資料采集

寶臣唐公祠和瑞芝祠均建于清光緒年間，院內均采用四合結構，中間有敞亮的廳堂，是標準的唐家灣式建筑。建筑使用玻璃等中西結合的設計，格外有嶺南風味。我們采取了現場拍攝，走訪周邊，航拍復原的方式，如圖2，項目組首先對瑞芝祠以及寶臣唐公祠進行拍攝，將其大概的輪廓進行描繪。得到一部分基本的信息以及房屋結構，對房梁柱等做一個精致規劃，得出整個建筑的雛形。通過拍攝方式將其的花紋、元素，進行簡單整合，后期盡可能地還原建筑本身的特色，比如瓦片等。

項目組以走訪詢問的方式了解了建筑的相關信息，并對建筑周圍的的街景進行拍照取景，使得在建模中更加還原。最后采用航拍的方式，建筑的結構進行采集，確認了建筑的整體布局。同時航拍也為我們增加了許多了解細節的機會，對祠堂的頂部的瓦片以及屋檐斗拱等細節都可以做一個細致的采集，在后期的復原中起到重要作用。

3.2 基礎3D建模

完成了瑞芝祠及寶臣公祠堂的建筑信息采集后，結合測量數據以及相關史料對祠堂進行等比例縮放，并在此基礎上采用Creator軟件進行了基礎的建模。同時運用photoshop對相片中的材質進行復原貼圖。為還原出最真實的建筑，在一些難以觀察到的地方如房梁，斗拱等，通過查閱資料及相關記載的方式進行了合理的想象以及修復。如圖3所示， 寶臣唐公祠在簡單建模的基礎上，最大限度地還原了建筑的原貌。同時為了達到逼真的效果，項目組增加了街景的建模，真實地還原了沿途的風光。

3.3 VR漫游設計

在基本模型完成后，如圖4我們使用Unity技術將原來的模型重構，增加光影效果等，使之變得更加逼真完美。在模型完成重新貼圖后，添加VR漫游系統，使用戶可以身臨其境地參觀建筑。如圖5，除了第三視角我們還提供第一人稱視角，在虛擬現實查看裝置的幫助下，用戶除了可以在建筑內走動，觀察內部結構。使得愛好者建筑有更加深刻的了解和認識，同時該系統也完整地反映了建筑的細節，無需到達現場，專家們也可以對建筑進行更進一步的分析。

3.4 線上博物館

古建筑除了傳統的保護方式也離不開新的技術的帶動，在將許多知名的建筑用3D建模的方式復制后，統一上傳到數據庫。在達到一定數量后，統一整合成如圖6的古建筑線上博物館。在觀看這個建筑同時，可以瀏覽建筑的相關資料，有關部門也可以結合研究對建筑模型進行上傳修改。隨著復原古建筑的增多，便可將所有的舊建筑依據風格，年代整合為一體，整理出一座屬于中國的古城，譜寫關于中國古建筑史冊。

4 結語

在科技高速發展的信息時代，借助計算機以及最新的傳感器技術，衍生出了新的交互方式VR（虛擬現實）。在虛擬現實技術與傳統產業深度融合的日益影響下，除了傳統的保護，古建筑的保護和開發勢必離不開VR新引擎的帶動。通過新的方式將古建筑以新的形式呈現在更多人的眼前。本文旨在介紹唐家古鎮在VR技術"背景下保護古建筑的新思路及成果，以期為古建筑保護這一永恒的課題提供借鑒與參考。

參考文獻

[1]沈榮國.近代中國第一留學家族——珠海唐家唐氏[J].嶺南文史，2010，（04）：42-51.

[2]曾云濤，裴安齊.地理環境與唐家灣區域文化價值[J].中國市場，2014，（08）：93-94+110.

[3]魏彬.虛擬現實技術在可視化仿真系統中的應用[J].油氣田地面工程，2011，30（08）：71-72.

[4]孫煥，崔宏智，范盈盈，等.“互聯網+”背景下古建筑保護與開發的研究——以上海市為例[J].居業，2018，（01）：50-51.