基于虛擬現實技術的近現代建筑文化遺產保護研究

朱俐錕　鐵鐘

【摘 要】對珍貴的建筑通過虛擬現實技術實施保護與傳承。對松江倉城中山西路數碼照片的采集，用Agisoft PhotoScan、Xnormal、Autodesk Maya、Unreal Engine 4幾款軟件進行虛擬環境的創建，最終在HTC Vive中實現街景漫游。對建筑保護領域研究水平的提高和虛擬現實技術的應用發展都會起到巨大的推動作用。

【關鍵詞】建筑文化遺產;數字化保護;虛擬現實技術;逆向建模

中圖分類號：G122 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1007-0125（2020）12-0218-01

一、建筑遺產追溯及虛擬現實技術的應用概述

“建筑遺產”這個名詞的誕生要追溯到20世紀70年代，歷史相對較短，建筑保護思想的成熟在19世紀80年代，而具體保護的策略在20世紀初才逐漸成為實踐主流。[1]我國保護思想是隨著整個社會觀念的變化在逐漸地變化，在價值層面上，建筑的每一次拆毀、重建、修復和保護，被用來確保國家的連續性和穩定性。在保護準則的建立過程中，是要建立在理性方法和道德基礎上的。如果說價值理性關注的是“為何保護”的問題，那么工具理性關注于“如何保護”的問題，這二者既是無法分割的整體，也是對一個問題不同層面上的解讀。[2]

目前，虛擬現實技術出現在越來越多的科學領域和日常生活中。在建筑領域中，可以應用到設計、施工、裝修、修復、保護遺產等方面。倉城歷史文化風貌區規劃為一路（中山西路）、一河（市河）、一點（水次倉關帝廟）、一單元（大倉橋北側）、一區間（風貌區A區）。本次研究定位到中山西路266號-388號，將中山西路老街進行數字化呈現，用數字技術保存歷史文化風貌區。

二、近現代建筑遺產保護與虛擬現實文獻綜述

在國內，符清芳圍繞漢昭烈廟歷史文化傳承、保護和發展的主題，設計實現了基于Unreal Engine 4引擎的漢昭烈廟歷史文化虛擬展示系統，創新了歷史文化的呈現方式，突出了“技術與藝術相結合”，為公眾了解漢昭烈廟歷史文化提供了一種新的參考。[3]賈利偉以“需求分析-設計-實現-測試”的結構對虛擬近現代建筑中的交互展示設計與實現進行研究。并以“滕王閣交互漫游系統”為例，進行設計與實現。[4]在國外，桑帕約（Sampaio）等人使用虛擬現實技術使得對材料的磨損程度的檢查和評估能夠以一種非常直接和直觀的方式進行，進而定期檢查和監控內墻維護的性能。[5]艾丁（Aydin）利用虛擬現實技術在南卡羅來納州查爾斯頓的喬治街和會議街的交叉口，重建失落的住宅建筑特征（拉德克利夫-國王大廈和加布里埃爾·馬尼戈特）。[6]

通過對比國內外所涉及的方法和最終效果，本課題有不同于傳統的研究，將計算機虛擬現實技術運用到倉城歷史文化風貌區保護及還原中，優化整體的設計體系，讓其得以保護與傳承。

三、設計方案

在三維虛擬漫游的創建方面需要前期的攝影測量、三維軟件中創建虛擬模型、虛擬引擎中場景環境的調節和實現在虛擬現實設備中的瀏覽，通過不同制作方法和不同軟件適用性的對比，最終選擇使用以下步驟實現倉城的虛擬漫游重現。

（一）攝影測量與虛擬三維模型創建

制作標識用以確定房屋尺寸以及與路面的比例問題，這為三維場景還原提供了尺寸依據。拍攝結束后，用Agisoft PhotoScan將采集好的2D圖片轉換為3D模型，再用Xnormal把Agisoft PhotoScan中的貼圖快速地烘焙出來，真實的貼圖制作完成。在Autodesk Maya軟件中制作場景模型，面數盡量少并賦予貼圖。采用計算機軟件處理實地拍攝的數據和圖紙，在三維空間中進行虛擬重建，并且通過虛擬漫游的技術方式向受眾展示。

（二）虛擬引擎的使用與虛擬現實中的瀏覽

虛擬引擎中的調節，把三維虛擬模型導入Unreal Engine 4中，進行環境的調節，此軟件畫面表現效果極佳，和三維軟件融合效果好，在界面視圖中觀看，場景幾乎已經達到了渲染級別的質量。在此軟件中可以檢查三維模型、貼圖是否有錯誤，并為場景加上真實的地面。在市場上諸多的VR產品中，HTC Vive無疑是體驗最佳的設備之一，在規劃選擇游戲區、安裝定位器等一系列準備工作后，在Unreal Engine 4中點擊VR顯示，即可戴上頭顯設備，身臨其境地游覽倉城。

四、總結

本課題把倉城的歷史文化內涵與數字媒體技術手段相結合，思考如何能保護和傳承近現代建筑遺產，挖掘倉城的巨大價值。通過對其數字化保護方式進行分析，發現建立數字三維場景漫游，依靠虛擬現實技術呈現可以停止其被破壞、消亡，可以起到傳承文化、整合資源和促進產業的發展等作用。瀏覽者在觀賞倉城時不再受時間和空間的局限，可以將其文化進行展示和科普。

虛擬現實技術游覽方法的優勢在于可以避免觀者直接接觸國家歷史遺跡本身，不對建筑造成任何影響，有利于減少其維修和替換的頻率。通過此方案，有助于將研究出的虛擬現實技術應用在近現代建筑遺產保護上。讓觀者在異地就能游覽到倉城，感受建筑的年代特征，通過逆向建模、房屋功能性展示等技術的綜合應用，為建筑遺產保護提供了更多的方法。

參考文獻：

[1]（美）普魯唐（Prudon，T.H.M.）著，永昕群，崔屏譯.現代建筑保護[M]，北京：電子工業出版社，2015.7：7.

[2] 陳曦.建筑遺產保護思想的演變[M]，上海：同濟大學出版社，2016：4.

[3]符清芳.基于UE4引擎的漢昭烈廟歷史文化虛擬實景展示系統開發[D].西華大學，2017.

[4]賈利偉.虛擬近現代建筑中的交互展示設計與實現[D].北京工業大學，2016.

[5] Alcínia Z.Sampaio， Daniel Rosário. Virtual Reality Technology Applied on Maintenance of Painted Walls of Buildings. Journal of Software Engineering and Applications [J]. 2012， 5：297-303.

[6] Aydin， Caglar. "The Potential of Virtual Heritage Reconstruction in Lost Ansonborough" （2012） [A]. All Theses [C]. 1353. https：//tigerprints.clemson.edu/all_theses/1353.