AR技術(shù)在侗族建筑數(shù)字化保護(hù)中的研究

張佳佳

摘要：侗族建筑是少數(shù)民族文化的重要組成部分，其蘊(yùn)含的建筑藝術(shù)和精神文化內(nèi)涵都很值得研究。但隨著時(shí)間的推移，以木結(jié)構(gòu)為主的侗族建筑受到了自然風(fēng)雨侵蝕、火災(zāi)和人為破壞，出現(xiàn)了不同程度的損毀。除了傳統(tǒng)的保護(hù)手段外，近幾年流行的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為侗族建筑的有效保護(hù)提供了新的途徑。本文分析了侗族建筑和AR技術(shù)結(jié)合的可行性，重點(diǎn)介紹了AR項(xiàng)目的制作流程。

關(guān)鍵詞： 侗族建筑 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù) 制作流程

1 引言

侗族建筑作為少數(shù)民族文化的重要組成部分，不僅呈現(xiàn)了侗族人民的建筑藝術(shù)，還體現(xiàn)了侗族人民的精神文化內(nèi)涵。但隨著時(shí)間的推移，以木結(jié)構(gòu)為主的侗族建筑受到了自然風(fēng)雨侵蝕、火災(zāi)和人為破壞，已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的損毀。除了修繕、拍照等傳統(tǒng)的保護(hù)手段外，還應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)代科技手段對(duì)侗族建筑進(jìn)行保護(hù)開發(fā)和探索研究。三維數(shù)字建模技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破了時(shí)空地域的局限性，為少數(shù)民族文化的保護(hù)與傳承提供了更多途徑，具有重要意義。

2 侗族建筑和AR技術(shù)結(jié)合的可行性

2.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）是指把計(jì)算機(jī)仿真的虛擬數(shù)字信息與真實(shí)環(huán)境相疊加，通過移動(dòng)設(shè)備顯示出來，用戶可以實(shí)時(shí)交互的一種技術(shù)。AR技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展到一定階段的新形式，具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)互動(dòng)、三維注冊(cè)的特點(diǎn)。

2.2侗族建筑分析

侗族建筑以鼓樓、風(fēng)雨橋、吊腳樓為代表。它們都具有干欄式建筑的基本特點(diǎn)。

（1）鼓樓

鼓樓的建筑外形像一座密檐式的佛塔，采取三段式造型。下部空間高大，中部是層層飛檐，上部為頂亭。多數(shù)鼓樓以4根或6根主杉木為立柱，從地面直通樓頂。立柱之間用穿枋連接樓檐。鼓樓的樓檐為多層重檐，皆為單數(shù)，形狀以六邊形或八邊形為主。

（2）風(fēng)雨橋

風(fēng)雨橋有亭閣式和鼓樓式兩種，它最大的特點(diǎn)是集廊、亭、臺(tái)、樓、閣于一身的橋梁建筑。橋基是風(fēng)雨橋的基座，由多塊青石條堆壘而成。橋身是主體部分，完全由純杉木結(jié)構(gòu)建造。橋廊采用穿斗式木架組合結(jié)構(gòu)，結(jié)合梁柱體系連成整體。橋廊上面建有樓閣式橋亭，重檐翹腳，層次分明，美觀雅致。

（3）吊腳樓

侗族吊腳樓是典型的半干欄式建筑形式。吊腳樓依勢(shì)而建，一般用杉木打造三層框架。底層由于潮濕不住人，用來堆放柴草或喂養(yǎng)家禽。第二層是生活空間，有火塘、走廊、臥室、堂屋分列其中。第三層通風(fēng)干燥，比較寬敞，常用作儲(chǔ)物或者晾曬稻谷。

2.3 可行性分析

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）在文物復(fù)原、醫(yī)療、教育領(lǐng)域的應(yīng)用是近幾年的研究熱點(diǎn)，呈現(xiàn)發(fā)展迅速的趨勢(shì)。將AR技術(shù)運(yùn)用在侗族建筑的數(shù)字化保護(hù)與傳承中，具有以下可行性。

AR技術(shù)以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，通過三維建模軟件對(duì)侗族建筑實(shí)物進(jìn)行分類建模、并分類存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)現(xiàn)了侗族建筑資源科學(xué)的、高精度的、永久的保存。

AR技術(shù)還能整合圖片、視頻、動(dòng)畫、文字等信息，利用這一特點(diǎn)，可以將侗族建筑的營(yíng)造過程和營(yíng)造技術(shù)用三維動(dòng)畫展示出來，并配上介紹侗族建筑文化的圖片、文字、視頻。用戶只需用手勢(shì)，就可以在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)時(shí)互動(dòng)。這一新穎的形式能增強(qiáng)用戶對(duì)少數(shù)民族建筑文化的了解和深刻認(rèn)識(shí)。

3 AR項(xiàng)目制作流程

AR項(xiàng)目采用基于Unity+Vuforia的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用三維建模軟件創(chuàng)建侗族建筑的三維數(shù)字模型。具體開發(fā)流程如下：

3.1 建立三維數(shù)字模型

三維數(shù)字模型的建立是AR交互的基礎(chǔ)。侗族建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝獨(dú)特。以鼓樓為例，整座建筑采用鑿榫打眼、穿梁架拱、立柱連枋，以榫卯連接，結(jié)構(gòu)牢固。用三維建模的方式能更直觀的看到各個(gè)部分的穿插關(guān)系，以及內(nèi)部的空間構(gòu)造。為了保證模型或動(dòng)畫在移動(dòng)設(shè)備端運(yùn)行的流暢性，一是在建模的時(shí)候保留建筑細(xì)節(jié)，二是盡可能降低模型面數(shù)。最后注意導(dǎo)出為FBX格式才能被Unity識(shí)別。

3.2 Vuforia環(huán)境的搭建

在進(jìn)行AR開發(fā)之前必須先配置好Vuforia環(huán)境。首先登錄Vuforia官網(wǎng)注冊(cè)賬號(hào)，然后新建自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，上傳需要識(shí)別的圖片。最后獲取項(xiàng)目開發(fā)的License Key。需要注意的是因?yàn)閂uforia采取的是自然特征點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，所以上傳的圖片應(yīng)具有細(xì)節(jié)豐富、對(duì)比度較高、無重復(fù)的特點(diǎn)。

3.3 導(dǎo)入U(xiǎn)nity開發(fā)

3.3.1 前期相關(guān)設(shè)置

（1）Vuforia SDK安裝

檢查Unity軟件是否安裝了Vuforia SDK插件，如果沒有安裝，可以重新勾選該插件進(jìn)行安裝。該插件的作用是將Unity生成的虛擬場(chǎng)景疊加在真實(shí)環(huán)境中。

（2）設(shè)置AR Camera

AR Camera有兩方面的作用：一是調(diào)用設(shè)備的攝像機(jī)，二是實(shí)現(xiàn)各種事件行為的接口。在Unity的新建項(xiàng)目中，創(chuàng)建一個(gè)AR Camera。點(diǎn)擊AR Camera，在右邊的信息面板下點(diǎn)擊 Open Vuforia Configuration，將之前在Vuforia官網(wǎng)獲取的項(xiàng)目開發(fā)密鑰粘貼到 App License Key里。

3.3.2 創(chuàng)建AR環(huán)境

將侗族建筑的三維模型FBX格式導(dǎo)入到Unity里的assets文件夾里。

在Unity的層次面板右鍵單擊新建Image Taget。在信息面板中點(diǎn)擊Database，選擇之前在Vuforia官網(wǎng)中建好的數(shù)據(jù)庫(kù)名字。

將之前導(dǎo)入的侗族建筑的模型拖拽到Image Taget下，使其成為Image Taget的子對(duì)象。

3.3.3 導(dǎo)出設(shè)置

下載適合的JDK版本進(jìn)行安裝，并完成環(huán)境變量的配置。下載Android SDK進(jìn)行安裝。下載完成后，返回Unity界面，在Unity中配置好SDK和JDK的安裝路徑。菜單欄下Edit—Preferences--External Tools中填入JDK和SDK的安裝根目錄。

配置好JDK和SDK環(huán)境后，在項(xiàng)目設(shè)置中，先檢查場(chǎng)景是否添加到build中。再選中Android，單擊switch platform按鈕，完成安卓平臺(tái)的切換。然后單擊Player Settings，在other settings選項(xiàng)下修改Identification的值。修改完成后，單擊Build，設(shè)置文件名，選擇路徑保存導(dǎo)出文件。

4 總結(jié)和展望

隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展和各大廠商對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)軟硬件設(shè)施的大力投入，AR技術(shù)會(huì)越來越成熟。將這種技術(shù)運(yùn)用在侗族建筑的數(shù)字化保護(hù)中，最重要的是選取有代表性的建筑對(duì)象，深入挖掘建筑的結(jié)構(gòu)功能和文化意義。通過逼真的虛擬環(huán)境和有效的互動(dòng)形式，讓用戶清晰全面的了解侗族建筑的各種信息，對(duì)少數(shù)民族文化的傳播與傳承具有重要作用。

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