增強現(xiàn)實技術(shù)在承德歷史街區(qū)文化數(shù)字化呈現(xiàn)的應(yīng)用研究

蘇麗萍，李昭勛

（河北民族師范學(xué)院 美術(shù)與設(shè)計學(xué)院，河北 承德 067000）

0 引 言

歷史街區(qū)體現(xiàn)了城市漫長的發(fā)展歷程。作為記載城市文化的一種非常重要的物質(zhì)文化遺產(chǎn)。承德西大街有著悠久的歷史，是與承德避暑山莊風景區(qū)距離最近的歷史街區(qū)，是承德歷史文脈的象征。伴隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，城市化進程不斷加快，城市更新速度的加快對于城市歷史街區(qū)的存在具有一定的威脅。因此，城市發(fā)展中切實保護歷史街區(qū)，并使歷史街區(qū)在城市文化傳承中的作用得到充分發(fā)揮，是非常重要的問題。為更好地推動承德歷史街區(qū)的保護，采用數(shù)字化技術(shù)對承德歷史街區(qū)進行保護有著非常重要的意義。

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，新時代科技與文化融合發(fā)展戰(zhàn)略不僅給歷史街區(qū)文化傳播帶來千載難逢的新機遇，也提供了新視角。繪畫作品、老照片等靜態(tài)表現(xiàn)形式已難以滿足歷史文化傳播的新語境需求。數(shù)字化、動態(tài)化、場景化的表達方式受到越來越多人的青睞。數(shù)字化技術(shù)的運用在體現(xiàn)承德老街真實場景的基礎(chǔ)上更具生動性；VR技術(shù)的運用則讓人身臨其境，從更具體驗感的視角捕捉空間的事實，從而獲得新的認知；歷史街區(qū)活態(tài)傳承衍生品的設(shè)計，豐富了承德旅游紀念品的種類。歷史街區(qū)的文化活態(tài)呈現(xiàn)，打破了現(xiàn)實距離的界限，使遠在千里之外的“游客”也能如同親臨承德，感受承德的歷史記憶和城市魅力。

1 承德歷史街區(qū)文化數(shù)字化呈現(xiàn)概述

1.1 承德歷史街區(qū)文化數(shù)字化呈現(xiàn)的意義

歷史街區(qū)是一個城市“活”的記憶。隨著城市的發(fā)展，傳統(tǒng)的保護方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人對文化遺產(chǎn)的認知和所衍生出的文化額追求。實施科技與文化融合戰(zhàn)略，將承德歷史街區(qū)的文化基因進行科技創(chuàng)新，使承德歷史街區(qū)文化能夠活態(tài)化地呈現(xiàn)在游客面前，完美呈現(xiàn)承德歷史街區(qū)的歷史底蘊和深厚文化。

此外，數(shù)字化技術(shù)可以將承德歷史街區(qū)的文化活態(tài)形象地登上世界舞臺，吸引到世界各地的游客，用戶可以足不出戶就能體驗到承德的民俗文化，在弘揚中華民族文化遺產(chǎn)的同時促進承德旅游經(jīng)濟的發(fā)展。

1.2 承德歷史街區(qū)文化數(shù)字化呈現(xiàn)的原則

歷史街區(qū)文化數(shù)字化呈現(xiàn)是指采用數(shù)字化技術(shù)對歷史街區(qū)進行數(shù)字化建模和還原的過程，通過對街道、建筑及周邊環(huán)境的數(shù)字化建模，實現(xiàn)對歷史街區(qū)文化的數(shù)字化呈現(xiàn)。近年來，采用數(shù)字化技術(shù)對歷史街區(qū)文化進行保護、還原得到人們的廣泛重視。對歷史街區(qū)文化進行數(shù)字化呈現(xiàn)，其主要原則為：

（1）要尊重歷史街區(qū)的風貌。歷史街區(qū)是人們在漫長的歷史發(fā)展中逐漸形成的街區(qū)，是深厚歷史文化的直接呈現(xiàn)。因此，在對歷史街區(qū)文化進行數(shù)字化呈現(xiàn)時，應(yīng)充分考慮歷史街區(qū)在不同歷史時期的政治、經(jīng)濟和民俗特點，保留歷史街區(qū)文化的風貌和肌理，為歷史保留真實的歷史街區(qū)文化。

（2）要兼容歷史街區(qū)的歷史演進。承德市歷史街區(qū)的建設(shè)歷經(jīng)數(shù)百年，不同歷史時期的建筑特點和建筑樣式不盡相同，加之近現(xiàn)代以來承德歷史街區(qū)經(jīng)過數(shù)次修復(fù)，街區(qū)內(nèi)的歷史建筑與修復(fù)建筑既互相獨立又互相依存。因此，在對承德歷史街區(qū)文化進行數(shù)字化呈現(xiàn)時應(yīng)充分兼容歷史街區(qū)的歷史發(fā)展，對歷史建筑和修復(fù)建筑在數(shù)字化呈現(xiàn)過程中實現(xiàn)兼容性。

（3）要精確重現(xiàn)歷史街區(qū)的細節(jié)。對承德歷史街區(qū)內(nèi)的不同建筑的造型、材質(zhì)、表面色彩和裝飾構(gòu)件等都應(yīng)經(jīng)過仔細觀察，通過測繪、攝影、錄像和航拍等方式，認真記錄不同建筑的特點和細節(jié)，精確地體現(xiàn)出街區(qū)內(nèi)不同建筑的尺度和質(zhì)感。

此外，為了提高承德歷史街區(qū)的數(shù)字化呈現(xiàn)的效果，提高效率，應(yīng)通過觀測歷史街區(qū)整體建筑的宏觀形態(tài)，發(fā)揮中心軸線、元素重復(fù)等方法對歷史街區(qū)進行建模，提高承德歷史街區(qū)的數(shù)字化呈現(xiàn)效果。

1.3 增強現(xiàn)實技術(shù)概述

增強現(xiàn)實（Augmented Reality, AR）技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality, VR）技術(shù)發(fā)展而形成的視覺顯示技術(shù)，AR技術(shù)不僅具有VR技術(shù)的優(yōu)點，還能將真實環(huán)境與虛擬現(xiàn)實融合在一起，并綜合應(yīng)用交互、定位等技術(shù)相互配合，實現(xiàn)高質(zhì)量的視覺混合顯示效果。

AR技術(shù)具有實時互動、三維注冊和虛擬現(xiàn)實融合三大特點。實時互動是指用戶能通過AR系統(tǒng)進行實時交互，實時交互有效拓展了人機交互的渠道，除了鍵盤和鼠標，用戶能以更加自由的方式與AR系統(tǒng)進行交互。三維注冊是指AR技術(shù)能將虛擬對象或虛擬信息準確的放置在真實場景的位置上，并與真實世界實現(xiàn)無縫融合。三維注冊要求計算機將虛擬對象準確還原至三維空間中，并無縫集成的顯示給用戶。虛擬現(xiàn)實融合是指能給用戶展現(xiàn)虛擬融合的事件或物體，是對真實場景的虛擬擴展，是AR技術(shù)區(qū)別于VR技術(shù)的重要標志。

2 基于增強現(xiàn)實技術(shù)的承德歷史街區(qū)文化數(shù)字化呈現(xiàn)設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

根據(jù)到承德歷史街區(qū)的調(diào)研可知，對承德歷史街區(qū)AR識別卡片進行制作，借助于移動端對承德歷史街區(qū)AR識別卡片進行掃描，人們能夠看到承德歷史街區(qū)相應(yīng)的三維模型，由此使人們的感官體驗得到增強。

人們在歷史街區(qū)AR識別卡片的展示部分，借助于掃描卡片獲取相關(guān)建筑的三維模型，同時有動態(tài)文字與音樂的介紹。文字與音樂的疊加增加了街區(qū)展示的魅力。同時，借助于掃描可以播放相應(yīng)的視頻，增強人們的體驗。

2.2 AR識別卡片的設(shè)計

基于景區(qū)展示的復(fù)原模型、平面圖等對承德歷史街區(qū)建筑外形進行確定，借助于對歷史文獻的查閱，對歷史街區(qū)的真實造型形態(tài)進行明確。對于AR的識別風格來說，選擇現(xiàn)階段較為流行的插畫方式，只是把建筑物的輪廓通過簡單的線條或者是色塊進行提煉，在處理顏色過程中，以文獻資料、出土的文物顏色為依據(jù)，顏色的主基調(diào)選擇“藍天灰瓦”。圖1為承德歷史街區(qū)建筑物插畫形象。

圖1 承德歷史街區(qū)建筑物形象

在制作承德歷史街區(qū)的AR識別卡完成后，采用Target Manager模塊對識別卡進行星標并判斷識別圖的等級，星標級別越高表示識別圖質(zhì)量越好，要淘汰低于三星級的識別圖。承德歷史街區(qū)識別圖星標為五星，說明識別度較高，圖像中的十字表示識別點，如圖2所示。

圖2 承德歷史街區(qū)識別圖星標

2.3 AR展示的3D視覺設(shè)計

完成識別卡制作后，采用3D MAX建模后再使用Unity3D完成AR系統(tǒng)的搭建。首先在3D MAX中搭建承德歷史街區(qū)白模。如圖3所示為承德歷史街區(qū)的整體模型，圖4為承德歷史街區(qū)的細節(jié)模型白模。

圖3 承德歷史街區(qū)整體模型

圖4 承德歷史街區(qū)細節(jié)模型白模型

建模完成后制作并導(dǎo)出UV。由于沿街商鋪并非規(guī)則立體形狀，因此需要沿3D承德歷史街區(qū)的表面法線創(chuàng)建二維平面，并繪制貼圖。貼圖中的每面棋盤均呈現(xiàn)為方形，UV展開細節(jié)圖如圖5所示。

圖5 UV展開圖

隨后，對白模貼圖進行處理，構(gòu)建豐富的模型視覺效果。一般某個模型的貼圖素材會較多，經(jīng)UV貼圖后再經(jīng)Photoshop進行加工和潤色，如圖6所示。

圖6 承德歷史街區(qū)模型貼圖

上述環(huán)節(jié)完成后，承德歷史街區(qū)的三維模型文件已完成創(chuàng)建，如圖7所示。對模型文件另存為fbx格式后再導(dǎo)入Unity 3D中進一步完成AR作品制作。

圖7 承德歷史街區(qū)三維全景模型

2.4 AR展示系統(tǒng)的實現(xiàn)過程

本設(shè)計采用Unity3D 2018完成承德歷史街區(qū)的R展示系統(tǒng)，選擇需要的平臺支持組件（iOS、Android、UWP）并完成安裝。安裝完成后創(chuàng)建新的3D項目，選用Vuforia工具包，并對該工具包的本地屬性進行配置，再使用該工具包實現(xiàn)場景預(yù)設(shè)。隨后將先前制作的AR識別卡上傳至Vuforia工具包并進行信息識別，并將識別圖SDK文件另存為至本地。

在Unity3D 2018中添加ARCamera，并將mageTarget拖入Hierarchy中。隨后在Unity3D導(dǎo)入3D MAX做好的模型，并在ARCamera文件夾導(dǎo)入該模型。在Vuforia工具包中該項目模型，并對ImageTargrt完成激活。此外，并利用Unity3D 2018中的Xdreamer插件完成承德歷史街區(qū)AR系統(tǒng)的交互，完成承德歷史街區(qū)的AR系統(tǒng)的設(shè)計。

對該設(shè)計采用Android 系統(tǒng)進行導(dǎo)出測試。采用Unity3D 2018將Android的安裝包apk到處并在智能手機上安裝測試，效果如圖8所示。該AR測試效果能較好地展示承德歷史街區(qū)的主要場景，還可以在左側(cè)的滑動軸進行旋轉(zhuǎn)和縮放，實現(xiàn)多角度和多分辨率觀看，實現(xiàn)較好的AR展示效果。此外，還可以增加承德歷史街區(qū)的音視頻信息來豐富AR系統(tǒng)的展示效果，為游客提供更加便捷的展示手段。

圖8 承德歷史街區(qū)AR 測試效果

3 結(jié) 論

增強現(xiàn)實（Augmented Reality, AR）技術(shù)可以幫助人們將歷史文化遺跡進行可視化傳播。對承德歷史街區(qū)采用AR展示技術(shù)進行展示，采取有效措施不斷提高成像質(zhì)量以及分辨率。使用AR 技術(shù)不僅能良好的展示承德歷史街區(qū)的歷史文化遺產(chǎn)，還能推動承德文化創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進承德市旅游產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。