贛南傳統建筑數字建構改良與VR場景還原研究★

胡天昊，左鋆鈺，袁 海

(江西理工大學建筑與設計學院，江西 贛州 341000)

傳統村落是民族和國家的根基，但隨著現代化和城鎮化進程發展，傳統古村落正面臨遭受破壞甚至消亡的風險[1]。如此現狀，需基于可持續發展的方式對傳統村落全方位保護，通過挖掘其社會、文化價值與時代特征相融合，將優秀傳統傳承發揚。與此同時，伴隨著現代硬件設備和數字技術的不斷更新，對于古村落的保護與發展也提出了多元化的要求。而數字信息本身具有可儲存、易傳播的特點，無疑將保護傳統村落與數字技術相結合，既能激活傳統村落長久的生命力，也能使其得到更好的繼承和發展[2]。本文將以贛南傳統村落盧屋村中盧氏宗祠為例，在傳統測繪建模方式的基礎上結合新技術軟件RealityCapture(后文簡稱RC)對其進行改良以提高建模效率，并圍繞利用Lumion三維渲染軟件(后文簡稱LU)制作VR全景實現場景還原，并結合云平臺增設互動元素，提供相關地域文化的科普，從而實現對古村落進行的虛擬現實技術展示的宣傳與推廣。

1 選址概述

1.1 贛南盧屋村

盧屋村位于江西四大名鎮之一的贛州市南康區唐江鎮，于 2019年6月6日被列入第五批中國傳統村落名錄，是一座人文積淀厚重的客家名村。其中的建筑風格、禮儀處事都蘊含淳樸、濃厚的客家文化氣息，具有鮮明的贛南客家特色。它遺存的古跡彰顯著其中文化底蘊，卻也在歲月磨損中盡顯滄桑，許多的建筑已顯露破敗之勢，而當地居民卻無能為力，一些曾經提出的保護措施也未能落實下去，使得古村內的歷史痕跡正在被悄無聲息地抹去。

1.2 歷史建筑與人文環境

盧屋村此處環境適宜，歷史上賢才輩出，如今保留完整的古跡多是古時先賢的故居，如師汪故居、景孟公故居。這些古跡既保留了原有的居住空間形制，同時也影響著此處一代代人民生活習慣。除故居舊址外，在這份地域文化的背后，也孕育出了許多順應環境條件的特色建筑，如沙塘里民居、大隆巷騎樓等。這些建筑如今既是往來游客可以進出參觀的古跡，部分也依舊保留了居住功能仍被使用，使得建筑古跡不至于孤立于世外而荒廢破敗。除此之外，在盧屋村還有一座宗祠建筑，作為整個盧屋村的文脈基石。盧氏宗祠是整個盧氏宗族所在村落的核心建筑，每逢佳節、婚嫁等重大事件，盧氏族人都會圍繞此地展開活動，儼然已經成為整個村落的精神寄托，宗祠是贛南客家人的根[3]，守護好宗族祠堂，便是一種文脈的延續。

2 數字建構改良

建筑數字建構有多種途徑，先進的建構方式是使用LiDAR遙感技術，采用無人機實物掃描生成點云進行智能建構，同時可以自動生成模型[4]。但此方法存在點云數據龐大、運算硬件要求苛刻、設備成本過高的客觀問題，同時較大的缺陷在于其掃描只可識別表皮，被遮擋的內部空間不可精確反饋，并且模型整體性較高，編輯難度大。傳統的實地調研測繪平立剖再通過手動模型構建的方式其組件可編輯，內部細節也能進行反饋。但基于我國優秀的文化底蘊，在傳統建筑中誕生了眾多精美的雕刻構件，其在傳統建筑的發展上頗具研究價值[5]。而這些無論是門窗構件等還是細部雕花，對于建模而言卻是復雜且煩瑣的。而本文針對盧氏宗祠的數字建構將以建筑常用建模軟件Skechup(簡稱SU)輔以照片智能建模軟件RC為例，在傳統構建的基礎上提出了一些現代化的技術改良。操作流程如圖1所示。

RC軟件優勢在于對質量和準確性的把控與對硬件的低要求，提高用戶的工作效率的同時，降低了設備門檻。在軟件操作前需先針對目標構件拍攝一定數量的多角度照片作為樣本。將樣本導入RC后，首先按下F5進行基礎場景創建，模型初具雛形時即可終止分析，通過軟件的范圍框和定位軸選定建模物件范圍再F7鍵模型重構，此計算過程會隨素材量的增加而延時，同時最后模型三邊形網格也會越密集，即模型精度更高。經測試20張樣本為基本要求，30張及以上生成模型質量最佳。模型生成后進行F9鍵材質分析定位，完成后將得到高精度模型(見圖2)。此時模型的精度過高，會增加最后模型處理負擔，可根據展示需要進行減面功能“Simplify Tool”處理，如花紋構件多為貼圖展示，可控制三邊面在2 000，而如抱鼓石、雀替等單體構件設置為5 000效果較好。完成減面處理后重新進行F9鍵材質定位，可得到質量和精度兼備的模型。導出文件為Obj格式可附上材質文件，通過deep exploration或3DMax等軟件進行格式轉換即可導入各類建模軟件進行模型處理。

經實驗測試，此工具采集的樣本必須為全局樣本，局部照片并不能根據特征點而被識別并且會增加識別障礙，也就意味著此軟件的建模方式與前文提及無人機掃描建模一般，只能生成表皮模型，即不可對建筑整體拍照進行模型生成。因此用該方法結合傳統測繪的建模方式，既兼備傳統測繪對于墻柱梁等標準構件制作的簡易高效，又兼顧了局部復雜構件制作的高效、美觀、真實，是對傳統方法結合新技術進行發展，提高傳統建筑數字建構的效率。

3 基于Lumion的VR全景渲染

VR全景是在微機平臺上基于靜態圖像實現虛擬現實技術展示的一種新型方式。讓人們能借助網絡實現各平臺下的720°全視角的自由瀏覽，從而體驗到可互動的三維視覺。目前針對傳統建筑的虛擬還原還有采用Unity3D引擎的渲染和SteamVR聯動的數字還原模式[6]，而VR全景與之相比圖面更真實，可通過調整材質、色彩等還原出場所環境特性，也能更直接的烘托出老村古韻的氣質，且實踐制作環節更高效，在傳統建筑的數字化繼承與推廣應用方面更合適。

Lumion作為一款三維可視化模型渲染軟件能夠構建真實、生動的虛擬現實場景[7]。本文采用LU渲染除了因為其直觀、便捷、高效的優點外，更依賴于其自6.3版本后加入了VR全景渲染的功能。LU對模型的處理主要在于材質的詳細參數和渲染時特效參數的設置上。針對像盧屋村這類贛南古村傳統建筑的渲染，出于對場景還原的氛圍感的營造，本文通過針對此類建筑大量主要材質的渲染測試，提供一套經驗數值的參考(見表1)。其中風化參數可豐富材質的紋理以提高場景細膩程度。通過研究場景還原渲染的效果總結得出，渲染真實感是通過對自然氣候環境和場地要素的塑造間接反饋在建筑物理材質上所呈現的結果。因此圍繞自然天氣環境進行有選擇的場景渲染，既能豐富瀏覽體驗，也能提高渲染品質。本例中考慮到贛南地區春秋雨季多發，常有綿綿細雨，所以盧氏宗祠的渲染是選擇雨過天晴的條件進行場景氛圍營造，烘托古村雨后的煥然一新的氛圍。在LU渲染特效參數上，“沉淀”“真實天空”“顏色校正”這三個渲染特效可還原自然氣候環境并且有效提升渲染質量，但這些參數只能根據從業者個人審美反復渲染測試來進行調整。

表1 LU古建常見材質參考參數

完成材質和特效的參數設定后需要布置渲染點位，而對于系列VR全景會設置多個點位，來實現移步換景的互動效果。因此展示室外和室內的場景變化時，要充分考慮到展示核心的改變。室外側重建筑置地環境的展示，要求環境要素表達完善、布景豐富；室內側重建筑細部和空間組織的展示，可以布置物件元素與人文活動進行聯系，使得瀏覽的全景畫面更有可讀性。點位布置完畢后可渲染導出VR全景。

4 互聯網平臺的VR全景推廣

LU渲染的全景圖片可以借助網絡上的云平臺進行互動元素的編輯以及效果展示與推廣。720云網站平臺通過上傳LU渲染的全景圖片到云端后，作者可以利用其平臺編輯器，加入文字、音樂、圖片、視頻、鏈接等元素豐富作品展示，使瀏覽者能在互動中漸進場景，感受數字虛擬還原視角下的古建筑獨特風貌(見圖3)。對于歷史建筑的展示，要充分利用這些附著元素擴展資料信息。根據實地調研采集的史實資料，補充介紹該古村場景的環境背景、人文歷史、特色文化、建筑工藝等，使瀏覽者不僅能身臨其境地體驗數字技術與建筑藝術結合的魅力，更能通過在瀏覽時與元素的互動了解更深層的文化內涵，為古村延續與傳播提供綿長的生命力。古村保護通過借助數字孿生技術進行跨領域的結合，利用數字信息作為傳播媒介進行廣泛宣傳，這些落魄的古村才有機會被現代人所了解。

5 結語

該研究優化了傳統測繪建模方式中對復雜構件的處理，實現了對贛南地區傳統村落建筑盧氏祠堂的存檔記錄，并且對其文脈傳播進行了創新性探索，操作方法具有傳播性、實用性。需要注意的是RC智能建模效率和質量固然可靠，但是其對樣本規模的要求在實踐中有時也較難處理，還是需要用戶依靠其他工具捕捉更多角度的素材。此外LU的渲染品質除了本文提供的材質參考數值外，更多還是依賴于用戶的個人審美和操作水平，需要用戶不斷嘗試以獲得最佳效果。前者在未來技術水平提升后應會有較好的解決，但后者還是需要以實驗為基礎來進行改善。

隨著虛擬現實技術愈發成熟，數字技術建構形成的虛擬載體將愈發利于互聯網的傳播，從而提高古村落的影響力，這將在古村落傳統建筑的保存和宣傳上存在著積極的意義。而在全景VR展示的基礎上，利用現代網絡的交互功能促進文化傳承的多樣性和兼容性還需要不斷探索，這樣才能更好的回應眼前傳統古村落文脈保護與傳承的問題。