VR技術在古建筑數字化保護中的應用

王文震

摘要：古建筑是中國傳統文化遺產的重要組成部分，保護古建筑就是在保護我們的傳統文化。但是，隨著時間的流逝、社會經濟的發展和城市化進程的推進，很多的古建筑也受到了不同程度的損壞，要保證把古建筑的原貌保存下來，又耗資巨大，面對這一現象，我們需要一種低成本效果好的技術保存古建筑的原貌，VR技術就是這樣的一種技術。VR技術即虛擬現實技術，它在古建筑保護中有著十分重要的應用。本文主要針對VR技術在古建筑數字化保護中的應用進行了探討。

關鍵詞：古建筑;數字化保護;VR

一、前言

古建筑代表了我國建筑繼承與發展，現代數字化技術的應用，彌補了人工測繪構圖等傳統古建筑保護方式的不足，如三維激光技術、虛擬現實技術等現代科技，通過數據量優化，以及與空間、屬性等數據的結合，真實還原了古建筑風貌，同時信息采集處理、構建虛擬模型、信息集成等工作效率隨之提高，真正達到了古建筑保護目的。

二、古建筑數字化保護的重要性

（一）歷史再現

古建筑，是歷史的再現，見證了各個時期政治、經濟、文化等方面的變化。如北京故宮博物院布局規劃，講究天人合一，是我國古代宮殿建筑的典范。如云岡石窟，記錄了古代北方名族的佛教文化。如萬里長城，記錄了我國古代抵抗外族侵略的歷史，是中華民族不屈精神的象征。

（二）促進旅游業的發展

隨著人們經濟條件、生活水平提高，人們對精神追求的需要日益增長，古建筑能夠滿足人們放松心情、求知欲望、探尋歷史等需要，帶動當地旅游業進步，推動區域經濟發展。尤其是故宮、長城等標志性建筑物，每年帶來的旅游效益都是可觀的。但古建筑景點的開放，也伴隨著一定的破壞性。對此，加強保護力度意義重大。

三、VR技術簡介

VR技術即虛擬現實技術，簡單來說，它是一種可以將真實世界的原型利用虛擬化的手段進行完全復現的技術。VR技術的主要優勢在于它的信息完備性、一致性、模擬性、可視化。應用VR技術可以全面細致地還原建筑形貌，使建筑以數字化的形式保存于計算機系統當中。

四、VR技術在古建筑保護中的主要應用

VR技術在古建筑保護中的應用，主要體現在管理保護層面，即利用三維成像技術，復原建筑原貌，實現了保護相關建筑信息完整性，提高信息解讀效率的目的。

（一）古建筑信息采集

古建筑信息的采集，需要分為兩方面進行：一者是對古建筑的實體空間信息進行采集，實體空間信息具體是指其的方位、形狀、大小及各構件尺寸等;二者是對古建筑身上所承載的歷史文化信息（或稱屬性信息）進行采集，歷史文化信息具體是指其的設計方法、建設材料、建設工藝、地域特征、建設年代的時代特征、人文社科價值等。

在對古建筑的實體空間信息進行采集之時，一般是先利用三維激光技術精確快速地掃描出建筑的三維坐標點云數據，以及建筑表面紋理信息，最后再應用三維建模技術建立出古建筑的三維模型。而在對古建筑身上所承載的歷史文化信息進行采集之時，則一般是先進行實地考察和相關文獻查閱，再經由人工分析整理而出。

三維激光掃描技術采集古建筑信息一般分為以下步驟：

第一步：古建筑表面及空間數據采集。

主要內容有：確定測繪方案，三維激光實地掃描（可使用徠卡、法如等品牌的大幅面空間掃描儀）。

第二步：內業數據處理。

建筑物的線劃圖作為傳統建筑測繪的成果之一，是建筑物的基礎測繪圖件，通過內業測繪獲取二維的圖件可以表示房屋內部的結構或構造形式、分層情況，及建筑物的相關尺寸。

第三步：三維建模。

可以利用三維激光掃描儀配套軟件自帶的模型庫快速建模.也可以通過其他第三方軟件3ds max等進行建模。

（二）古建筑模型構建

古建筑模型構建是數字化保護最重要的應用環節之一?？梢允褂肂IM技術進行建模，首先利用GIS技術建立出基本的古建筑三維模型后，然后利用其它相關軟件建立出古建筑的“群”模型，最后再應用BIM技術建立出古建筑的精確三維模型。在應用BIM技術建模之時，需要將之前所采集到的古建筑信息，包括其的方位、形狀、大小及各構件尺寸等，均準確輸入到BIM軟件當中，以保證三維建模的精確性。在古建筑保護工作中，對古建筑的建模往往不是只建模一次，而需要反復、多次建模，而在多次建模過程中會自然而然地總結出古建筑的關鍵參數，工作人員可以將這些參數總結整理成一個集合，并存入系統數據庫當中，以為后續的古建筑保護工作提供有力的指導。

（三）古建筑的VR虛擬體驗

使用VR技術可以實現對古建筑的虛擬體驗，不僅可以感受到真實的古建筑形貌，還可以將古建筑所承載的一些歷史人文信息整合到VR系統當中，以游戲娛樂等方式讓體驗者參與其中，進而加深對古建筑的了解、提升對古建筑的熱愛。

VR技術復原古建筑的過程，包括以下幾方面：（1）前期工作。即項目策劃，需明確選擇古建筑系統展示在PC上、還是手機上，確定技術研發平臺。 （2）中期工作。首先實地考察古建筑，利用三維激光雷達掃描技術等，獲得古建筑的空間、紋理等數據，以提高虛擬建筑藝術美感。拍攝古建筑的內外結構，包括細節紋理等。收集周邊人文環境、發展概況、歷史背景等資料，加深文化了解。然后匯總分析資料，資料應當分類存放，利用AutoCAD軟件繪制實體數據立面圖、平面圖。利用3ds max模型制作軟件與曲面、多邊形等建模方法，進行模型制作。貼圖修復多采用Photoshop、Substance Painter等軟件進行處理。烘培后，將模型光影以貼圖形式，導入到Unity或UE等3D引擎，最終完成VR交互與漫游制作。（3）后期工作。主要是對VR作品測試與調整，在不同的操作系統平臺、硬件配置機器、使用者之間交叉測試，提出問題并修改。

在整個VR系統構建完成后，這樣人們只需要戴上特制的VR眼鏡，即可宛如真正進入到古建筑當中一般親身感受到古建筑中的情境。

綜上所述，在古建筑數字化保護中使用VR技術，可有效提高古建筑管理保護、修復保護的成效。

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