郎濱

（池州學(xué)院 文學(xué)與傳媒學(xué)院，安徽 池州 247000）

徽派古建筑又稱為徽州建筑，是具有文物價(jià)值的世界文化遺產(chǎn)，同時(shí)也是徽州文化的重要組成?；张山ㄖO(shè)計(jì)精美，極具文化底蘊(yùn)，是先人留給我們的財(cái)富，同時(shí)也是古人智慧的結(jié)晶。因此，如何更好的復(fù)原及保護(hù)徽派建筑一直是研究者所面臨的重要課題。隨著近年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使古建筑在保護(hù)、展示以及修復(fù)都有了強(qiáng)大的技術(shù)支持。利用相關(guān)技術(shù)，制作徽派古建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，對(duì)古建筑的復(fù)原、保護(hù)、傳承都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與徽派古建筑復(fù)原

4月15日，位于法國市中心，有著800多年歷史的巴黎圣母院發(fā)生了大火，整個(gè)建筑在火災(zāi)中受損嚴(yán)重。巴黎圣母院火災(zāi)之后，相關(guān)部門所面臨的最大問題，就是如何對(duì)在火災(zāi)中損毀的建筑進(jìn)行修復(fù)。值得慶幸的是，這項(xiàng)工作有著大量數(shù)據(jù)作為參考，在此之前瓦薩大學(xué)一位教師曾經(jīng)對(duì)巴黎圣母院進(jìn)行了數(shù)字掃描，并且保存了相關(guān)信息?？梢哉f，在虛擬的世界中，巴黎圣母院仍然屹立不倒。正如浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院副教授李志榮所說：“災(zāi)難給我們的警醒是，保護(hù)文物本體永遠(yuǎn)是最重要的工作，沒有之一。而且，對(duì)文物的數(shù)字化記錄必須趕快進(jìn)行，特別是對(duì)于世界遺產(chǎn)級(jí)別的文物，要真正記錄到一旦損毀可復(fù)原的程度?！笨梢?，用虛擬技術(shù)及數(shù)字化技術(shù)記錄古建筑的信息，可以為損壞的文物進(jìn)行修繕、保護(hù)和研究工作提供參照的數(shù)據(jù)。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維建模技術(shù)和攝影測(cè)量技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)，已經(jīng)全面應(yīng)用于以古建筑保護(hù)、復(fù)原領(lǐng)域，我國對(duì)古建筑古文物的數(shù)字化保護(hù)還處在起步階段，但也取得許多成果，如浙江大學(xué)對(duì)彌山石窟考古、云岡石窟第三窟的數(shù)字化記錄和3D復(fù)原，以及西藏阿里托林寺白殿的壁畫記錄等。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（簡(jiǎn)稱VR），是指在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上，利用仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，協(xié)同處理技術(shù)和多重傳感技術(shù)，通過模擬人的觸覺、聽覺和視覺，使人沉浸在計(jì)算機(jī)模擬的虛擬世界之中，并同時(shí)通過虛擬設(shè)備對(duì)人的動(dòng)作進(jìn)行捕捉，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的技術(shù)?；张山ㄖ鳛橥钅系貐^(qū)傳統(tǒng)村落的重要組成部分，經(jīng)歷了幾百年分發(fā)展歷程。它是我國傳統(tǒng)建筑最重要的流派之一，是人文景觀與自然景觀高度和諧統(tǒng)一的典范。下文將以徽派建筑為例，闡述制作古建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的過程，并對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析。

二、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)復(fù)原古建筑的過程分析

對(duì)徽派古建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先需要根據(jù)徽派古建筑的特征進(jìn)行策劃和調(diào)研工作，以此保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性，策劃和調(diào)研工作主要解決三個(gè)方面的問題：首先應(yīng)選取哪些具有代表性的建筑制作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它們有哪些特征和內(nèi)涵；其次要考慮使用什么手段建立虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)到哪些軟件，操作過程中可能存在哪些技術(shù)問題；第三，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互性界面包括哪些內(nèi)容，如何能為用戶提供良好的使用體驗(yàn)，系統(tǒng)制成后可以在哪些平臺(tái)使用，相關(guān)的大小，分辨率及清晰度的要求有哪些。

（一）實(shí)地測(cè)量，搜集資料

徽派古建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)制作的首要步驟是實(shí)地測(cè)量，實(shí)地測(cè)量的目的在與獲得古建筑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以便后期進(jìn)行建模和對(duì)古建筑進(jìn)行數(shù)字還原。實(shí)地測(cè)量包括測(cè)量的平面、立面及環(huán)境數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上繪制建筑物的草圖。搜集資料包括三個(gè)方面的內(nèi)容：徽派建筑的文字資料、視頻資料以及模型資料。對(duì)于文字資料的搜集主要通過查閱相關(guān)的論文、書籍，以歸納徽派建筑物的組成、建筑風(fēng)格以及文化特征，以便為制作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持和理論支持。特別在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互式界面中，需要向用戶介紹徽派建筑的特征，如其結(jié)構(gòu)、裝飾及色彩的內(nèi)涵，都需要大量的文字資料作為支撐。視頻資料的收集包括兩個(gè)部分：其一是對(duì)于徽派建筑整體格局的宏觀記錄，其二是對(duì)于徽派建筑的細(xì)節(jié)進(jìn)行記錄，如木雕、磚雕、石雕、馬頭墻等。對(duì)于徽派建筑的視頻記錄，既可以為后期制作虛擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架提供可供參考的影響，還可以通過視頻展示結(jié)合講解的方式向用戶介紹徽派建筑。模型資料的收集，目的在于為后期建模及立體展示提供數(shù)據(jù)參考。

（二）調(diào)查訪問、拍攝照片

訪問調(diào)查是指，對(duì)于古建筑居民進(jìn)行有針對(duì)性的走訪、調(diào)查，通過同期聲采訪的方式，記錄居民的口述資料，也可以和相關(guān)的文物保護(hù)單位聯(lián)系，獲取關(guān)于古建筑的資料。在調(diào)查訪問的過程中，注重全面地了解古建筑文化遺產(chǎn)的歷史與特征，以便為制作提供一手的資料。為了更好的在系統(tǒng)中還原古建筑以及方便后期進(jìn)行紋理貼圖，在調(diào)查訪問之后，還需要拍攝照片。在拍攝照片時(shí)應(yīng)該注意以下事項(xiàng)：首先，為了方便后期進(jìn)行檢索，需要對(duì)照片進(jìn)行編號(hào)；其次，在拍攝過程中，應(yīng)選取多種角度進(jìn)行拍攝，另外，根據(jù)后期制作一天中不同時(shí)間的古建筑的環(huán)境需要，所以要分時(shí)段拍攝早晨、中午以及下午的古建筑照片；第三，在拍照過程中，除了要拍攝古建筑整體的影像外，還需要拍攝古建筑的細(xì)節(jié)，以便為后期制作貼圖提供素材。

（三）建立古建筑三維模型

制作古建筑模型是一個(gè)較為復(fù)雜的工序，因?yàn)楣沤ㄖ慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以要想將其展示在虛擬空間中，必須要進(jìn)行細(xì)致入微的建模。根據(jù)前期收集的相關(guān)視頻，圖片資料，結(jié)合三維軟件，如Unity3D、3DMAX、C4D進(jìn)行建模和制作三維動(dòng)畫。對(duì)于臺(tái)階、走廊、墻壁、窗戶、等較為規(guī)整的元素，可根據(jù)其內(nèi)部的紋理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，如球體、立方體、圓柱體等形狀，可以使用多邊形、曲面的方法來建模。對(duì)于一些不規(guī)則的元素，如盆景、雕刻、樹木等，需要采用隨機(jī)的分形集合技術(shù)來制作模型。建模以后，將場(chǎng)景模型添加到整體環(huán)境中，并在環(huán)境中制作UI界面，通過UI界面進(jìn)行同用戶之間的交互。

（四）場(chǎng)景的貼圖、燈光和烘焙處理

在整體環(huán)境制作完成以后，需要對(duì)古建筑模型進(jìn)行貼圖，貼圖的過程是將前期拍攝的古建筑的照片，通過軟件，與古建筑框架進(jìn)行合成。對(duì)于某些達(dá)不到要求的照片，還需要先用過PHOTOSHOP軟件進(jìn)行處理，然后才能進(jìn)行貼圖。比如對(duì)于照片色相、飽和度、曲線、對(duì)比度的修復(fù)，目的在于讓照片更加的合理逼真，以能夠更完美的貼合場(chǎng)景。

（五）合成與測(cè)試

該階段主要是將貼圖、模型、場(chǎng)景，通過添加特效以及攝影機(jī)的運(yùn)用最終合成為一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的過程。在合成以后，還需要對(duì)系統(tǒng)在不同的操作平臺(tái)下進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)測(cè)試古建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和交互性。測(cè)試結(jié)束后，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，以保證各個(gè)交互式界面的功能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，并總結(jié)出該系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境。

三、虛擬古建筑特征分析

1993年，美國科學(xué)家Burdea在他所發(fā)表的報(bào)告《虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及其應(yīng)用》中，提出了“虛擬現(xiàn)實(shí)的三角形表示”[1]。其描述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的3I 特性——交互性(Interaction)、沉浸感(Immersion)和構(gòu)想性(Imagination)。根據(jù)對(duì)前期制作的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分析，對(duì)照虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)3I特性，可以總結(jié)書徽派建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特征有以下三個(gè)方面。

（一）交互性

同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的交互式界面不同，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互實(shí)現(xiàn)不是通過鍵盤和鼠標(biāo)等外部設(shè)備，而是借助位置追蹤儀、遙控器、數(shù)據(jù)手套、眼動(dòng)儀等設(shè)備通過捕捉用戶的動(dòng)作在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行交互。如在虛擬場(chǎng)景中，用戶可以通過步行、轉(zhuǎn)身、坐下等動(dòng)作進(jìn)行交互，還可以通過力反饋設(shè)備拾取虛擬場(chǎng)景中的物體，而物體的設(shè)計(jì)重量會(huì)通過力反饋設(shè)備作用在人的手上，進(jìn)而模擬出真正拾取物體的重量感。在虛擬古建筑系統(tǒng)中，用戶可以通過VR眼鏡、數(shù)據(jù)手套、追蹤頭盔、遙控器等外設(shè)，進(jìn)行360度全方位的場(chǎng)景瀏覽，在瀏覽的過程中，用戶可以觸發(fā)系統(tǒng)中的若干開關(guān)，以得到系統(tǒng)的反饋信息，如用戶可通過數(shù)據(jù)手套虛擬觸摸系統(tǒng)中的門環(huán)，此時(shí)古建筑的大門就會(huì)打開。此外，用戶還可以借助互聯(lián)網(wǎng)和同時(shí)在線的體驗(yàn)者進(jìn)行語音和視頻的交流，這些交互模式都能夠?qū)τ脩舻膭?dòng)作做出反饋，并帶給用戶真實(shí)的模擬效果。

（二）沉浸感

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸來源于通過計(jì)算機(jī)模擬的虛擬世界給用戶帶來視覺、聽覺、嗅覺以及觸覺全方位的感受。從視覺和聽覺來講，徽派建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺，這種體驗(yàn)一方面來源于對(duì)于徽派古建筑逼真的視頻捕捉，另一方面來源于對(duì)于真實(shí)環(huán)境的光與影，色彩與細(xì)節(jié)的復(fù)原。此外，帶給用戶沉浸性體驗(yàn)的虛擬環(huán)境并非一層不變的，通過界面設(shè)計(jì)，在原有建筑物不變的基礎(chǔ)上，增加春、夏、秋、冬季節(jié)更迭所帶來的環(huán)境變換，同時(shí)模擬出早晨、中午、傍晚的一天的時(shí)間變化所帶來的光線變化，強(qiáng)烈的真實(shí)感與互動(dòng)感讓體驗(yàn)者能沉浸其中。嗅覺和觸覺的體驗(yàn)，需要借助相應(yīng)的終端設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)，參考當(dāng)下流行的4D電影觀賞模式，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于觸覺與嗅覺的模擬體驗(yàn)，主要來源與對(duì)于溫度和空氣的控制，4D電影中的觸覺和嗅覺模擬，主要是通過添加了噴霧裝置及機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置的座椅來實(shí)現(xiàn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，還需要相應(yīng)設(shè)備的普及才能帶給觀眾相同的體驗(yàn)。

（三）構(gòu)想性

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)想性主要是指在虛擬的環(huán)境中，體驗(yàn)者根據(jù)獲取的信息，對(duì)環(huán)境進(jìn)行判斷和想象，并由此掌握相關(guān)的規(guī)律的過程。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的想象性體現(xiàn)在用戶通過對(duì)于虛擬環(huán)境的認(rèn)知，經(jīng)過理性思維，創(chuàng)造性的構(gòu)想出客觀上不存在的環(huán)境?！疤摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的想象性強(qiáng)調(diào)作品具有廣闊的可想象空間，可以拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，還可以隨意構(gòu)想客觀上不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境?！盵2]徽派建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)除了可以再現(xiàn)安徽地區(qū)的古建筑意外，其實(shí)踐操作模塊，還可以使用戶自己組合相應(yīng)的建筑物，打造自己的建筑空間。在這個(gè)場(chǎng)景中，每一個(gè)客戶都可以是設(shè)計(jì)師、藝術(shù)家，他們可以根據(jù)自己的興趣和審美，創(chuàng)造自己的古建筑?！疤摂M現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸性和交互性能夠給體驗(yàn)者帶來強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的虛擬體驗(yàn)，想象性則能給體驗(yàn)者從虛擬環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，從而深化概念和萌發(fā)新意?！盵3]古建筑虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以通過其想象性的特征，使用戶在獲得身臨其境的虛擬體驗(yàn)的同時(shí)，還可以使其對(duì)古建筑的內(nèi)涵以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生理性的認(rèn)知。