虚拟情境下的长春古建筑模型构建方法研究

黄梓轩 李 闯

（吉林建筑大学艺术设计学院 长春 130118）

前言

长春古建筑复原在虚拟领域介入是近年来虚拟建模未来发展方向趋势HTCVR是目前国内虚拟现实产品相对较好的产品，在介绍基于VRP实现古建筑三维模型虚拟现实步骤的同时，结合东北老工业基地振兴计划，重点探讨了关于东北古建筑点云数据采集系统，和模型建立过程的数据处理，针对长春古建筑的特点和smart3D点云模型实现的需求对这两个过程提出了相关技术意见与古建筑复原的新方法。

1 数据采集及整理

依托于无人机倾斜摄影技术对建筑物的各种角度采集影像数据，通过多学科交叉与多技术融合（倾斜摄影技术、GIS航空数据地理信息大数据分析、激光扫描技术、BIM技术等）其中主要包括建筑物的长、宽、高以及各组成部分的尺寸数据，极小可能通过CAD图纸得到尺寸数据，因为对于时间跨度较久远的古建筑很少有留存的图纸资料，对于无法精确测量的尺寸，可通过无人机拍照得到各个建筑物的照片，一些采集不到影像的角度需要人工运用运动摄像机进行手工拍摄采集。也可选一已知高度的物体如树、路灯或垃圾箱等物体或人作参照物根据比例计算。其他的尺寸数据也可通过测量或拍照估计。

项目组的各个成员需要位于该区域的不同位置分工，每个人负责自己要建模的区域内相关物体的数据采集。使用无人机拍摄照片时要注意无人机设置热点环绕半径大小，对周边建筑不产生影响，多收集周边物体的尺寸数据以便建模时有数值作为参考。数据采集时通常会面临不同的地理地貌可根据当地城市规划对总平面图数据有所把控。

2 三维点云数据模型构建方法

首先将采集的影像数据集合制成单独文件夹导入Context Captur Center Master中形成表面模型并开启Context Captur Center Engine运算程序并注意将数据生产模式改成点云网格形式，此时提交新建工程进行三角测量。考虑古建筑所在地理位置后将生成文件使用Acute3D Viewer打开生成阅览。

由于Context Captur Center Master这个软件不是由Auto公司出版所以二者并不能转化，所以需要小组人员不同分工对已生成的点云模型再次手工导入SU测量后画出CAD图纸，此时已经初步完成了古建筑的三维化和为以后的虚拟现实或者现实增强的技术延伸打下基础。将建立的三维模型完善整合成体后进行模型的纹理材质的处理纹理的采集和处理，进行城市机理采集与再利用分析尤为重要。机理数据采集完成后，赋予材质，可以根据当时对建筑物的影像资料制作建筑贴图增强真实感。要根据用途的不同对采集完的数据做不同的处理。对古建筑的建模已经初步完成。

3 三维模型集成

由于模型是分层建立的，需要各个部分配合整合在一起才能形成一个完整的建筑模型，在数据模型建立过程中难免会遇到数据不准确不全面的问题，在三维模型集成的过程中会有误差，为了减少此类失误的发生对一些方面的数据做了针对性的采集并统一对CAD文件进行整理，主要是清除不必要的标注、多余的内部结构线条等无用的标记，也利于模型上下层的衔接和模型的整合。最后将整合的所有数据分组处理做进一步在纹理合材质上的优化。

4 三维模型优化方法

古建筑的模型在整合过后还缺少材质纹理背景等优化处理，主要用到Photoshop软件对纹理处理，照片影像资料可以跟随材质做出凹凸的效果增加细节上的处理，并且可以创建垂直方向反射，折射，灯光，镂空等多种效果，比基本材质更精细更真实。纹理数据影响了三维场景中的所有地物，决定了场景的整体效果与纹理细节，并最终决定了场景的逼真程度。本项目中由于采用无人机倾斜摄影技术进行的数据采集用照片来处理获取，所以基本上保留了建筑物本来的面貌，所以地物的纹理全部采用数码相机实地拍摄。

通过城市肌理的普查和三维复原在制作后期的虚拟现实VR动画时纹理数据的采集使用VR渲染器进行渲染可以和建筑物及其他物体的几何要素数据同时拍照，采集（类似谷歌地图的全景照片）对平面图中的每一地物需要贴图的部分进行纹理数据采集建筑物及其他物体几何要素数据的处理这部分数据主要用于建模时做参考，主要包括Acute3D Viewer的模型视图，收集或测量得到的单个物体的详细信息中包含的尺寸数据，另外就是拍照得到的参考照片。这些数据的处理主要是将其根据要建模的物体不同分别放到不同的文件夹中。在纹理的提取过程中，由于受建筑物高度的影响，数码相机拍摄的相片往往比例失调，所以必须对每张用于纹理贴图的照片用平面图形处理软件进行处理，首先裁剪出需要贴图的部分，如有变形则使之正立并成矩形，并且去除阴影部分，要注意贴图的质感和清晰度，还需要对照片的颜色和光影进行处理，要保证色调、光影统一。对象比较复杂时，可以对单独单位进行精准测量绘制并备份相关数据。

5 结论

中国作为一文明古国，文物的数量众多，而文物的保护和修复是国家很重视的一个问题，利用建筑信息模型技术为城市规划布局发展提供底层数据模型有效推动东北地区智慧城市建设，因此对文物的虚拟现实的发展是非常有前景的项目，在对古建复原的过程中同样也包含了对古建的信息查询，空间信息虚拟浏览，空间量算等功能。由于时间仓促，论文中也有不足之处。由CAD为基础构建的三维模型的精细程度有待进一步提高；虚拟场景的呈现未来有望运用VR、AR技术在最终进入市场做进一步研究。