基于虚拟现实技术的近现代建筑文化遗产保护研究

朱俐锟　铁钟

【摘 要】对珍贵的建筑通过虚拟现实技术实施保护与传承。对松江仓城中山西路数码照片的采集，用Agisoft PhotoScan、Xnormal、Autodesk Maya、Unreal Engine 4几款软件进行虚拟环境的创建，最终在HTC Vive中实现街景漫游。对建筑保护领域研究水平的提高和虚拟现实技术的应用发展都会起到巨大的推动作用。

【关键词】建筑文化遗产;数字化保护;虚拟现实技术;逆向建模

中图分类号：G122 文献标志码：A              文章编号：1007-0125（2020）12-0218-01

一、建筑遗产追溯及虚拟现实技术的应用概述

“建筑遗产”这个名词的诞生要追溯到20世纪70年代，历史相对较短，建筑保护思想的成熟在19世纪80年代，而具体保护的策略在20世纪初才逐渐成为实践主流。[1]我国保护思想是随着整个社会观念的变化在逐渐地变化，在价值层面上，建筑的每一次拆毁、重建、修复和保护，被用来确保国家的连续性和稳定性。在保护准则的建立过程中，是要建立在理性方法和道德基础上的。如果说价值理性关注的是“为何保护”的问题，那么工具理性关注于“如何保护”的问题，这二者既是无法分割的整体，也是对一个问题不同层面上的解读。[2]

目前，虚拟现实技术出现在越来越多的科学领域和日常生活中。在建筑领域中，可以应用到设计、施工、装修、修复、保护遗产等方面。仓城历史文化风貌区规划为一路（中山西路）、一河（市河）、一点（水次仓关帝庙）、一单元（大仓桥北侧）、一区间（风貌区A区）。本次研究定位到中山西路266号-388号，将中山西路老街进行数字化呈现，用数字技术保存历史文化风貌区。

二、近现代建筑遗产保护与虚拟现实文献综述

在国内，符清芳围绕汉昭烈庙历史文化传承、保护和发展的主题，设计实现了基于Unreal Engine 4引擎的汉昭烈庙历史文化虚拟展示系统，创新了历史文化的呈现方式，突出了“技术与艺术相结合”，为公众了解汉昭烈庙历史文化提供了一种新的参考。[3]贾利伟以“需求分析-设计-实现-测试”的结构对虚拟近现代建筑中的交互展示设计与实现进行研究。并以“滕王阁交互漫游系统”为例，进行设计与实现。[4]在国外，桑帕约（Sampaio）等人使用虚拟现实技术使得对材料的磨损程度的检查和评估能够以一种非常直接和直观的方式进行，进而定期检查和监控内墙维护的性能。[5]艾丁（Aydin）利用虚拟现实技术在南卡罗来纳州查尔斯顿的乔治街和会议街的交叉口，重建失落的住宅建筑特征（拉德克利夫-国王大厦和加布里埃尔·马尼戈特）。[6]

通过对比国内外所涉及的方法和最终效果，本课题有不同于传统的研究，将计算机虚拟现实技术运用到仓城历史文化风貌区保护及还原中，优化整体的设计体系，让其得以保护与传承。

三、设计方案

在三维虚拟漫游的创建方面需要前期的摄影测量、三维软件中创建虚拟模型、虚拟引擎中场景环境的调节和实现在虚拟现实设备中的浏览，通过不同制作方法和不同软件适用性的对比，最终选择使用以下步骤实现仓城的虚拟漫游重现。

（一）摄影测量与虚拟三维模型创建

制作标识用以确定房屋尺寸以及与路面的比例问题，这为三维场景还原提供了尺寸依据。拍摄结束后，用Agisoft PhotoScan将采集好的2D图片转换为3D模型，再用Xnormal把Agisoft PhotoScan中的贴图快速地烘焙出来，真实的贴图制作完成。在Autodesk Maya软件中制作场景模型，面数尽量少并赋予贴图。采用计算机软件处理实地拍摄的数据和图纸，在三维空间中进行虚拟重建，并且通过虚拟漫游的技术方式向受众展示。

（二）虚拟引擎的使用与虚拟现实中的浏览

虚拟引擎中的调节，把三维虚拟模型导入Unreal Engine 4中，进行环境的调节，此软件画面表现效果极佳，和三维软件融合效果好，在界面视图中观看，场景几乎已经达到了渲染级别的质量。在此软件中可以检查三维模型、贴图是否有错误，并为场景加上真实的地面。在市场上诸多的VR产品中，HTC Vive無疑是体验最佳的设备之一，在规划选择游戏区、安装定位器等一系列准备工作后，在Unreal Engine 4中点击VR显示，即可戴上头显设备，身临其境地游览仓城。

四、总结

本课题把仓城的历史文化内涵与数字媒体技术手段相结合，思考如何能保护和传承近现代建筑遗产，挖掘仓城的巨大价值。通过对其数字化保护方式进行分析，发现建立数字三维场景漫游，依靠虚拟现实技术呈现可以停止其被破坏、消亡，可以起到传承文化、整合资源和促进产业的发展等作用。浏览者在观赏仓城时不再受时间和空间的局限，可以将其文化进行展示和科普。

虚拟现实技术游览方法的优势在于可以避免观者直接接触国家历史遗迹本身，不对建筑造成任何影响，有利于减少其维修和替换的频率。通过此方案，有助于将研究出的虚拟现实技术应用在近现代建筑遗产保护上。让观者在异地就能游览到仓城，感受建筑的年代特征，通过逆向建模、房屋功能性展示等技术的综合应用，为建筑遗产保护提供了更多的方法。

参考文献：

[1]（美）普鲁唐（Prudon，T.H.M.）著，永昕群，崔屏译.现代建筑保护[M]，北京：电子工业出版社，2015.7：7.

[2] 陈曦.建筑遗产保护思想的演变[M]，上海：同济大学出版社，2016：4.

[3]符清芳.基于UE4引擎的汉昭烈庙历史文化虚拟实景展示系统开发[D].西华大学，2017.

[4]贾利伟.虚拟近现代建筑中的交互展示设计与实现[D].北京工业大学，2016.

[5] Alcínia Z.Sampaio， Daniel Rosário. Virtual Reality Technology Applied on Maintenance of Painted Walls of Buildings. Journal of Software Engineering and Applications [J]. 2012， 5：297-303.

[6] Aydin， Caglar. "The Potential of Virtual Heritage Reconstruction in Lost Ansonborough" （2012） [A]. All Theses [C]. 1353. https：//tigerprints.clemson.edu/all_theses/1353.