浅谈VR虚拟现实技术背景下传统民居延续与创新

2021-04-03洪海洋

建筑与装饰 2021年2期

洪海洋

华中科技大学湖北武汉 430070

引言

虚拟现实技术是20世纪开发的一种全新的实用技术。尤其是在20世纪末，虚拟现实技术发展迅速，并与计算机数字媒体技术的关系紧密，并且它在设计领域也发展迅速，已被广泛使用。本文旨在对传统民居的延续与创新进行研究与分析，通过现代虚拟现实技术，对继承历史文化的传统民居进行数字化虚拟化，以展示中国传统民居文化，并继续推广优秀的中国传统民居文化。

1 虚拟现实技术概述

1.1 虚拟现实技术的概念

顾名思义，所谓的虚拟现实就是虚拟与现实的结合。从理论上讲，虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它使用计算机技术来生成虚拟环境，使用户沉浸在该环境中。虚拟现实技术是在使用现实生活中的数据，然后计算机技术处理产生的数字信号，并将其与计算机、手机、VR眼镜等各种输出设备组合在一起，使其成为人们可以感觉到的现象，这些现象可以是现实生活中的真实物体，也可以是我们无法用肉眼观察到的物质，它是通过三维模型表达的。由于这些现象不是我们可以直接看到的，而是通过计算机技术模拟的真实世界，因此称为虚拟现实[1]。

1.2 虚拟现实技术特点

（1）沉浸性

沉浸性是虚拟现实技术的主要和最显著的特征，它使用户感到自己是计算机系统创建的环境的一部分。虚拟现实技术的沉浸感取决于用户的感知系统。当用户感知虚拟世界时，包括触觉、味觉、气味、动作感知等刺激都会产生思想共鸣，引起心理沉浸，就像进入现实世界一样。

（2）交互性

交互性是指用户在虚拟环境中，对对象的可操作性以及来自环境的自然反馈程度。用户进入虚拟空间，通过相应的技术允许用户与环境进行交互。当用户执行某种操作时，周围的环境也会以某种方式做出反应。如果用户触摸虚拟空间中的对象，则用户应该能够感觉到，如果用户移动了对象，则对象的位置和状态也应该发生变化[2]。

（3）多感知性

多感知性意味着计算机技术应具有多种感知方法，例如听觉、触觉、嗅觉等，理想的虚拟现实技术应具有人们拥有的所有感知功能。由于相关技术的局限性，大多数虚拟现实技术的感知功能目前仅限于视觉、听觉、触摸、运动等。

（4）构想性

构想性也称为想象力，在虚拟空间中，用户可以与周围的对象进行交互，扩大认知范围，并创建不存在客观世界的场景或不可能的环境。当用户进入虚拟空间，根据他自己的感觉和认知能力吸收知识，发散和拓宽他的思想并创建新的概念和环境时，就可以创立新的概念和环境。

（5）自主性

自主性是指虚拟环境中的对象根据物理定律移动的规则。例如，当用力推动时，物体将沿力的方向移动，翻倒或从桌子掉落到地面等。

2 传统民居概念简述

中国历史悠久，土地辽阔，自然地理环境多样，社会经济环境多样。长期以来，每个地区都在不断形成各种形式的传统民居，这些传统民居受到当地环境的强烈影响，生动地反映了人与自然之间的关系。传统民居是我们通常所说的“老村庄”，是传统村落的基本形式。随着人类文明的发展，古老的村庄逐渐发展。中国传统民居深受中国传统思想的影响，注重与自然和谐相处，防御、诗歌、绘画等布局特征很多。随着经济和社会的飞速发展，一些中国传统民房被摧毁或消失，如何保护和传承这些古老村庄的文化非常重要，这是一个挑战。中国传统民居的范围非常广泛，包括各种形式和丰富的文化资源[3]。

3 虚拟现实技术运用在传统民居建筑中的重要意义

通常我们习惯于将这些传统民居手绘记录在纸质文本上或者照片记录，但是在数据调查等中，这些方法有一定的局限性，它们都是片面的和平面的，无法显示更加立体的传统民居，不能满足人们的可视化要求。虚拟现实技术非常适合此需求，并且通过数据的收集，处理和分类，进行了虚拟构建，最终进行了展示和传播。将3D采集技术、遥感测绘技术、数字影像处理技术、计算机处理技术等与传统民居建筑相结合，对于保护和延续传统民居建筑具有重要的意义。虚拟现实技术中模拟传统民居和再现文化内涵的关键在于交互性的实现。通过计算机，我们可以在虚拟环境中更深入地感受环境的空间变化并沉浸其中。同时，我们对虚拟环境的反应也会收到相应的反馈，交互的本质在于有效的信息反馈。与真实环境或物体相比，虚拟空间的交互性可以实现实时信息更新和实时交互。过去人们受时间和空间的限制，常常无法亲自体验传统的民居建筑以进行现场观察，但是数字虚拟空间为人们提供了方便，自由且灵活的参与体验的机会，因此，人们可以通过在虚拟传统民居的交互体验和学习，从而激发了他们保护传统民居的意识。虚拟现实技术为我们架起了一座创新的桥梁，使我们可以随时访问网络平台上的传统民居，这大大提高了人们的参与度，也就是传统民居文化的延续[4]。

3.1 传统民居建筑虚拟现实的文化价值

习总书记深刻指出："文化是一个国家、一个民族的灵魂。”对于正在进行中国特色社会主义现代化建设，正在迈向中华民族伟大复兴宏伟目标的伟大国家来说，文化自信起着重要的支撑作用。而传统民居建筑历史文化底蕴丰富，具有独特的文化艺术价值和科学价值，还能给人们带来一种特殊的文化体验。然而随着现代化的发展和传统民居其自身的建造材料等原因，全国有许多优秀的传统民居建筑已经被破坏或者消失不见，但是现在通过VR虚拟现实技术，已经能多角度全方面地将传统民居的建筑整体画面模拟出来，能较好地解决这一问题，对于传承传统民居建筑文化具有重要的意义。

3.2 传统民居建筑虚拟现实的文化体验

中国传统民居建筑具有各自独特的特点和艺术文化内涵。传统民居建筑进行虚拟现实的主要目的不仅仅只是简单的在计算机中虚拟出传统民居建筑，而是应该追求更加高层次的目标，那就是在虚拟现实中把传统民居建筑的特点和艺术文化内涵表现出来，让用户通过传统民居建筑虚拟现实的参与过程得到相关的文化体验，进而满足人们精神层面的需求，丰富人们的精神世界。这也正是体验者和创作者的追求。文化体验是一种人的行为，这种文化体验是带给用户感官、行为、思维和情感体验。换而言之，需要有行为的主体和行为的对象。在传统民居建筑数字化虚拟中进行的文化体验，用户是主体，他通过操纵电脑、手机或者VR眼镜等外部设备在数字虚拟环境中进行沉浸式的浏览，来体验数字化虚拟呈现的传统民居建筑艺术、文化的载体，并且这种文化体验在一定程度上可以传承传统民居建筑的文化内涵，对于传承文化，建立文化自信具有重要意义[5]。

4 虚拟现实技术在传统民居建筑中的应用分析

4.1 虚拟现实技术在传统民居再现中的应用原则和要求

虚拟现实技术虚拟传统民居的最重要原则就是真实生动的还原。首先，我们可以参考相关文献来收集相关数据，并整理出与传统民居相关的传统民居的大小，制造材料，房屋布局和内部结构等相关数据。使用3D采集技术和遥感测绘技术对居住空间的布局进行建模并建立传统民居的建筑模型，当然我们还必须根据相关文献来推测真实条件，并使用最原始的传统民居建筑外观模拟它。

建立传统民居模型后，需要根据实际需要对所需材料进行调查和分类，并记录材料各部分的纹理和其他属性，例如地板、墙壁、桌子和椅子等的纹理和属性。然后使用3D软件对其进行仿真，并在模型中显示实际的材料属性，以实现较高的还原效果。然后模拟周围环境，灯光照明和其他传统建筑的其他因素。因此，传统民居建筑文化得到了很好的保存和继承，也为后来的人研究和学习传统民居建筑提供了更加真实的资料[6]

4.2 虚拟现实技术应用案例分析

以数字敦煌成功的经验为例，它是一项敦煌文化保护的虚拟工程。该工程包括虚拟现实、增强现实和交互现实三个部分，使敦煌文化瑰宝数字化，打破时间、空间限制，满足人们游览、欣赏、研究等需求。我们亦可以借鉴经验，运用3D采集技术与测绘遥感技术对特定传统民居进行信息采集虚拟在电脑里，通过技术创新，使传统民居数字化，集文化保护、文化教育、文化旅游于一体，亦是对传统民居文化的延续和保护。

2020年4月15日晚，敦煌超感知影像首秀，敦煌研究院与华为合作，共同用5G、AI、VR等新技术展现了数字化的莫高窟。借助华为的河图技术，游客也无须进到洞窟，在外面只要通过华为手机就能观看洞窟内的壁画。华为AR地图利用数字敦煌高精度壁画图像和洞窟三维模型，同时内置精美的数字内容和专业的全系讲解，例如覆盖全部参观区域的AR导引，可以为游客带来沉浸式的参观体验。以此为经验，虚拟出传统民居建筑，在手机平台输出互动，为观众在参观传统民居时带来身临其境的奇妙体验，不仅增加了观众的参与感，更增加了传统民居建筑体验的趣味性。从听觉、触觉来体会民居建筑的特点，让人们产生去保护历史文化产物的想法以及接着探索下去的兴趣和欲望[7]。