利用3D与VR技术再现元代集宁路古城遗址场景

韩韬 刘彤

摘要：元代集宁路古城遗址建于公元1192年，是蒙古草原与河北、山西等地贸易往来的重要地区，最终毁于战争。古城遗址是前人留下的文化财富，是支持时代发展的原始驱动力，通过草图、3D建模、渲染、VR技术再现元代集宁路繁华市井，彰显历史遗址的人文精神，把历史文化融入在城市建设中，打造乌兰察布历史文化名城，为城市的发展提供全新方向。

关键词：人文价值;3DVR技术;创新表现;实现方法

一、元代集宁路遗址复原的社会价值

1.历史再现，见证城市文明

集宁路古城遗址，位于乌兰察布市察右前旗巴音塔拉镇土城行政村北，是金元时期蒙古高原上一个不可或缺的政治、经济、文化、商贸中心，是欧亚大陆之间商贸往来与文化交流的重要枢纽与桥梁，城址在元代末和明代初期，经历了两次战争的摧残，就此废弃。1988年6月，集宁路古城遗址被内蒙古自治区人民政府公布为第二批自治区级重点文物保护单位，2003年入选全国十大考古发现。集宁路遗址主体建筑早已摧毁，从考古裸露出来的建筑可以判断，集宁路地域广阔、房屋众多，城市结构较为复杂。特别是外城、里城、瓮城、角楼、望楼、街景布局等遗址作为集宁路历史文化遗产的重要代表，反映了当时城市建设、文化内涵水平，也见证了时代变迁的自然规律。

随着信息化建设的不断前进发展，利用3DVR技术再现和复原集宁路遗址城市建筑群将会丰富和完善新的考古理论，也会拓展和传承文化遗产的历史价值。虚拟现实技术与古城遗址的结合极大的推动历史文化产物的信息系统化、大众可视化，同时也有利于古城遗址的保护与规划，将考古研究提高到一个新水平，为城市的发展溯源。

古城遗址文化内涵以及历史底蕴相当丰富，是具有社会风俗、宗教、艺术、文化、历史发展、民族特点的行为特征，也是对我国优秀历史文化的承载，古城遗址是对城市文明发展、沉淀与变化的见证，在岁月发展中有不可忽视的作用，文物和遗址遭受损坏是历史文化遗产与信息的丢失。遗址复原的核心魅力在于其承载的历史和文化内涵，是高品位、高层次的艺术活动。3DVR虚拟技术复原元代集宁路遗址文化场景的重建对历史回溯、古环境恢复等考古研究具有重要意义，为考古提供了一个可量化的时空框架。

2. 提高当地文化知名度

信息化网络技术广泛性、虚拟性、没有时空局限性的特点，能够随时随地进行城市营销活动。3DVR虚拟技术复原元代集宁路，特别是对全域旅游发展和推动古城文化的价值传播具有非凡的意义，通过技术与艺术的展示形式助推地区经济快速探索一条全新的文化路径，给皮革古城、老虎山古城溯源，而非跟风建造、生搬硬套外来建筑文化。元代集宁路古城遗址的再现为经济社会价值和文化传播价值起到相渗透的双效作用，让科技充分融入在草原文化中，致力于打造集宁路知名度，使得北京向西一步就是具有文化内涵的乌兰察布，成为内蒙古文化中又一知名品牌。

3.促进现代旅游产业新发展

近年来，乌兰察布市旅游行业飞速发展，有着较为丰富的旅游资源，随着经济的发展，如辉腾锡勒大草原、乌兰哈达火山地质公园、黄花沟旅游景区、苏木山旅游区、察尔湖生态旅游区、凉城岱海、二龙什台国家森林公园等生态旅游逐渐走进了全国人民的视野，4A级景区从5个增加到11个，游客人数和旅游收入比乌兰察布市“十二五”规划末翻了一番。2016年，李克强总理在首届世界旅游发展大会开幕式上提出，我国要推进全域旅游和“旅游+”行动，大力发展乡村旅游、工业旅游、文化旅游、养老养生游，并与“互联网+”相结合，以旅游业的升级换代促进国民经济的提质增效。

目前，乌兰察布市旅游行业着重从生态旅游和养老养生游开展，虽然目前旅游创收处于增长状态，但是给生态旅游加上文化旅游更能增加本土旅游文化的内涵性，不能只让游客知道这里生态风貌，更要让游客深入的了解集宁的历史文化、民俗文化、草原文化，充分的把小域文化融入进游客心中，带着本土文化去欣赏，多措并举提升旅游文化影响力。利用3DVR技术展现的元代集宁路古城风貌，可以让游客真实体验古城的特征和特性，更能详细的对人文环境进行阐释，加深印象，产生浓郁的兴致。通过人机交互，让民众参与其中、乐在其中，在美好的旅游经历中播洒友谊的种子。

二、3DVR技术在遗址再现中的创新表现

1.沉浸式体验

参与者完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉，运用高分辨率的立体投影技术、三维图形技术和音响技术等有机地结合，使人的视觉、听觉、触觉及一切感觉沉浸在虚拟世界中。沉浸感是VR的一大基础特点，也是其与古城建筑结合的关鍵点。身处于计算机模拟的三维世界中，极大地提高了信息传递的准确性与效率。虚拟现实技术将前期采集到的各类数据，运用电脑技术生成电子信号，转换为游客可以观看到的非静态的、逼真生动的、全域性的古城村落的整体形象。

2. 场景表现直观完整、全新的观展方式

过去的古城遗址往往用手绘的形式绘制在草稿纸上，形成二维的参考，即使转化为三维的效果也只在二维的平面中展现。3DVR技术的表达方式从以往的简单形象表达转变为图文并茂的多媒体直观表达，生成的三维环境，能够将参与者的感官调动起来，在虚拟的三维立体感环境中感受元代集宁路古城的经济、贸易、文化繁荣场景，并从虚拟环境中得到真实的反馈。城池、楼阙、街市、里坊，这些虚拟的沉浸式的物体可以与参与者产生互动和对话，从视觉、听觉、触觉等感官没有限制的观察三维空间内的事物，获得真实环境中才能获得的体验与感受。

遗址的再现是一定程度的再现历史、发掘其深刻内涵的更为有效的途径，通过原址的测量，绘制出地形图，在通过专业标准配置3DVR技术虚拟专业软件，展示平台需要有对应的交互技术、触屏交互、VR设备支持等，让集宁路古城表达的空间范围更加广阔，超越时空界限，让体验者近距离地置身于虚拟的全景空间中，从而有效地实现了展示、宣传和传承的目的。

三、遗址再现中的3DVR技术应用实现方法

1. 素材选取，草图，绘制平面图

首先素材选取。素材选取采用实地考察，书籍查阅，网络查询，拜访当地元代集宁路专家等方式进行。获得相关历史、经济、地理等素材。结合人类活动规律和历史文化，参考元代集宁路遗址图片绘制平面素材。然后，进行平面草图制作。草图结合现有遗址地形图和元代集宁路文化，虚拟相关活动场所，如商户、典驴、工坊、粮窖、马面、內府官务等。同时参考历史古城和中国古人生活习惯布局规划。最后，使用手绘板进行平面图绘制。绘制过程结合地理结构，山、河和遗址，尽力还原实际地貌和历史场景（图一）。

二维平面图的绘制可以推动三维VR设计。是建模和VR设计的基础，不可或缺。在平面图的绘制中，设计师不仅仅制作这么简单，更重要的是推理设计的合理性、可行性和实践性。既要考虑三维制作（3DMAX软件制作）的还原性，还要考虑VR技术运转效果，因为古建筑建模需要3DMAX软件的片面（Plan）较多，但是片面（Plan）较多会引起VR后期运转困难甚至再减面等问题，反复反锁。所以在平面规划时，设计师就要规划高度还原场景和局部重点还原场景。在减少面的使用和还原度高两点找到一个平衡。

2.建模、材质

建模采用3DMAX和SKETCHUP两款软件结合进行。建模参考中国古建筑和元代建筑形式复建。元代建筑承金代建筑，因蒙元统治者建筑工程技术低落，故依赖汉人工匠营造。元代建筑特点是粗放不羁，在金代盛用移柱、减柱的基础上，更大胆地减省木构架结构。元代木构多用原木作梁，因此外观粗放。蒙古人崇尚白颜色，元代建筑多用白色琉璃瓦，为这一时代特色。[ 360百科元代建筑https：//baike.so.com/doc/6705993-6919986.html]

根据相关资料进行三维复建，制作过程采用街道三维复原建模和室内复原建模分离手法。在一个模型中只复原一个场景，进入下一个场景进行跳转设置。便于加快运行速度。材质选用图片制作材质球，不使用下载导入材质球，更加贴近历史，也便于后期VR运转。

3.渲染形成VE

渲染方法采用3DMAX软件的插件Vray渲染效果圖。渲染一词与中国古代山水画很有渊源，古时候中国人通过笔表现人物和风景的神韵，现在我们通过渲染技术还原真实场景。

VRay渲染强大的全局光照系统，配合VRay的天光系统，可以真实的还原自然大气环境。同时还会用到HDRI （高范围动态贴图）， VRay渲染器与HDRI贴图兼容性较高，可以模拟真实环境中的反射和折射。利用VRay渲染器可以更加真实还原元代集宁路自然环境场景，在还原场景建模的基础上，好的渲染手段对后期制作起到了画龙点睛的作用。渲染完成形成可交互的三维环境成元代集宁路场景为虚拟环境（即Virtual Environment，简称VE）用于VR再制作。

4.VR技术转化

VR = Virtual Reality，虚拟现实，或称灵境技术，实际上是一种可创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。[ IT百科：什么是VR？https：//product.pconline.com.cn/itbk/digital/znsm/1504/6289716.html]首先采用图片拼贴，将二维图片转化成三维空间。然后编写代码交互逻辑输出完成可交互的VR内容。并对VR中产生的逻辑错误不断地修改完善。最终输出视频样品，通过VR播放器UtoVR呈现VR视频内容，反复测验。通过VR可以减少对古遗址的破坏，还能呈现历史遗失的部分。给人们更真实的体验感，便于文化的宣传与推广。

四、结束语

随着现代化进程加快，传统的文化生态、历史遗址正面临着被遗忘、破坏甚至消失，所以对遗址的保护已经刻不容缓，修缮保护遗址的方法是多样性的，对于基本消失的古迹，重建显得尤为重要，应用虚拟技术全面三维虚拟再现对保护历史文化遗产有极大的促进作用，同时对旅游、城市规划等相关领域也有示范作用。

利用3DVR虚拟现实技术手段，360°虚拟复原元代集宁路繁华全景，是历史遗址保护发展方向革命趋势，它突破了时间和空间限制，在更大范围内服务于社会。元代集宁路遗址的再现是对文化在虚拟现实技术中传承的一次科学实践，在尊重场地多元文化真实性的前提下，通过文献研究、贴合自然环境等的表现手法，诠释了该地域的人文精神，为以后研究古遗址等城市规划探索出新的方向。

参考文献：

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[5]李子杰.“互联网+”时代借助数字化技术做好遗址保护工作若干思考.文物鉴定与鉴赏.2021（14）.

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