虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑復(fù)原中的應(yīng)用

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摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展在中國(guó)古代建筑的虛擬復(fù)原中提供技術(shù)支持,文章分析計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古代建筑虛擬復(fù)原中的具體應(yīng)用。為了提高保護(hù)文化遺產(chǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)古代建筑重建顯示數(shù)字圖像。計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在恢復(fù)古建筑領(lǐng)域取得了巨大的成就,虛擬修復(fù)古建筑的案例也非常多，例如陜西乾陵的三維修復(fù)就是在應(yīng)用3仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；古建筑；復(fù)原

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由計(jì)算機(jī)本身進(jìn)行的模擬，在模擬條件下創(chuàng)造一個(gè)虛擬的三維空間，三維空間是一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，加上設(shè)計(jì)師的構(gòu)想結(jié)合，在電腦屏幕上形成一個(gè)高度模擬現(xiàn)實(shí)世界的人和環(huán)境的虛擬仿真技術(shù)。這種技術(shù)可以讓人們的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和動(dòng)作在現(xiàn)實(shí)世界中被感知。虛擬復(fù)原技術(shù)把文本描述抽象構(gòu)成一個(gè)三維空間模型模擬,可以大大提高建筑建模設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量水平。由于現(xiàn)代建筑技術(shù)的快速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新,為建模領(lǐng)域的古代建筑提供了技術(shù)支持,由于資源的稀缺性,建筑不能被復(fù)制和其他原因,所以需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整真實(shí)的古代建筑就需要虛擬現(xiàn)實(shí)建模,基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的形式全方位展示建筑，相比較一個(gè)簡(jiǎn)單的二維模型的古代建筑,有很大的優(yōu)勢(shì)。古代建筑建模是一項(xiàng)綜合技術(shù),在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,要做好相關(guān)輔助工作,確保建筑的質(zhì)量建模和實(shí)際效果。

一、計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

美國(guó)在1989年提出了一項(xiàng)新的計(jì)算機(jī)技術(shù)改革，即計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality），虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念是：以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)來(lái)建構(gòu)現(xiàn)實(shí)中的物體。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到虛擬環(huán)境，用戶在虛擬出來(lái)的環(huán)境中可以看到自然的相互作用，當(dāng)然，一些三維設(shè)備和傳感設(shè)備在此項(xiàng)技術(shù)中也是不可或缺的?？梢詮?個(gè)方面來(lái)分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用：二是人眼看不到實(shí)物，但是在現(xiàn)實(shí)中卻存在的事物，例如化學(xué)分子結(jié)構(gòu)以及空氣等；三是人眼可以看到，但是現(xiàn)實(shí)中客觀不存在的事物，例如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)虛擬場(chǎng)景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有以下幾個(gè)主要的特征：基本特征是技術(shù)的交互性，主要是用戶通過(guò)虛擬環(huán)境中有意識(shí)的操作，通過(guò)傳感器的傳輸來(lái)和虛擬環(huán)境中的對(duì)象產(chǎn)生交互作用。例如用戶可以通過(guò)自己在虛擬環(huán)境中有意識(shí)的操作來(lái)控制虛擬環(huán)境中建筑的構(gòu)建。第二個(gè)特征是構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境創(chuàng)造的單位的味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)和力反饋系統(tǒng)的結(jié)合，有利于人們?cè)谔摂M環(huán)境操作的這一過(guò)程中積累知識(shí)，讓人們?cè)诓僮鞯倪^(guò)程中能夠理性的去思考認(rèn)識(shí)這項(xiàng)技術(shù)，以便于更好的去改進(jìn)和完善。；三是存在性，這一項(xiàng)特征主要是為用戶有一個(gè)更好的體驗(yàn)而設(shè)置的。用戶和虛擬環(huán)境之間有一個(gè)交互性，用戶被允許進(jìn)入到虛擬環(huán)境中，在復(fù)原的虛擬環(huán)境中提高用戶的認(rèn)知能力，有一個(gè)更好的感官接觸。

二、計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑數(shù)字化復(fù)原中的應(yīng)用分析

虛擬技術(shù)的應(yīng)用程序包括一個(gè)廣泛的領(lǐng)域,例如航空、鐵路、建筑、土木工程、科學(xué)計(jì)算、醫(yī)療、軍事、教育、娛樂(lè)、藝術(shù)、體育等領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá),計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字古建筑的修復(fù)應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多。計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字恢復(fù)古代建筑主要涉及三個(gè)方面:

1、制定具體的復(fù)原設(shè)計(jì)方案

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑修復(fù)中的應(yīng)用需要修復(fù)工作工程開(kāi)展前進(jìn)行規(guī)劃，以保證科學(xué)性和合理性的設(shè)計(jì)：首先確定虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的選擇以什么樣的方式進(jìn)行，然后確定選擇圖片瀏覽還是三維體驗(yàn)。第二要考慮制定顯示平臺(tái)復(fù)原執(zhí)行計(jì)劃要合理，全面考慮項(xiàng)目的實(shí)際情況，從規(guī)劃好的復(fù)原設(shè)計(jì)要求，選擇虛擬作品的尺寸，分辨率的要求等，讓作品有一個(gè)更好的完善度。

2、中期制作過(guò)程

本部分主要是采用虛擬復(fù)原技術(shù)來(lái)構(gòu)建古建筑的前期準(zhǔn)備，這個(gè)過(guò)程主要包括：準(zhǔn)備的過(guò)程包括：1)對(duì)古建筑遺址實(shí)地考察，測(cè)量復(fù)原古建筑時(shí)需要的準(zhǔn)確的基本數(shù)據(jù)，對(duì)古建筑的基本情況有一個(gè)大概的了解。測(cè)量偏重于古代建筑平面、高程數(shù)據(jù)等，在測(cè)量過(guò)程中周圍環(huán)境數(shù)據(jù)因素也要考慮進(jìn)去。2)拍照分析，測(cè)量中要用照片的方式來(lái)記錄，但要注意拍照時(shí)選取的角度以及清晰度，避免拍照時(shí)曝光過(guò)度；3)對(duì)這方面的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，并進(jìn)行歸類分析和總結(jié)。在三維模型模型的制作過(guò)程中，要考慮多方面的因素，在制作過(guò)程中，盡量用簡(jiǎn)潔的方法來(lái)做出最好的效果，來(lái)展示模型復(fù)原的最佳性能；4）場(chǎng)景貼圖、現(xiàn)場(chǎng)照明和烘培處理。由于古建筑長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)歷風(fēng)吹日曬，導(dǎo)致表皮顏色失去了原有的色彩，為了讓復(fù)原時(shí)的效果更完整，所以在使用拍攝的照片時(shí)不能直接使用，要進(jìn)行一定的處理，例如恢復(fù)顏色、質(zhì)地、對(duì)比度等，更好的服務(wù)虛擬復(fù)原模型；5）是虛擬漫游,交互式合成。特別是在虛擬漫游、交互式合成,應(yīng)注意的邏輯程序或模塊的交互。

3、虛擬古建筑復(fù)原后期制作

這一階段主要是為了測(cè)試虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)建效果,為了驗(yàn)證看系統(tǒng)是否具旅游穩(wěn)定性和兼容性。具體的測(cè)試方法是:由不同的用戶在不同的操作系統(tǒng)中用不同的硬件配置來(lái)測(cè)試系統(tǒng)性能。

4、某古建筑虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)例應(yīng)用

修復(fù)古建筑利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將3dsMax軟件用Visualvrp7代碼的構(gòu)造。在現(xiàn)場(chǎng)完成資料準(zhǔn)備好后，構(gòu)造虛擬的現(xiàn)實(shí)。1）貼圖烘焙。在復(fù)原的整個(gè)過(guò)程中最關(guān)鍵的一環(huán)就是貼圖烘烤，所以在具體的重建過(guò)程中要特別注意。由于整個(gè)古建筑都有一些數(shù)據(jù)模型。因此，有必要對(duì)模型的烘烤過(guò)程中考慮格式的特殊性：首先，由于不同的數(shù)據(jù)模型的圖像格式和要求是不同的，所以需要采取相同的地圖烘烤處理格式的要求。例如，選擇建筑完成的格式，你要選擇建筑完成的格式，從而達(dá)到數(shù)字修復(fù)的要求；其次，為了實(shí)現(xiàn)真正的復(fù)原效果，在項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)要進(jìn)行逐一歸類。2）圖片優(yōu)化。在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件加載到內(nèi)存的映射,運(yùn)行的流暢和計(jì)算機(jī)內(nèi)存之間的關(guān)系是重要的,為了讓虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在運(yùn)行中不出現(xiàn)問(wèn)題，所以在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件要將要優(yōu)化的對(duì)象映射在軟件中，用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件優(yōu)化映射被占用壓縮圖片的方式，以減少內(nèi)存。為了節(jié)省內(nèi)存，通常需要對(duì)圖片進(jìn)行壓縮。微軟的DXTC（DirectXTextureCompression）對(duì)圖片進(jìn)行最高6:1的壓縮，效果良好，所以目前多被使用。

三、攝像機(jī)交互式設(shè)計(jì)

在使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)構(gòu)建場(chǎng)景環(huán)境時(shí)時(shí)，需要使用相機(jī)的功能，特定的相機(jī)位置一般位于頂部，以便于觀看到整體環(huán)境效果。但是在實(shí)際操作過(guò)程中，攝像機(jī)的位置擺放也不是固定的，要根據(jù)執(zhí)行過(guò)程中的實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行位置設(shè)定。環(huán)形交互、鳥(niǎo)瞰交互和自由交互都是在相機(jī)主攝像頭交互設(shè)計(jì)的范圍。當(dāng)然，不管是什么樣的相機(jī)交互設(shè)計(jì)，都需要特定的函數(shù)使用內(nèi)置的Virtools模塊編程來(lái)控制相機(jī),使用該程序模塊編程鍵盤(pán)按鍵切換標(biāo)簽,激活不同的相機(jī),允許用戶操作虛擬復(fù)原系統(tǒng)的同時(shí)切換激活不同的相機(jī)。交互設(shè)計(jì)：在以上步驟操作完成后，需要進(jìn)行下一步的交互設(shè)計(jì)，第一步是將角色和構(gòu)造的虛擬環(huán)境相匹配，同時(shí)，角色大小應(yīng)根據(jù)場(chǎng)景的變化而調(diào)整大小，以達(dá)到古建筑呈現(xiàn)效果和諧融洽。第二步是通過(guò)系統(tǒng)編程模塊實(shí)現(xiàn)信息控制命令，便于信息的控制。第二步是通過(guò)系統(tǒng)編程模塊實(shí)現(xiàn)信息控制命令。

四、結(jié)語(yǔ)

總之,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用提高到古代建筑遺產(chǎn)的保護(hù)和古建筑的修復(fù),具有重要現(xiàn)實(shí)意義,提高古建筑保護(hù)的科學(xué)程度,通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑的整體環(huán)境恢復(fù)計(jì)劃起到良好的保護(hù)作用,所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用是對(duì)中國(guó)古建筑的保護(hù)一個(gè)重要的措施。

參考文獻(xiàn)

[1]何成戰(zhàn).計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑數(shù)字化復(fù)原中的應(yīng)用[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（6）：20-21.

作者：何巖 王世強(qiáng) 單位：長(zhǎng)春建筑學(xué)院