徽州牌坊VR虛擬現實數字化保護與沉浸式研究

陳 旺，朱米娜

（安徽機電職業技術學院 信息工程系，安徽 蕪湖 241000）

徽州牌坊VR虛擬現實數字化保護與沉浸式研究

陳 旺，朱米娜

（安徽機電職業技術學院 信息工程系，安徽 蕪湖 241000）

本文研究旨在從虛擬現實（VR）技術的角度闡述如何運用數字化手段對徽州牌坊進行保護，研究虛擬現實技術對徽州牌坊進行還原和再創造，建立在傳承創新的基礎上，去挖掘徽州牌坊內在的文化價值，力求在該領域實現新的突破，使徽州牌坊重獲“新生”.

徽州牌坊；虛擬現實；數字化；沉浸式

人類歷史上最偉大的藝術之一就是建筑藝術，它不僅可以為人們遮擋風雨，具有實用價值，而且它又真實的記錄著人類社會的發展過程，具有極強的文化藝術價值[1].具有“牌坊之鄉”美稱的徽州，將牌坊這一特殊的建筑藝術表達的淋漓盡致，盡顯其深厚的文化底蘊.建造出來的牌坊，它們都具有各自獨特的意義，且在每座牌坊的背后也都蘊藏著感人的故事.這些牌坊都是巧奪天工、精雕細琢的藝術品，在造型設計、建造技藝以及布局等方面都具有相當高的藝術性，它們承載了徽州傳統的優秀雕刻技藝，是徽雕藝術表現的重要載體之一，具有極高的藝術價值、審美價值和教育價值[1].然而，徽州牌坊長期暴露于戶外，隨著時間的推移，牌坊的精美石雕風化剝蝕日趨嚴重，很多結構蕩然無存，數字化再現徽州古牌坊原貌的工作勢在必行.網絡與計算機技術的高速發展使人類邁入進了一個全新而嶄新的時代，近年來不論在產業領域、教育領域或是研究領域，“虛擬現實(VirtualReality，簡稱VR)”無可厚非被當作熱點，2016年被稱為“虛擬現實元年”.因此利用虛擬現實（VR）技術通過其沉浸感、交互性及構想性的顯著特征對徽州牌坊進行修復、重現、保護和傳承，不僅為徽州牌坊的傳承保護提供了另外一條路徑，解決了徽州牌坊保護面臨的現實問題，也為推動彌足珍貴的非物質文化遺產徽雕藝術的傳承發展提供了新的研究思路，以期從最大程度上傳承徽雕藝術和發揚徽文化.

1 徽州牌坊的保存現況

牌坊作為傳統古代建筑中的一朵奇葩，形態獨特，發展至今.牌坊的造型設計來源于門，在保障門的基本功能的基礎上，又與藝術融為一體，貫穿于中國漫長悠久的封建社會，不僅具有極強的實用性和觀賞性，而且也記錄著社會的變革與發展，蘊藏著深厚的文化底蘊和價值.在中國漫長的歷史發展過程中，徽州作為一座古城起到了舉足輕重的作用，人們將徽州祠堂、民居、牌坊并稱為“徽州三絕”，其中牌坊是與民居、祠堂并存的文化符號，不僅是徽文化的展示體現，同時也是華夏文化的繼承弘揚.徽州牌坊有很多種類，不同種類的牌坊各具特點，不僅承載著徽州人獨特的藝術審美方式，在一定程度上也反映出了古徽州地區人們深受程朱理學的影響，儒家精神里婦道倫理、男權至上等的熏陶.據記載，徽州牌坊盛起于唐宋，至明清達到其輝煌時期，明清時期徽商不遺余力地通過立牌坊來傳世顯榮，于是牌坊成為徽州地區重要的建筑景觀.原有徽州牌坊很多，數量可達到1000多座，千百年來，如今留存下來的僅有100多座，在中國古代眾多的牌坊中，最具有代表性的牌坊之一就是徽州牌坊，按照種類可分為：功德坊、標志坊和貞節坊[2].由于自然和人為一些因素的破壞，徽州牌坊長期暴露于戶外，經過風雨的侵蝕，隨著時間的推移，牌坊的精美石雕風化剝蝕日趨嚴重，很多結構蕩然無存，離開了我們的視野，因此現在迫切需要加大保護力度.基于當今社會“科技促進藝術、藝術推動科技”的時代特征，借助VR虛擬現實技術這一載體來傳承和保護徽州牌坊，可以起到兼具文化傳播和文化創新的雙重作用，不僅保留了徽州牌坊原有的藝術元素，還能對其加以重新闡釋，力求在該領域實現新的突破，使徽州牌坊重獲“新生”.

2 徽州牌坊VR虛擬現實數字化保護與沉浸式研究的意義

20世紀末發展了一項集成眾多學科的高新技術——虛擬現實技術，其應用領域非常廣泛，VR主要指采用計算機為核心的現代高科技手段生成的一種虛擬環境，體驗者借助運用特殊的輸入或輸出設備，與虛擬世界中的物體可以進行自然的交互，從而通過聽覺、視覺和觸覺等獲得與真實世界相同的感受.VR虛擬現實技術最具代表性的特點之一就是沉浸式，與傳統的計算機藝術設計表現形式不同的是VR虛擬現實數字化藝術設計使設計師和受眾不僅僅是以簡單的雙眼和大腦參與藝術品所營造的虛擬三維空間里，而是在運用一些虛擬現實技術相關設備的情況下讓人能夠全身心的投入到虛擬現實的環境中去，在觀看影像時，可以通過設置的感應設備與作品進行互動，感應裝置可以捕捉到體驗者的行為動作、手勢以及頭部的運動，使體驗者完全沉浸在虛擬環境之中，從而使體驗者產生更強的沉浸感和互動感.通過利用現代VR虛擬現實技術，可以令徽州牌坊得到數字化修復、數字化展示、數字化詮釋與數字化傳播，也更加符合運用當今信息時代的技術對徽州牌坊進行保護和傳承的要求.徽州牌坊在虛擬漫游和三維建模技術下進行虛擬重建，不但保留了徽州牌坊的原始數據，實現了數字化保存，還可以將已經被毀壞的牌坊進行還原恢復，使其具有原來的風貌，以仿古的手法再現徽雕藝術特色，盡可能的“真實再現”徽州牌坊及歷史場景.最終使靜態的古牌坊動態化、生動化、趣味化呈現在人們的思維中，受眾能夠自主地瀏覽徽雕藝術，改變以往被動的觀賞方式，最大程度的展示徽雕藝術的魅力和光彩.此外，古為今用，推陳創新，使傳播途徑“年輕化”.通過虛擬現實（VR）技術來再現徽州牌坊，一方面不僅解決了徽州牌坊保護面臨的現實問題，也會成為人們在現代文化視覺語境下，了解徽州牌坊的可視化和傳播傳承，為保護和傳承非物質文化遺產徽雕藝術提供了可借鑒的模式，另一方面可以挖掘徽州牌坊深厚的文化內涵，開發具有徽雕藝術文化特色的產品，把科技與藝術恰當融合，將徽雕藝術的設計元素和設計原理應用于VR領域中，賦予徽雕藝術新的藝術生命與性格.

3 基于虛擬現實技術的徽州牌坊設計過程實習步驟

徽州牌坊虛擬現實數字化實現過程基本上可以分為三個步驟：前期工作、中期工作、后期工作.

3.1 前期階段

前期工作主要是對徽州牌坊VR虛擬現實的項目進行策劃，為了能夠更好的把徽州牌坊的形式美和意蘊表現出來，在制作之前就要把創作構思設計好，這個步驟是非常重要的,然后將其交給專業的策劃人員通過運用以分鏡的形式將創作好的構思以單幀繪畫的手法表現出來，這樣可以給項目的相關制作人員起到很好的指導作用，且在實現技術環節的一些細節方面需要進行考察和研究，以達到能夠按時完成項目的目的.由于和以往的計算機技術不一樣，這次是通過虛擬現實技術的運用而完成交付的，因此在前期策劃階段還需注意虛擬現實表現的手法、虛擬徽州牌坊的最終展示平臺以及包括制作人員的合理安排等問題都是在前期工作中所要考慮的問題.

3.2 中期階段

第一步要做的就是到黃山地區對項目里將要實現數字化表現的徽州牌坊進行實地調研和考察，對牌坊進行拍照以及包括其各項數據都要進行測量，并把去黃山地區帶回來的調研考察資料進行分類、整理和匯總，根據這些實地考察的照片資料和數據信息來制作徽州牌坊模型，這樣可以提高制作徽州牌坊的精確性[3]，在此階段收集的資料包括以下內容（1）收集設計圖紙和與工程相關的測繪圖紙，包括平面圖、立面圖等.（2）徽州牌坊建筑外觀紋理的收集，利用數碼相機對徽州牌坊表面的紋理特征進行采集，且運用圖像處理軟件進行后期加工.（3）收集與整理與徽州牌坊相關的歷史資料.這些工作都是為了能夠更加準確的將徽州牌坊進行復原，從而達到實現虛擬徽州牌坊建筑藝術美感的目的[4].

第二步，有了前期收集的資料和數據就開始進行徽州牌坊三維模型的制作，也是工作量最大的內容之一.由于徽州牌坊的建筑結構較復雜尤其是建筑細節部位上的一些雕刻圖案，精美細致，因此，在運用軟件進行制作的時候任務更是繁重.現在有很多的模型制作軟件，但運用較多的軟件則是3ds MAX，在3ds MAX軟件中有多種建模方法，其中有多邊形建模、樣條曲線建模、細分曲線建模等方法.用該軟件首先建立主要的牌坊模型和框架結構，再建模型的次要部分，制作缺少的細節模型，待模型制作完成后，為了使徽州牌坊看起來更加真實、美觀，還需對建筑模型進行紋理優化，為了達到提升徽州牌坊建筑三維模型藝術美感的目的，制作三維模型的紋理貼圖也需要耗費大量的時間和精力，一般情況下可以使用二維圖形軟件進行常規的紋理編輯[3]，此外，還能使用透明貼圖和烘焙技術這兩種方法來實施，以期可以達到令體驗者滿意的視覺藝術效果.

最后，就是交互合成、虛擬漫游.虛擬交互設計制作是需要運用虛擬漫游和交互合成軟件，在進行到這個步驟的時候尤其要注意設定一些操作，如對設定虛擬顯示系統中的分辨率，以及包括如何開始漫游才能給體驗者提供更方便、更完美的虛擬體驗，為了讓體驗者可以接觸到一個友好、親切的虛擬用戶界面，虛擬系統的界面設計除了要考慮到人性化設計要合理還要盡量注意到用戶的需求[4].還要保證虛擬交互系統運行的流暢，主要工作包括以下幾個方面：（1）刪除一些不可見的模型表面，以達到精簡模型面數的目的.（2）為了能夠在虛擬交互中達到更好的顯示效果就必須對徽州牌坊部分的多邊形模型的結構進行調整.（3）為了保證模型的顯示效果和運行流暢的基礎上設置貼圖文件的像素.

3.3 后期階段

在后期階段中,我們所做的主要工作就是要測試、調整與改進設計制作出來的虛擬現實徽州牌坊，測試的目的就是為了使虛擬現實徽州牌坊作品的通用性、兼容性、穩定性等能夠達到預期的目標，盡可能的在測試階段將發生的錯誤及時進行修改[5]，只有在設計過程中不斷進行測試和調整才能使制作出來的虛擬現實徽州牌坊作品更加的完善，才能給體驗者一個滿意的虛擬體驗.

4 結語

在虛擬現實技術的幫助下，徽州牌坊的數字化保護、仿真、再現與傳承等會更加科學、有效，也更加符合當今科技時代的特征和要求.通過利用虛擬現實VR技術可以真實再現徽州牌坊原貌，不僅實現了徽州牌坊的數字化保存，，將靜態形式轉化為動態藝術，增強參與感與交互能力，易于觀賞者更好地研究，還可以讓欣賞者不受地域限制可以隨時進行瀏覽.如此一來，對非物質文化遺產徽雕藝術的保護也起到了促進和宣傳的作用，豐富了大眾的精神生活，從而輻射、推廣并運用于社會的其他研究領域.

〔1〕孫陽陽，易忠.形式與意蘊——淺談徽州牌坊建筑藝術的美學因素[J].赤峰學院學報，2013(6):43.

〔2〕劉哲軍.民間牌坊裝飾藝術研究——以徽州牌坊為例[J].河北經貿大學學報,2016(6):5.

〔3〕郭云仲.虛擬現實技術在古建筑復原中的應用研究[D].武漢：武漢理工大學，2008.

〔4〕章立.虛擬現實技術在建筑遺產保護中的應用研究[D].杭州：江南大學，2009.

〔5〕王仰宇.建筑動畫的藝術與技術特點[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學，2014.

K879

A

1673-260X（2017）09-0087-02

2017-06-12

2015年安徽省高校人文社會科學研究重點項目(SK2015A614)；2016年院級人文社科重點研究項目(2016zdrw12)