古建筑虛擬色彩修復(fù)及漫游技術(shù)研究

摘要：中國(guó)古建筑是中華文明和歷史的重要見(jiàn)證，它以其獨(dú)特的布局和構(gòu)造屹立于世界建筑之林，我們不得不嘆服古建筑巧奪天工的藝術(shù)價(jià)值。但是隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，許多珍貴的建筑受到不同程度的人為破壞，我們感到痛心疾首的同時(shí)，也要尋求保護(hù)它的有效途徑。

關(guān)鍵詞：古建筑；虛擬色彩修復(fù)技術(shù)；虛擬漫游技術(shù)

近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)古建筑這項(xiàng)重要的歷史遺產(chǎn)的保護(hù)，而科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展為古建筑的保護(hù)和修繕提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。古建筑的保護(hù)和修繕是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)任務(wù)，從早期的以角尺、垂球、直尺為工具的測(cè)量和繪制方法到如今以虛擬色彩及漫游技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)的普遍應(yīng)用，可看出現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展保護(hù)在古建筑方面所起到的關(guān)鍵作用。

一、古建筑數(shù)字化技術(shù)的概述

（一）古建筑數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

古建筑物數(shù)字化是指虛擬化和數(shù)字化現(xiàn)實(shí)建筑的尺寸、圖像、構(gòu)造等資料的過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)就是將建筑構(gòu)造的各方面信息轉(zhuǎn)化成可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)，并且將得到的一系列數(shù)據(jù)匯總成立數(shù)據(jù)模型，最后以二進(jìn)制代碼的方式儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，這個(gè)過(guò)程也就是信息數(shù)據(jù)化的過(guò)程。

伴隨著二十世紀(jì)末計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，新起的數(shù)字化技術(shù)被廣泛推廣，其相對(duì)于應(yīng)用在數(shù)字化文化遺產(chǎn)的保護(hù)中，因而對(duì)于文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)也隨之成為文化遺產(chǎn)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，并且建筑保護(hù)工作者積極將這些先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到文化遺產(chǎn)的保護(hù)和修繕中。目前來(lái)說(shuō)，關(guān)于古建筑的數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)主要有建筑動(dòng)畫(huà)技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也就是虛擬色彩和虛擬漫游技術(shù)。

（二）虛擬色彩修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

相對(duì)于傳統(tǒng)的古建筑色彩的修復(fù)工作一般是由具有豐富經(jīng)驗(yàn)的古建筑修復(fù)工匠和專(zhuān)家親自在建筑物上手工進(jìn)行操作，他們大多憑借相似的參照物以及自身的經(jīng)驗(yàn)對(duì)建筑物進(jìn)行修復(fù)，由于人為因素的不確定性以及一些建筑物裝飾色彩復(fù)原的難度較大，很容易出現(xiàn)人為失誤，給建筑物造成的毀滅性損害風(fēng)險(xiǎn)也加大。隨著電腦數(shù)字圖像處理和虛擬色彩技術(shù)的出現(xiàn)，為解決不同色彩和構(gòu)造的建筑物修復(fù)問(wèn)題提供了可能。這種新型的技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)、數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別等將顏色遷移用于圖像間的色彩傳遞，從而為古建筑的色彩修復(fù)工作提供可行性方案。

（三）虛擬漫游技術(shù)的應(yīng)用

目前來(lái)說(shuō)古建筑虛擬漫游技術(shù)主要分為兩種：一是基于三維建模的虛擬虛擬漫游技術(shù)，二是基于圖像的虛擬漫游技術(shù)，它們都是由虛擬場(chǎng)景的構(gòu)造來(lái)決定的，前者主要是虛擬建模語(yǔ)言，后者是虛擬全景技術(shù)。通過(guò)對(duì)建筑物進(jìn)行實(shí)地拍攝，利用建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱構(gòu)建出三維虛擬建筑，并建立功能按鈕和可視化界面。虛擬漫游技術(shù)是建立某個(gè)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)空間，在特定場(chǎng)景下實(shí)施建筑物的仿真虛擬，最終建模軟件虛擬出的三維世界可以導(dǎo)出文件并保存。作業(yè)者可以觀察虛擬建筑物的各個(gè)不同角度，從而進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。

二、關(guān)于古建筑虛擬色彩修復(fù)技術(shù)的研究

色彩在建筑物中作用不容小覷，我國(guó)古建筑在色彩運(yùn)用方面有其獨(dú)特的見(jiàn)解和成就。協(xié)調(diào)而豐富多樣的色彩不僅起到很好的裝飾和視覺(jué)效果，也對(duì)建筑物的保護(hù)起到一定作用，我國(guó)古代建筑大多以木質(zhì)構(gòu)造建成，很容易受到自然和人為的破壞。相比較人工修復(fù)的不確定因素，利用計(jì)算機(jī)輔助的虛擬色彩修復(fù)技術(shù)更加安全和精確。

在認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的色彩修復(fù)不足后，虛擬色彩修復(fù)技術(shù)作為新的技術(shù)會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用，它將采集的建筑物圖像按照色彩褪色、變色的程度分級(jí)，再對(duì)不同圖像色彩的損害程度有相應(yīng)的虛擬色彩修復(fù)算法。關(guān)于古建筑的色彩修復(fù)，有三種顏色遷移的算法和思路：

（1）對(duì)于建筑物色彩保存相對(duì)較好且建筑物本身圖案較復(fù)雜的平面裝飾圖像的色彩可以運(yùn)用圖像分割和區(qū)域匹配的顏色遷移算法；

（2）對(duì)于建筑物褪色、變色嚴(yán)重且建筑物本身圖案不太復(fù)雜的平面裝飾圖像的色彩可以運(yùn)用直方圖映射和分層遷移的灰度圖像上色算法；

（3）對(duì)于建筑物褪色、變色嚴(yán)重且建筑物本身圖案和色彩復(fù)雜平面裝飾圖像的色彩可以運(yùn)用參考色彩模型的區(qū)域顏色遷移算法。

建筑物的不同損害程度和不同類(lèi)型有相應(yīng)的顏色遷移算法，在這三種算法中基于運(yùn)用參考色彩模型的區(qū)域顏色遷移算法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較通用。當(dāng)然，每個(gè)算法都是有意義的嘗試，都有其適用的領(lǐng)域，并且都能取得修復(fù)效果。利用計(jì)算機(jī)虛擬色彩修復(fù)技術(shù)，可以讓我們更為直觀的感受古建筑修復(fù)后的狀況，通過(guò)全方位、多角度的展示，使古建筑的保存工作更能順利開(kāi)展，并為后人提供參考和借鑒價(jià)值。

三、關(guān)于古建筑虛擬漫游技術(shù)的研究

虛擬漫游技術(shù)是利用電腦為用戶(hù)生成一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，并以仿真的方式創(chuàng)造一個(gè)反映實(shí)體變化與相互作用的三維世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)古建筑的保護(hù)和修復(fù)有很大促進(jìn)作用，通過(guò)虛擬漫游、虛擬交互技術(shù)復(fù)原或重現(xiàn)古建筑，對(duì)建筑文化遺產(chǎn)的保護(hù)以及用戶(hù)體驗(yàn)都具有一定意義。其中，建立三維虛擬世界的可視化和功能按鈕需要建模軟件和工具箱，它們提供簡(jiǎn)單的場(chǎng)景漫游和導(dǎo)航功能，并且進(jìn)行場(chǎng)景的交互和格式的輸出。古建筑虛擬場(chǎng)景中有以下兩種：

（1）虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱，它是集矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形顯示和信號(hào)處理于一身的可視化和數(shù)值計(jì)算教學(xué)軟件。通過(guò)直接增加、刪除或修改場(chǎng)景中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)和域，定義和創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，查看移動(dòng)三維場(chǎng)景的信號(hào)和接口驅(qū)動(dòng)，并擁有實(shí)時(shí)改變虛擬世界中對(duì)象位置和屬性或者進(jìn)行模擬時(shí)改變模型參數(shù)的交互功能，從而提供了快速、方便、簡(jiǎn)介、友好的用戶(hù)體驗(yàn)環(huán)境。

（2）建筑草圖大師，它是由美國(guó)設(shè)計(jì)推出的虛擬漫游工具。它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易學(xué)，就算不是建筑方面的專(zhuān)業(yè)人士也能迅速掌握技巧，尤其適合有關(guān)建筑設(shè)計(jì)的初學(xué)者。通過(guò)建構(gòu)、顯示及編輯三維建筑模型的方式，最終導(dǎo)出視圖或格式的向量文件，畫(huà)出平面圖形，用戶(hù)可以邊思考邊設(shè)計(jì)，打破了傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)思想的束縛。

當(dāng)今數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)廣泛運(yùn)用對(duì)古建筑的保護(hù)方面，其中虛擬漫游技術(shù)的特點(diǎn)就是具有很強(qiáng)的真實(shí)感，例如對(duì)于東山書(shū)院的虛擬全景漫游的網(wǎng)絡(luò)展示，用戶(hù)能夠身臨其境的漫游在東山書(shū)院的虛擬場(chǎng)景中并且在虛擬空間中從各個(gè)角度進(jìn)行技術(shù)操作，最終使建筑物三維場(chǎng)景漫游的效果得到全方位展示。

四、關(guān)于古建筑色彩修復(fù)及漫游技術(shù)的展望

本文著重討論古建筑保護(hù)和修復(fù)過(guò)程中虛擬色彩修復(fù)技術(shù)和虛擬漫游技術(shù)的應(yīng)用理論，但是在實(shí)際操作過(guò)程中，我們有可能找不到與建筑物色彩匹配的顏色遷移算法，這就需要我們靈活應(yīng)對(duì)，并不斷開(kāi)發(fā)出新技術(shù)以應(yīng)對(duì)新問(wèn)題。中國(guó)古建筑具有很高的藝術(shù)成就和社會(huì)價(jià)值，保護(hù)古建筑是我們當(dāng)代人義不容辭的責(zé)任。另外，保護(hù)和修復(fù)古建筑因以尊重古建筑的原貌為前提，充分了解其歷史背景，力圖還原古建筑的原貌。當(dāng)然，對(duì)于古建筑的保護(hù)和修復(fù)還需要深入研究技術(shù)對(duì)策，需要我們繼續(xù)努力。