虛擬情境下的長春古建筑模型構建方法研究

黃梓軒 李 闖

（吉林建筑大學藝術設計學院 長春 130118）

前言

長春古建筑復原在虛擬領域介入是近年來虛擬建模未來發展方向趨勢HTCVR是目前國內虛擬現實產品相對較好的產品，在介紹基于VRP實現古建筑三維模型虛擬現實步驟的同時，結合東北老工業基地振興計劃，重點探討了關于東北古建筑點云數據采集系統，和模型建立過程的數據處理，針對長春古建筑的特點和smart3D點云模型實現的需求對這兩個過程提出了相關技術意見與古建筑復原的新方法。

1 數據采集及整理

依托于無人機傾斜攝影技術對建筑物的各種角度采集影像數據，通過多學科交叉與多技術融合（傾斜攝影技術、GIS航空數據地理信息大數據分析、激光掃描技術、BIM技術等）其中主要包括建筑物的長、寬、高以及各組成部分的尺寸數據，極小可能通過CAD圖紙得到尺寸數據，因為對于時間跨度較久遠的古建筑很少有留存的圖紙資料，對于無法精確測量的尺寸，可通過無人機拍照得到各個建筑物的照片，一些采集不到影像的角度需要人工運用運動攝像機進行手工拍攝采集。也可選一已知高度的物體如樹、路燈或垃圾箱等物體或人作參照物根據比例計算。其他的尺寸數據也可通過測量或拍照估計。

項目組的各個成員需要位于該區域的不同位置分工，每個人負責自己要建模的區域內相關物體的數據采集。使用無人機拍攝照片時要注意無人機設置熱點環繞半徑大小，對周邊建筑不產生影響，多收集周邊物體的尺寸數據以便建模時有數值作為參考。數據采集時通常會面臨不同的地理地貌可根據當地城市規劃對總平面圖數據有所把控。

2 三維點云數據模型構建方法

首先將采集的影像數據集合制成單獨文件夾導入Context Captur Center Master中形成表面模型并開啟Context Captur Center Engine運算程序并注意將數據生產模式改成點云網格形式，此時提交新建工程進行三角測量。考慮古建筑所在地理位置后將生成文件使用Acute3D Viewer打開生成閱覽。

由于Context Captur Center Master這個軟件不是由Auto公司出版所以二者并不能轉化，所以需要小組人員不同分工對已生成的點云模型再次手工導入SU測量后畫出CAD圖紙，此時已經初步完成了古建筑的三維化和為以后的虛擬現實或者現實增強的技術延伸打下基礎。將建立的三維模型完善整合成體后進行模型的紋理材質的處理紋理的采集和處理，進行城市機理采集與再利用分析尤為重要。機理數據采集完成后，賦予材質，可以根據當時對建筑物的影像資料制作建筑貼圖增強真實感。要根據用途的不同對采集完的數據做不同的處理。對古建筑的建模已經初步完成。

3 三維模型集成

由于模型是分層建立的，需要各個部分配合整合在一起才能形成一個完整的建筑模型，在數據模型建立過程中難免會遇到數據不準確不全面的問題，在三維模型集成的過程中會有誤差，為了減少此類失誤的發生對一些方面的數據做了針對性的采集并統一對CAD文件進行整理，主要是清除不必要的標注、多余的內部結構線條等無用的標記，也利于模型上下層的銜接和模型的整合。最后將整合的所有數據分組處理做進一步在紋理合材質上的優化。

4 三維模型優化方法

古建筑的模型在整合過后還缺少材質紋理背景等優化處理，主要用到Photoshop軟件對紋理處理，照片影像資料可以跟隨材質做出凹凸的效果增加細節上的處理，并且可以創建垂直方向反射，折射，燈光，鏤空等多種效果，比基本材質更精細更真實。紋理數據影響了三維場景中的所有地物，決定了場景的整體效果與紋理細節，并最終決定了場景的逼真程度。本項目中由于采用無人機傾斜攝影技術進行的數據采集用照片來處理獲取，所以基本上保留了建筑物本來的面貌，所以地物的紋理全部采用數碼相機實地拍攝。

通過城市肌理的普查和三維復原在制作后期的虛擬現實VR動畫時紋理數據的采集使用VR渲染器進行渲染可以和建筑物及其他物體的幾何要素數據同時拍照，采集（類似谷歌地圖的全景照片）對平面圖中的每一地物需要貼圖的部分進行紋理數據采集建筑物及其他物體幾何要素數據的處理這部分數據主要用于建模時做參考，主要包括Acute3D Viewer的模型視圖，收集或測量得到的單個物體的詳細信息中包含的尺寸數據，另外就是拍照得到的參考照片。這些數據的處理主要是將其根據要建模的物體不同分別放到不同的文件夾中。在紋理的提取過程中，由于受建筑物高度的影響，數碼相機拍攝的相片往往比例失調，所以必須對每張用于紋理貼圖的照片用平面圖形處理軟件進行處理，首先裁剪出需要貼圖的部分，如有變形則使之正立并成矩形，并且去除陰影部分，要注意貼圖的質感和清晰度，還需要對照片的顏色和光影進行處理，要保證色調、光影統一。對象比較復雜時，可以對單獨單位進行精準測量繪制并備份相關數據。

5 結論

中國作為一文明古國，文物的數量眾多，而文物的保護和修復是國家很重視的一個問題，利用建筑信息模型技術為城市規劃布局發展提供底層數據模型有效推動東北地區智慧城市建設，因此對文物的虛擬現實的發展是非常有前景的項目，在對古建復原的過程中同樣也包含了對古建的信息查詢，空間信息虛擬瀏覽，空間量算等功能。由于時間倉促，論文中也有不足之處。由CAD為基礎構建的三維模型的精細程度有待進一步提高；虛擬場景的呈現未來有望運用VR、AR技術在最終進入市場做進一步研究。