基于BIM技術的少數民族建筑數字化保護

于宗琳　胡文源　張瑩蕾　李亞蘋

摘要：針對少數民族傳統文化遺產的流失問題，采用3ds Max、Revit與Fuzor的結合來設計和制作其傳統建筑虛擬現實的數字平臺。通過虛擬現實技術，以珞巴族傳統建筑為載體，在其中嵌入珞巴族非物質文化，運用Fuzor軟件對珞巴族建筑文化進行高仿真模擬。本次項目通過Fuzor技術在珞巴族建筑與文化的數字信息化保護平臺系統開發中的應用研究，使人們身臨其境地體會到珞巴族的傳統民族文化，璀耀族建，悠漫風情。

關鍵詞：數字化保護;BIM建模;虛擬現實

中圖分類號：TU201.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0059-03

0 引言

隨著城市化和城鄉一體化的進程，少數民族文化和建筑已經逐漸消失殆盡，因此對我國少數民族建筑的保護已經迫在眉睫。而珞巴族作為我國現存少數民族人口最少的民族，其文化和具有其民族特色的建筑對我國文化多樣性有著重要的參考價值和文化價值，因此對珞巴族建筑和文化遺產進行數字化保護至關重要。在國外有關于文化遺產的數字化保護項目的有：美國的“IBM數字圖書館計劃”，法國國家圖書館“加利卡”項目，以及日本“貴重圖書圖像數據庫”等，他們都是將之前存留的書籍、音樂、圖像、手稿等全部經過編輯實現數字化，并提供數據的索引和查詢等功能。在國內，北京首都圖書館“北京記憶”，北京故宮博物院的“數字故宮”，敦煌研究院利用虛擬漫游和VR技術出品的“數字敦煌”。它們也是利用掃描、識別、壓縮和轉化等技術對多種來源的技術進行數字加工，實現將靜態圖像、文本等信息轉化為數字化信息進行保存。

本項目通過3ds Max和Revit建模技術對珞巴族建筑進行數字化建模，并將含有參數信息和幾何信息的數字化模型導入Fuzor，利用Fuzor的動態物理渲染效果、無障礙設計、照明調整和碰撞管理等技術對模型和場景進行優化，然后利用基于Fuzor的VR的交互功能，通過VR設備對珞巴族傳統建筑及信息進行虛擬場景展示，具體流程如圖1所示。

1 從建模角度對珞巴族地形地貌及建筑特點進行分析

珞巴族地理環境較為復雜，且建筑制作較為困難。現通過對珞巴族地理環境和建筑結構進行分析，利用3ds Max軟件的地形插件制作珞巴族地形及效果模型，Revit軟件建立珞巴族建筑參數化模型，達到場景的高真實度還原。

1.1 對珞巴族地形特點的分析

珞巴族聚居的珞渝地區，位于喜馬拉雅山南麓、北緯27度至30度之間的低緯度地區，山高林密，雪峰連綿，層巒疊嶂，河流眾多，雅魯藏布江、丹巴河等穿越其間。珞渝北部高山區珞巴族聚集地屬喜馬拉雅山東側的亞熱帶濕潤氣候區，并分布有熱帶雨林。此地區平均海拔1200米，地勢由北向南急劇下降，從北部高達7756米的南迦巴瓦峰，下降到南部僅數百米。珞巴族聚集地分布在山峰之間，大多四面環山。因此，可利用其中山脊線和溝谷線作為地形特征，建立線狀網絡，對其地形進行編輯。

1.2 對珞巴族建筑特點的分析

珞巴族建筑的傳統住房是石木結構的碉房，堅固耐久具有很好的防御功能。珞巴族建筑還存在“一”字型長屋，是珞巴族家庭和社會形態的典型表現，長屋呈“一”字形排列有數間或數十間不等。典型的長屋是一種竹木結構的干欄式樓局建筑分三層：修建時先在底部豎圓木立柱，二層地板處和頂棚處設橫梁，房屋底層堆放柴火作豬狗圈。二層住人，屋中心設火塘，火塘上方吊一個木架，供烤柴和烤肉之用，頂層堆放雜物[2]。

2 基于3ds Max的效果模型的制作

3ds Max是的三維動畫渲染和制作軟件，具有強大的角色動畫制作能力，可堆疊的建模步驟，使制作模型有非常大的彈性，“標準化”建模，針對建筑建模領域相較其它軟件有不可比擬的優越性。此系統的地形制作中所采用的制作軟件是3ds Max，以粗模附以無縫貼圖，達到地形模擬的高真實度還原，流程如圖1所示。

2.1 地形制作

首先根據前期對珞巴族地形的調研，根據當地地形進行精細化建模。由于珞巴族地形較為復雜，可能會導致3ds Max因面數過多產生的卡頓問題，所以采用平面建模：先根據設計好的地形在Photoshop中制作紋理貼圖，再利用修改器中的Displace置換命令，制作與珞巴族當地地形相似的地形，并利用置換命令中的高度來控制地形起伏的高度，然后利用編輯器中的編輯多邊形命令中的點、線、面命令對地形進行精細化調整，對當地地形進行高度還原。查找與當地地形地貌相符合的材質貼圖，利用Photoshop進行無縫貼圖的制作，再將貼圖賦予地形，再通過3ds Max中修改器中的uvw貼圖修改器，調整貼圖在地形中的精細程度，實現當地真實地形的還原。

2.2 建筑模型制作

珞巴族民居建筑作為本次項目的主要模型，模型質量要求較高，要達到模型的高還原度和真實度。以3d max為例，在建模時為了盡量減少模型的面片和數據量，在保證模型一定精細度的情況下要盡可能多的使用高質量的材質貼圖。這些貼圖可以用來指定模型中特定物體的表面特性，它決定這些平面在后期渲染時的物理特性，辟如物體的顏色，在物理環境下的光亮程度，物體的自發光度及不透明度等。因此，在3ds Max中建模時必須注意以下幾點：

（1）為了避免不兼容的情況。在項目中，需要先使用3ds Max建立模型再導入到Fuzor中進行處理，但是3ds Max做為一個功能強大的建模軟件，有些指令在Fuzor是無法得到識別和支持的，比如復雜的紋理合成、參數等等。為了保證前面建立的模型在后面得到較好讀取，應該避免使用這些指令。（2）盡量使用簡單方式。如建立模型時如果不對其表面進行異形編輯，可將其段數降到最低，以精簡模型的面數。（3）在保證模型質量的情況下盡量減少精細度。在進行場景建模時對于細長條形的物體如柵欄、門框或者由細長條形物體組成的模型如竹籃等應盡量采用貼圖的方式來表現，貼圖可以很細膩地表現出物體的真實度，若采用精細化建模，這些細長條不僅會增加當前模型的面數，而且在后期渲染時還會出現閃爍和鋸齒的現象。（4）模型導出數據文件時需要考慮幾點：精度各類信息不丟失;便于導入模塊的處理。在這里，數據的讀取的做法是先在3ds Max中將各模型按照設計好的布局格式排列整齊，然后導出為FBX文件格式，再進行數據讀取。

3 基于Revit的珞巴族參數化模型制作

Revit軟件是一款基于建筑信息模型（BIM）平臺的建筑設計、建模及分析軟件。本研究設計采用Revit建立粗模，通過改進貼圖紋路對模型精細化處理，從而達到建模時操作簡單，還原度高的效果，打造珞巴族建筑場景。建立模型時，輸入采集的原始數據，包含了珞巴族建筑的幾何信息、對象間的邏輯關系等相關屬性。利用Revit以項目或族的形式將相關的民族建筑和建筑構件分類整理，將建筑的相關屬性信息儲存到模型數據庫中。通過大量的珞巴族建筑信息采集和模型復原研究，積累相當數量的珞巴族民族建筑構件項目族庫，實現數據統計和對珞巴族建筑的存檔整理，如圖2所示。

通過以下操作達到建模效果：

（1）模型精簡化，防止軟件運行緩慢。如：根據需要關閉視圖中某些圖元類別的可見性：例如，如果要渲染外部場景，則可以關閉顯示在建筑內部的任何圖元。以減少導入到其他應用程序的對象數量和數據量;指定詳細程度：根據需要指定視圖的詳細程度以減少Revit視圖中的詳圖數量。（2）運用Photoshop對材質貼圖編輯，利用變換，透視等效果，生成圖像貼圖文件，將材質庫的圖片源替換為修改完成的無縫貼圖。（3）采用無縫貼圖，用高質量貼圖代替細節模型，使Revit模型更加真實。（4）利用3ds Max代替Revit建模，解決Revit難以實現高仿真度模型的問題。

4 基于Fuzor的虛擬現實模擬

虛擬現實技術簡稱VR技術，是利用計算機生成一個虛擬世界，給用戶提供各個感官的模擬，讓使用者感覺身臨其境。數字信息化是國際發展的一個趨勢，在如今的大數據時代，數字信息化的應用變得極為重要。

Fuzor作為一個虛擬現實軟件，界面簡潔，操作簡單易上手，Fuzor的LiveLink可以實現與Revit軟件的雙向同步，除此以外Fuzor還支持手機移動端、X-BOX和VR設備，可以讓制造的場景使用上述設備進行瀏覽，并且Fuzor還能對建筑信息進行充分展示，可以實現數字信息化平臺的搭建，如圖3所示。

Fuzor除了可以對接Revit模型以外還支持FBX文件的導入，可以把某些形狀不規則的民族模型使用3ds Max進行建模。

首先在Revit建好的模型文件中打開Fuzor，把3ds Max做好的模型導出FBX格式，將導出的FBX文件導入Fuzor并進行位置調整，結合Fuzor自帶的材質包對樹木，草地進行添加，使場景進一步完善，然后根據當地的氣候與場景的需求來改變天空類型，添加粒子系統，天氣效果與晝夜效果使場景更加真實。同時在Fuzor中可以瀏覽到珞巴族建筑模型的信息，實現數字信息化，將完成的場景導出移動端，更方便人們瀏覽，效果圖如圖4所示。

5 結語

珞巴族作為我國極少數民族，在其文化瀕臨消失的背景下，迫切需要對此文化進行數字化保護。快速建立珞巴族建筑模型采用兩種建模方式，利用兩種建模方式各自的優勢對珞巴族建筑及地形進行精細化還原，并結合Fuzor制作場景漫游，最終形成高度仿真的珞巴族全景漫游。本項目對珞巴族文化信息進行了研究、整理、制作與保存，建立珞巴族文化的數據庫，并通過虛擬現實技術對珞巴族文化進行數字化再現，打破傳統方式，增強用戶真實體驗，真正實現珞巴族建筑的數字化保護。

參考文獻

[1] 楊雨師，董陸駟.淺析IBM數字圖書館方案[J].圖書館學研究，2002（10）.

[2] 陳立明.珞巴族的傳統文化與環境保護[J].西藏大學學報（社會科學版），2009（12）：6-12.