計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑數(shù)字化復(fù)原中的應(yīng)用

羅術(shù)通

摘要：混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是將虛擬的物體比現(xiàn)實的實體相互融合，這一項技術(shù)在古建筑數(shù)字化復(fù)原中，為建筑人員提供了全新的復(fù)原方式。從整個建筑行業(yè)的工程施工現(xiàn)場應(yīng)用來看，在軟件的不斷開發(fā)與測試的過程中，提供了較大的關(guān)鍵技術(shù)研究，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實際建筑施工使用需求及相關(guān)的技術(shù)要求提供了關(guān)鍵作用。本文主要從虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑數(shù)字化復(fù)原的主要應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：建筑工程 混合虛擬現(xiàn)實技術(shù) 古建筑 數(shù)字化 應(yīng)用

Application of Computer Virtual Reality Technology in Digital Restoration of Ancient Architectural Buildings

LUO ?Shutong

（Changchun Finance College， Changchun ， Jilin Province，130028 China）

Abstract： Hybrid virtual reality technology is mainly to fuse virtual objects with real entities. This technology provides a new restoration method for builders in the digital restoration of ancient architectural buildings. From the engineering construction field application of the whole construction industry， in the process of continuous software development and testing， it provides a large research on key technologies， which plays a key role in the actual construction demand and relevant technical requirements of virtual reality technology. This paper mainly analyzes the main application of virtual reality technology in digital restoration of ancient architectural buildings.

Key Words： Construction Engineering; Hybrid virtual reality technology; Ancient architectural buildings; Digitization; Application

近年來，技術(shù)的不斷發(fā)展帶來了全新的技術(shù)革新，其中虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于建筑施工行業(yè)已經(jīng)是一個必然的趨勢。結(jié)合各種綜合集成技術(shù)，借助技術(shù)的優(yōu)勢特點，給更多建筑施工團隊傳遞出施工現(xiàn)場的關(guān)鍵信息，通過多種傳感設(shè)備及不同的方式進行交互作用，相互影響，給施工團隊帶來一種身臨其境的感覺，創(chuàng)造一種真實的環(huán)境。在未來幾年的發(fā)展中，相信會受到更多施工團隊的重視，也會給古建筑工程復(fù)原帶來新的發(fā)展機遇。

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念闡述

混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡稱MR，是目前計算機研究的熱門領(lǐng)域，廣泛地運用于各大行業(yè)中，其中虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于建筑施工行業(yè)中已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，主要研究人計算機，實體環(huán)境相互結(jié)合的交互能力，并且從傳統(tǒng)的信息傳遞基礎(chǔ)之上進行深入研究與探討?；旌咸摂M現(xiàn)實技術(shù)是增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種延伸，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種進步與發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)稱為VR，是一項綜合集成技術(shù)，可以通過計算機核心技術(shù)，給人們造成一個視覺、聽覺、觸覺非常真實的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過計算機圖形技術(shù)以及可視化技術(shù)進行深入研究與發(fā)展。在現(xiàn)實的環(huán)境中，不存在的虛擬對象（通過傳感技術(shù)進行對象疊加，傳遞到真實的環(huán)境中），用戶的真實環(huán)境及虛擬感受同時存在一個畫面或者一個空間，用戶可以通過顯示設(shè)備就可以感受到真實的新環(huán)境[1-2]。

國內(nèi)外也有很多優(yōu)秀的學(xué)者進行虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面的研究，也指出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)交互的基本原則與方法，描述了虛擬與人工智能融合的重要場景，指出了未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入大數(shù)據(jù)技術(shù)及人工智能技術(shù)的發(fā)展方向。

2古建筑數(shù)字工程對MR技術(shù)的需求分析

在古建筑數(shù)字技術(shù)復(fù)原中，人員可共同佩戴全息眼鏡，將古建筑原來的樣子直接展示在大家的眼前，共同瀏覽建筑模型。這在一定程度上提高了方案的可視性，也提高了古建筑的數(shù)字復(fù)原效果。

對于古建筑復(fù)原施工來說，在管理施工的過程中，由于各項施工存在一定的難題。例如，管線施工的管理過程中，可以通過混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將管線布置的不同方案儲存在眼鏡中，可以將不同方案進行探討，業(yè)主可以直接在眼鏡中看到不同方案的管線布置模型，在最短的時間內(nèi)，確定適合工地現(xiàn)場施工的最終方案。其實混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的全息影像可以按照不同的技術(shù)使用要求，按照不同的施工環(huán)境使用要求，結(jié)合施工團隊的需要，進行施工過程的二次模擬。這對于施工項目的管理來說都有著重要的意義，可以將施工過程中的質(zhì)量問題、安全問題、設(shè)計問題及招投標等不同的問題進行全面闡釋，也可更直觀地展示在大家的眼前 [3]。

3古建筑工程復(fù)原結(jié)合混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用點

3.1建筑施工方案演示

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在整個建筑施工中確實擁有諸多的應(yīng)用，也有諸多的應(yīng)用優(yōu)勢。首先，在建筑施工中的方案演示中起到了關(guān)鍵的作用。方案演示可以結(jié)合混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行模型演示，這是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一項重要基礎(chǔ)功能。在項目中，可通過3D模型的方案演示，對于需要進行建模的環(huán)節(jié)，做好技術(shù)分析，可以融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，進行移動、旋轉(zhuǎn)、縮放等不同的功能，特別是目前建筑信息模型（BIM）技術(shù)在建筑施工中廣泛應(yīng)用以、及大力推廣。多數(shù)的建筑項目確實也開始注重模型的建設(shè)。方案演示的過程中，結(jié)合模型建設(shè)集合混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可直接給相關(guān)人員展示建筑工程的模型。在整個方案演示中，首先需要考慮空間模型的定位問題，創(chuàng)建相關(guān)的虛擬模型及實體構(gòu)建相互匹配。為了確定模型的定位，可通過圖像識別的方式進行模型定位，在真實的空間領(lǐng)域粘貼一張圖像，并且將這個圖像儲存在虛擬的空間中，通過平臺識別并且調(diào)整模型的空間位置，進一步使空間和實體環(huán)境相互對于這樣就找準了模型的定位。

3.2施工過程演示與屬性查看

建筑項目工程在施工的中，都需要做好各個環(huán)節(jié)的控制工作，其中結(jié)合混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以直接將施工過程演示在大家的眼前，也可以進行屬性查看與施工過程演示，主要目的在于明確施工過程中所涉及的不同施工環(huán)節(jié)及相關(guān)施工材料的選擇。可以說，施工過程的演示是非常重要的一個環(huán)節(jié)，可了解到施工的具體日期信息;在不同的模型中添加共享參數(shù)，可了解該施工項目的進展以及施工的情況;通過軟件二次開發(fā)，可導(dǎo)出施工項目的屬性，導(dǎo)出項目的屬性之后，就可進行項目的施工演示[4-5]。從目前整個項目的實踐演示情況來看，由于硬件條件的限制，虛擬現(xiàn)實技術(shù)如今主要運用于一些建筑施工的小空間演示，如小尺寸的工業(yè)設(shè)計方案，也是可以在小空間將設(shè)計方案投放在地板上或者墻面上，給更多人提供演示的實際情況，對于大空間的演示來說，相對來說應(yīng)用較少。

3.3多機互聯(lián)應(yīng)用

多機互聯(lián)是混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個重要應(yīng)用點，這屬于計算機領(lǐng)域的一項創(chuàng)新技術(shù)。因為硬件設(shè)備相對來說價格較高，從目前的整個建筑施工行業(yè)的普及程度來看，普及率較低。在整個虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用過程中，如果不能實現(xiàn)多機互聯(lián)，相對來說就降低了MR技術(shù)的現(xiàn)實使用價值。多機互聯(lián)需要提前使用戶學(xué)會佩戴眼鏡進行實踐技術(shù)的操作，了解操作手勢、語言指令。在建筑施工項目中，可以將建筑項目的局域網(wǎng)下多臺設(shè)備進行聯(lián)機，在協(xié)同狀態(tài)下，了解施工現(xiàn)場的實際情況，可通過VR設(shè)備進行綜合應(yīng)用。創(chuàng)建多個空間錨點，并且當設(shè)備移動式會做出相應(yīng)變化，準確調(diào)整，使虛擬模型的定位以及實體模型的位置相互一致，保證了遠近距離的圖像設(shè)備追蹤精準度。這種多機互聯(lián)的模式，可在大的空間內(nèi)實現(xiàn)多人操作。

4古建筑工程結(jié)合混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展

混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)在最近這幾年的發(fā)展過程中，確實也得到廣泛的關(guān)注，從不同的國家發(fā)展現(xiàn)狀分析來看，國內(nèi)相對來說在混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展方面，起步較晚，而且在系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)上設(shè)計的研究面都比較單一。雖然說國內(nèi)的混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展起步晚，但很多學(xué)者以及研究的專業(yè)人員已經(jīng)開始重視這方面的研究工作，尤其是一些國內(nèi)的高等院校，在增強現(xiàn)實的一些算法與設(shè)計技術(shù)上面，已經(jīng)有了一定的成效，如攝像機校準法、虛擬物體注冊算法等，這些算法可以解決虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的不同問題。北京理工大學(xué)光電技術(shù)與信息系統(tǒng)實驗室研發(fā)出來了數(shù)字圓明園，可以利用AR技術(shù)將數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，直接將圓明園的廢墟和當年未破壞的圓明園實施常見，相互疊加，讓游客可以感覺到圓明園之前的原狀，這就是一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要應(yīng)用[6]。當然，虛擬現(xiàn)實技術(shù)屬于一種高科技的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)的應(yīng)用市場中也有廣泛的發(fā)展?jié)摿Γ袊幱谝粋€起步的階段，相信在未來的幾年發(fā)展中，會有更多的企業(yè)以及更多的技術(shù)人員重視這項技術(shù)的實踐，開發(fā)和應(yīng)用。

5結(jié)語

總體來說，混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬世界，現(xiàn)實世界及用戶之間搭建起一個交流的橋梁，在整個應(yīng)用的過程中都體現(xiàn)了這一項技術(shù)的重要優(yōu)勢，確實這一項技術(shù)在古建筑施工中起到了關(guān)鍵的作用。相信在未來幾年的發(fā)展中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)會在生活中越來越常見，改變了人們的生活方式，改變了工作的方式，改變了學(xué)習和娛樂的方式，對整個古建筑復(fù)原行業(yè)來說，都是一種促進發(fā)展的作用。

參考文獻

[1]張杰，陳恒鑫，王家輝.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中國古建筑教育的應(yīng)用——斗拱文化體驗式教學(xué)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[J].高等建筑教育，2019，28（4）：139-146.

[2]李傳剛.三維激光虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑破損重建中的運用研究[J].居舍，2020（4）：52-53.

[3]龍丹，李望秀.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的古建筑復(fù)原動畫的研究與實現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化，2019（2）：12-13，16.

[4]韋樹成，王慧.計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在大學(xué)校園設(shè)計中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2021，51（6）：248.

[5]吳瑋.中國古建筑木結(jié)構(gòu)邊跨半榫節(jié)點抗震機理研究[D].南昌：南昌大學(xué)，2020.

[6]張樂.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全工程中的實施對策[J].居業(yè)，2021（7）：103，105.