淺談VR虛擬現實技術背景下傳統民居延續與創新

洪海洋

華中科技大學 湖北 武漢 430070

引言

虛擬現實技術是20世紀開發的一種全新的實用技術。尤其是在20世紀末，虛擬現實技術發展迅速，并與計算機數字媒體技術的關系緊密，并且它在設計領域也發展迅速，已被廣泛使用。本文旨在對傳統民居的延續與創新進行研究與分析，通過現代虛擬現實技術，對繼承歷史文化的傳統民居進行數字化虛擬化，以展示中國傳統民居文化，并繼續推廣優秀的中國傳統民居文化。

1 虛擬現實技術概述

1.1 虛擬現實技術的概念

顧名思義，所謂的虛擬現實就是虛擬與現實的結合。從理論上講，虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統。它使用計算機技術來生成虛擬環境，使用戶沉浸在該環境中。虛擬現實技術是在使用現實生活中的數據，然后計算機技術處理產生的數字信號，并將其與計算機、手機、VR眼鏡等各種輸出設備組合在一起，使其成為人們可以感覺到的現象，這些現象可以是現實生活中的真實物體，也可以是我們無法用肉眼觀察到的物質，它是通過三維模型表達的。由于這些現象不是我們可以直接看到的，而是通過計算機技術模擬的真實世界，因此稱為虛擬現實[1]。

1.2 虛擬現實技術特點

（1）沉浸性

沉浸性是虛擬現實技術的主要和最顯著的特征，它使用戶感到自己是計算機系統創建的環境的一部分。虛擬現實技術的沉浸感取決于用戶的感知系統。當用戶感知虛擬世界時，包括觸覺、味覺、氣味、動作感知等刺激都會產生思想共鳴，引起心理沉浸，就像進入現實世界一樣。

（2）交互性

交互性是指用戶在虛擬環境中，對對象的可操作性以及來自環境的自然反饋程度。用戶進入虛擬空間，通過相應的技術允許用戶與環境進行交互。當用戶執行某種操作時，周圍的環境也會以某種方式做出反應。如果用戶觸摸虛擬空間中的對象，則用戶應該能夠感覺到，如果用戶移動了對象，則對象的位置和狀態也應該發生變化[2]。

（3）多感知性

多感知性意味著計算機技術應具有多種感知方法，例如聽覺、觸覺、嗅覺等，理想的虛擬現實技術應具有人們擁有的所有感知功能。由于相關技術的局限性，大多數虛擬現實技術的感知功能目前僅限于視覺、聽覺、觸摸、運動等。

（4）構想性

構想性也稱為想象力，在虛擬空間中，用戶可以與周圍的對象進行交互，擴大認知范圍，并創建不存在客觀世界的場景或不可能的環境。當用戶進入虛擬空間，根據他自己的感覺和認知能力吸收知識，發散和拓寬他的思想并創建新的概念和環境時，就可以創立新的概念和環境。

（5）自主性

自主性是指虛擬環境中的對象根據物理定律移動的規則。例如，當用力推動時，物體將沿力的方向移動，翻倒或從桌子掉落到地面等。

2 傳統民居概念簡述

中國歷史悠久，土地遼闊，自然地理環境多樣，社會經濟環境多樣。長期以來，每個地區都在不斷形成各種形式的傳統民居，這些傳統民居受到當地環境的強烈影響，生動地反映了人與自然之間的關系。傳統民居是我們通常所說的“老村莊”，是傳統村落的基本形式。隨著人類文明的發展，古老的村莊逐漸發展。中國傳統民居深受中國傳統思想的影響，注重與自然和諧相處，防御、詩歌、繪畫等布局特征很多。隨著經濟和社會的飛速發展，一些中國傳統民房被摧毀或消失，如何保護和傳承這些古老村莊的文化非常重要，這是一個挑戰。中國傳統民居的范圍非常廣泛，包括各種形式和豐富的文化資源[3]。

3 虛擬現實技術運用在傳統民居建筑中的重要意義

通常我們習慣于將這些傳統民居手繪記錄在紙質文本上或者照片記錄，但是在數據調查等中，這些方法有一定的局限性，它們都是片面的和平面的，無法顯示更加立體的傳統民居，不能滿足人們的可視化要求。虛擬現實技術非常適合此需求，并且通過數據的收集，處理和分類，進行了虛擬構建，最終進行了展示和傳播。將3D采集技術、遙感測繪技術、數字影像處理技術、計算機處理技術等與傳統民居建筑相結合，對于保護和延續傳統民居建筑具有重要的意義。虛擬現實技術中模擬傳統民居和再現文化內涵的關鍵在于交互性的實現。通過計算機，我們可以在虛擬環境中更深入地感受環境的空間變化并沉浸其中。同時，我們對虛擬環境的反應也會收到相應的反饋，交互的本質在于有效的信息反饋。與真實環境或物體相比，虛擬空間的交互性可以實現實時信息更新和實時交互。過去人們受時間和空間的限制，常常無法親自體驗傳統的民居建筑以進行現場觀察，但是數字虛擬空間為人們提供了方便，自由且靈活的參與體驗的機會，因此，人們可以通過在虛擬傳統民居的交互體驗和學習，從而激發了他們保護傳統民居的意識。虛擬現實技術為我們架起了一座創新的橋梁，使我們可以隨時訪問網絡平臺上的傳統民居，這大大提高了人們的參與度，也就是傳統民居文化的延續[4]。

3.1 傳統民居建筑虛擬現實的文化價值

習總書記深刻指出："文化是一個國家、一個民族的靈魂。”對于正在進行中國特色社會主義現代化建設，正在邁向中華民族偉大復興宏偉目標的偉大國家來說，文化自信起著重要的支撐作用。而傳統民居建筑歷史文化底蘊豐富，具有獨特的文化藝術價值和科學價值，還能給人們帶來一種特殊的文化體驗。然而隨著現代化的發展和傳統民居其自身的建造材料等原因，全國有許多優秀的傳統民居建筑已經被破壞或者消失不見，但是現在通過VR虛擬現實技術，已經能多角度全方面地將傳統民居的建筑整體畫面模擬出來，能較好地解決這一問題，對于傳承傳統民居建筑文化具有重要的意義。

3.2 傳統民居建筑虛擬現實的文化體驗

中國傳統民居建筑具有各自獨特的特點和藝術文化內涵。傳統民居建筑進行虛擬現實的主要目的不僅僅只是簡單的在計算機中虛擬出傳統民居建筑，而是應該追求更加高層次的目標，那就是在虛擬現實中把傳統民居建筑的特點和藝術文化內涵表現出來，讓用戶通過傳統民居建筑虛擬現實的參與過程得到相關的文化體驗，進而滿足人們精神層面的需求，豐富人們的精神世界。這也正是體驗者和創作者的追求。文化體驗是一種人的行為，這種文化體驗是帶給用戶感官、行為、思維和情感體驗。換而言之，需要有行為的主體和行為的對象。在傳統民居建筑數字化虛擬中進行的文化體驗，用戶是主體，他通過操縱電腦、手機或者VR眼鏡等外部設備在數字虛擬環境中進行沉浸式的瀏覽，來體驗數字化虛擬呈現的傳統民居建筑藝術、文化的載體，并且這種文化體驗在一定程度上可以傳承傳統民居建筑的文化內涵，對于傳承文化，建立文化自信具有重要意義[5]。

4 虛擬現實技術在傳統民居建筑中的應用分析

4.1 虛擬現實技術在傳統民居再現中的應用原則和要求

虛擬現實技術虛擬傳統民居的最重要原則就是真實生動的還原。首先，我們可以參考相關文獻來收集相關數據，并整理出與傳統民居相關的傳統民居的大小，制造材料，房屋布局和內部結構等相關數據。使用3D采集技術和遙感測繪技術對居住空間的布局進行建模并建立傳統民居的建筑模型，當然我們還必須根據相關文獻來推測真實條件，并使用最原始的傳統民居建筑外觀模擬它。

建立傳統民居模型后，需要根據實際需要對所需材料進行調查和分類，并記錄材料各部分的紋理和其他屬性，例如地板、墻壁、桌子和椅子等的紋理和屬性。然后使用3D軟件對其進行仿真，并在模型中顯示實際的材料屬性，以實現較高的還原效果。然后模擬周圍環境，燈光照明和其他傳統建筑的其他因素。因此，傳統民居建筑文化得到了很好的保存和繼承，也為后來的人研究和學習傳統民居建筑提供了更加真實的資料[6]

4.2 虛擬現實技術應用案例分析

以數字敦煌成功的經驗為例，它是一項敦煌文化保護的虛擬工程。該工程包括虛擬現實、增強現實和交互現實三個部分，使敦煌文化瑰寶數字化，打破時間、空間限制，滿足人們游覽、欣賞、研究等需求。我們亦可以借鑒經驗，運用3D采集技術與測繪遙感技術對特定傳統民居進行信息采集虛擬在電腦里，通過技術創新，使傳統民居數字化，集文化保護、文化教育、文化旅游于一體，亦是對傳統民居文化的延續和保護。

2020年4月15日晚，敦煌超感知影像首秀，敦煌研究院與華為合作，共同用5G、AI、VR等新技術展現了數字化的莫高窟。借助華為的河圖技術，游客也無須進到洞窟，在外面只要通過華為手機就能觀看洞窟內的壁畫。華為AR地圖利用數字敦煌高精度壁畫圖像和洞窟三維模型，同時內置精美的數字內容和專業的全系講解，例如覆蓋全部參觀區域的AR導引，可以為游客帶來沉浸式的參觀體驗。以此為經驗，虛擬出傳統民居建筑，在手機平臺輸出互動，為觀眾在參觀傳統民居時帶來身臨其境的奇妙體驗，不僅增加了觀眾的參與感，更增加了傳統民居建筑體驗的趣味性。從聽覺、觸覺來體會民居建筑的特點，讓人們產生去保護歷史文化產物的想法以及接著探索下去的興趣和欲望[7]。

5 結束語

隨著現代科學技術的創新和應用，設計行業也步入了新的階段。VR虛擬現實技術與傳統民居的結合，很大程度上能夠促進傳統民居的延續和保護，弘揚優秀的傳統文化，建立民族自信，文化自信。在科學技術不斷發展的新時代，傳統民居中運用虛擬現實技術只會越來越頻繁，越來越廣泛，VR虛擬現實技術也會越來越成熟和完善。