基于VR技術在閩南傳統建筑聚落虛擬體驗研究
——以浦西城堡為例

陳浩瀚 張子康 鄭林蕊 王鵬昆 朱申榮

(廈門大學嘉庚學院建筑學院 福建漳州 363105)

0 引言

隨著經濟發展和城市化推進，閩南傳統建筑的保護面臨嚴峻形勢。閩南建筑特征修繕困難和宣傳保護不到位是主要問題。如何改善閩南傳統建筑保護方式，讓人們更加深入廣泛了解閩南傳統建筑是一個迫切的議題。VR技術作為現代信息社會的新型技術之一，其根據這些文化遺產構建的具備可視化、交互化等特點的三維虛擬仿真系統，在為閩南傳統建筑的研究、保護與介紹方面起到了非常重要的作用。逼真的虛擬場景實時交互，可視的感知與操作，使得VR技術得到了業界的廣泛認同。

1 VR技術簡介

1.1 VR技術的概念與特點

VR技術是綜合利用計算機圖形圖像系統和各種現實及控制等接口設備, 在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術[1]。VR技術在當今社會中不僅僅只局限于計算機領域，還運用于軍事、航天、建筑、醫療、教育等領域。在建筑設計過程中，VR技術使建筑師在設計時就能更加立體化地感受自己的方案。同時在方案匯報展示時，也能使觀眾得到身臨其境的感受。對于建筑行業來說，VR技術不僅可以更加直觀地表現建筑產品的樣式，給客戶提供直觀體驗，而且還可以用于歷史建筑的研究與保護，發揮巨大潛力優勢。

2020年初，來勢洶洶的新冠疫情打亂了人們的生活安排，衣食住行均受到較大影響。許多被限制的線下活動推動了線上活動的高度需求。線上教學、視頻會議等各類遠程業務及虛擬現實產業得到了飛速發展。而VR技術的普及度和認知度在疫情期間也得到明顯的提高。

VR技術擁有優秀的沉浸式、交互式、構想性等特色，可以滿足疫情期間在無接觸的條件下讓人與場景進行空間上的交流與溝通，可以打破時間、空間對旅游活動的限制，還能夠通過選擇固定時間游覽當時的建筑特色及景觀面貌。

1.2 VR技術對于閩南傳統建筑的意義

傳統建筑具有不可再生性,一旦遭到毀壞，便無法修繕為原樣，像水車堵、對看堵、燕尾脊等閩南建筑文化特征樣式是難以被完整復原的。再加上現有的保護技術有限, 也無法有效阻止部分建筑遺產因非人為原因而導致消亡[2]。如今一些古建筑原本的功能性逐漸喪失，新一代年輕人更向往大都市潔凈的磚瓦水泥房。諸如漳州市的浦西城堡，防御外敵的任務早已隨著歷史發展消散，古堡內的古建筑保護并不能引起人們的廣泛興趣，更多年輕人選擇外出務工。因此將VR技術應用于閩南傳統建筑保護的主要原因有降低保護成本和提高閩南傳統建筑保護的關注度。

(1)降低材料及人力成本

如今在大力推廣環保、實用的前提下，各個行業都追求如何盡可能節約材料成本及人力成本。一些博物館、景區常出現線上語音圖文介紹來與游客互動。借助VR技術展示傳統建筑文化，能夠減少當地宣傳材料、目錄手冊、沙盤演示及導游人力的成本。若利用VR技術的特性，在不破壞傳統建筑的前提下設置虛擬導覽。將設計好的VR作品上傳網絡進行宣傳，相信古建筑保護能因此取得比傳統圖文宣傳更好的效果。

(2)改善保護形式

隨著城市化發展，古建筑保護面臨嚴峻形勢。受限于資金與技術，不可能保存每一棟傳統民居。但通過實地調研進行數據采集，并將之設計制作成虛擬模型乃至VR展示作品，不失為一種可靠的保護傳統古建筑的新趨勢。一是當地通過與院校展開合作，以課題研究的形式，不僅使古建筑保護的理論體系得到完善與實踐，還能促進更多學生了解并喜歡傳統建筑，獲得更多的專業人才。院校成果也能夠反哺當地的古建筑保護與宣傳，使古建筑保護產生良性循環。二是古建筑的修繕改造可以通過虛擬模型進行模擬改造，增加修繕改造的容錯率。實地調研采集得到的數據，既能形成可靠的古建筑保護數據集，又能以數據為基礎進行模擬改造，使古建筑保護形式更加多樣。

(3)推動旅游發展

根據一項綜合調查表明，五國(美、日、英、法、德)訪華旅游動機主要是了解當地民眾生活文化和歷史文化，分別占比100%和80%[3]。文化旅游廣受旅游者青睞的原因在于當地特色文化與古建群落別具魅力。將VR技術應用傳統建筑上，游客能夠在線上得到沉浸式的古建筑漫游體驗，對實地旅游將更有興趣。國內對于VR技術的研究應用要晚于國外，國外的VR技術相對成熟，應用范圍也較為廣泛。根據國外學者對于VR技術在旅游業中的相關研究，結合國外旅游技術在自助服務、移動技術和基于Web技術幾個方向的發展，得出VR技術使游客的心理印象更加深刻，并具有超強的臨場感的結論,同時VR技術有助于把這些體驗轉化為對品牌的感知印象。VR技術不僅改變旅游業的傳統方式，還刺激了旅游業的經濟增長[4]。通過VR技術推動建筑文化旅游發展，吸引游客的同時，拉動當地旅游經濟發展，從而使居民自發保護古建筑。

2 基于VR技術的建筑可視化設計過程

2.1 實地測繪

實地測繪是將實體建筑與場地轉化為數字模型的基礎。通過實地測繪能夠讓設計者了解真實的尺度與空間，明白實際的建筑細部構造和場地中的特殊場景。在未來建立數字模型與VR場景時，能夠更加還原真實情況，提高沉浸感。同時，實地測繪的數據也將成為歷史建筑與古村落的實證資料，為歷史文化建筑與歷史文化街區的修繕與保護提供堅實的科學依據。

2.2 建立虛擬模型

利用實地測繪數據建立虛擬模型是VR場景設置的基礎。利用CAD、SketchUp、Rhino、3Dmax等主流軟件，將實地測繪得到的數據輸入并轉化為虛擬模型，能夠得到相當仿真的虛擬場景。一些3D軟件能夠放置材料貼圖、設計燈光、環境等，使虛擬模型達到更加貼近真實環境的效果。

2.3 建立VR場景

VR場景是基于VR技術建筑可視化的效果呈現。建筑的材質、環境、光影、空間都是通過VR場景來表達。目前國內較成熟的軟件有光輝城市、Unity、酷家樂等。以光輝城市為例，它的Mars能夠設置材質、天氣、光照等效果，并實時渲染出來。同時也能夠通過VR設備在VR模式下進行模型搭建、場景編輯、材質編輯、交互控制[5]。導出設置好的全景圖后，通過它的Venus將全景圖按一定順序組合形成游覽路線，并附上一些可交互的提示按鈕，然后生成二維碼，觀眾通過掃碼得到一種簡單的多平臺的VR效果體驗。在虛擬的場景中，通過對材質、光影、空間之間的交互。使觀眾身臨其境感受環境空間和建筑構造，是建立VR場景的重要任務。

2.4 設計流程

通過以上描述，基于VR技術的建筑可視化設計過程將經歷前期的實地測繪和建立虛擬模型、中期調整材質與環境并生成VR場景、后期組合VR場景形成游覽路徑然后給予觀眾欣賞。其中，中期和后期的操作可以通過光輝城市的Mars和Venus軟件完成。整個操作流程如圖1所示。

圖1 VR作品設計流程

3 閩南傳統建筑實例介紹

浦西城堡坐落于漳州市龍海市的東部，港尾鎮的浦西社，始建于1561年(明朝嘉靖年間)，村內建筑布局、建筑風格統一，具有閩南文化特色，于2016年被列入我國傳統村落名錄，是有相當的文化價值的歷史村落[6]。城堡內的建筑多為古厝的形式，道路呈網格狀，建筑坐北朝南沿道路整齊排列，建筑群部分完好，很好地保留了“水車堵”“燕尾脊”“博風板” 等傳統特色，建筑上保留了較多的色彩豐富的交趾陶花紋裝飾等[7]。但有些古厝因為年久失修及自然原因出現了不同程度的損毀。城堡內的古厝形式多樣，有南北向的和東西向的，東西向的大多沒有院落，而南北向的古厝大多有一個封閉的庭院有較高的私密性，且這樣的做法也使整個村落在空間布局上有了更多的趣味性。

隨著時間的推進，浦西城堡防御外敵的功能已經消散，空間形態、建筑布局及建筑樣式更多傾向于居住功能。為了適應這個互聯網發達的時代，通過建立浦西城堡虛擬模型，并設計出具有參觀價值的VR體驗作品，能夠吸引更多目光，使閩南古村落的保護受到更多關注。

3.1 虛擬模型構建

以浦西城堡VR的可視化研究為例，首先，需先進行浦西城堡實地勘察調研，獲取場地及建筑的勘測數據，然后在AutoCAD中對數據進一步處理，繪制出詳細的CAD圖紙。圖紙總平內容包括各建筑物的位置、道路、交通等的總體布局，建筑細部圖紙包括柱子柱礎尺寸及位置，門窗位置尺寸及墻體開間進深尺寸等。

CAD圖紙繪制完畢后，將繪制的方案導入SketchUp軟件中進行建模。使用直線繪制、推拉工具等命令繪制浦西城堡場地模型，再繪制建筑細部，并對模型進行初步材質賦予。然后對其模型分組命名，再整合到一起。最后根據現場勘察的照片對整體模型進行細微修正，檢查模型準確性，保存為“.skp”格式，導入到光輝城市Mars軟件平臺進行可視化操作，如圖2所示。

圖2 CAD方案圖與三維模型效果圖

3.2 可視化設計

浦西城堡VR中的可視化設計可以更好地將模型展現在用戶面前。用戶在掃描二維碼或點擊手機端的VR作品網址鏈接觀看浦西城堡普通全景圖時，點擊場景內相應的路徑或天氣按鈕，就可以自由漫游浦西城堡，體驗不同天氣的古堡氛圍，如圖3所示。如果想要更進一步的沉浸式體驗，只需在手機端點擊右下角功能中的VR眼鏡，將手機插入到VR眼鏡中，配合VR眼鏡就可以觀到看VR端全景視圖。這些環境設計、材質設計、場景設計、交互設計等可視化設計，使得浦西城堡VR作品更有沉浸性和可視性，可以更好表現VR效果。

圖3 浦西城堡鳥瞰圖

(1)環境設置

由于浦西城堡的地理位置位于漳州市西北部，屬于南亞熱帶海洋性季風氣候，冬無嚴寒，較多降水，所以在VR作品中把晴天、雨天和秋天這3種環境模板作為浦西城堡VR的特定展示環境，模擬當地環境氣候特色，向用戶呈現“晴空萬里，艷陽普照”“天黑黑，要下雨”和“秋意濃，夕陽紅”的環境特點，如圖4所示。模型周圍的樹木種類也是選用常見的漳州本地樹木如榕樹、樟樹、龍眼樹等，使得地域與自然協調統一。

圖4 浦西城堡環境切換

(2)材質設置

一個好的場景效果，有一半取決于材質。材質的視覺效果在可視化設計中占據著重要地位。因為Mars中的材質資源很豐富，而且在最開始的場地勘察中對浦西城堡的建筑材料有一定的材種鑒定，所以在Mars里對導入的浦西城堡SU裸模的材質進行了相應的材質參數調整。比如浦西城堡用的是本地紅色斗底磚、紅板瓦，杉木檁條等材料，那相應的在VR模型中添加的也是相同的或是接近原來材料的材質，力求達到與現實一模一樣的效果，提升VR的體驗感，如圖5所示。

圖5 Mars編輯斗底磚材質

(3)場景設置

對真實環境的模擬可以使得VR效果更加逼真，場景設置需要最大程度貼近日常生活。浦西城堡堡內按“九宮格”布局，各有南門、東門、西門3個出入口，街巷整齊、主次分明。所以在制作VR設置特定場景時，選取了東門到西門和南門到黃開勝名居作為主要的選取場景路段。這兩段路呈交叉十字形，貫穿了整個浦西城堡，是重要的交通道路。當地居民也經常坐在路邊乘涼聊天，所以在此設置場景，最能體現日常生活真實情境，讓用戶有一種身臨其境的感覺。

3.3 交互設計

VR技術不同于傳統技術，其豐富的交互設計讓用戶沉浸入虛擬環境。在浦西城堡VR體驗漫游時，用戶只需輕輕一點就可以切換天氣，轉換場景等。使用VR設備在沉浸式漫游中甚至可以進行物品增添、替換材質等操作，身臨其境感受環境變化。利用好交互設計，可以帶來不同的視覺感受，還原最真實的空間體驗。

(1)天氣切換設置

不同的天氣就會呈現不同的場景效果，帶給用戶的體驗效果也不一樣。所以在浦西城堡的VR漫游中，放置了天氣切換按鈕，用戶在體驗VR時可以根據不同需求選擇多種天氣效果，使場景隨天氣變化而呈現出豐富的情境。目前浦西城堡VR展示中有晴天、雷雨和繁星這3種天氣模板，在展示中可以通過點擊或者觸碰按鈕進行切換，觀看在不同天氣下的VR效果。

(2)游覽路徑設置

VR游覽路線不同于傳統游覽展示路線。在VR游覽路線中，項目被建筑師用計算機呈現在三維的虛擬信息環境中，用戶可以自由選擇游覽方向，能夠全面了解空間布局，對于各個角落的細部設計也能一目了然。

浦西城堡的虛擬游覽方式主要有兩種：一種是沉浸式漫游，另一種是場景轉換式漫游。沉浸式漫游相對于場景轉換式漫游更加自由靈活，通過鍵盤鼠標或VR設備就可以在浦西城堡內自由行走，沉浸式體驗感更強。場景轉換式漫游是在浦西城堡內選擇幾個重要的節點全景圖，通過串聯或者并聯的游覽方式在Venus軟件內組合而成，形成便于轉發的二維碼。日常的手機或者電腦設備只要掃碼就可以體驗到，適合用于展示傳播的用途。用戶可以根據自身需求選擇游覽方式，需要立體漫游的效果就選擇沉浸式漫游，想方便快速觀看重要的節點效果圖就選擇場景轉換式漫游。

3.4 VR作品應用成果

當完成了浦西城堡VR作品設計，可以將之放置在當地游覽指示牌上，方便游客使用手機掃碼體驗全景視圖。同時設置一個專門的體驗室，提供VR眼鏡基于游客沉浸式體驗。另外還可以建立公眾號、微博等以VR作品進行對外網絡宣傳，如圖6所示。

圖6 浦西城堡VR作品二維碼路牌和公眾號意向圖

以浦西城堡的VR作品為契機，當地積極開展校地合作，通過院校構建學術研究體系。浦西城堡是學校研究古村落演化和閩南傳統文化的寶庫，學校研究成果也會引導浦西城堡進行更完善的傳統民居保護，形成良性循環。學生通過實地調研了解古村落，并以此構建出VR作品。利用VR技術將傳統建筑以更新奇的方式展現給人們，能夠提高古建筑的曝光度，吸引更多人去關注、了解古建筑、古村落的現狀，以期能夠形成人們自發保護古建筑的風氣。

4 結語

VR技術打破了閩南傳統建筑宣傳展示的固有方式，通過數字化的運用，將閩南建筑文化特征鮮活立體地展示給觀眾。一定程度上緩解了實地體驗上交通與環境氣候阻礙、構件難復原、展示內容有限等困難。盡管VR技術在建筑領域已經逐漸得到肯定，但在閩南傳統建筑上的應用還少之又少。隨著硬件大大提升及VR技術逐漸穩固，將在文化傳播領域占有不可缺少的地位，在對傳統建筑上的運用也會逐漸普及。