虛擬現實技術在古建筑數字化復原設計中的研究與實踐

摘要：隨著社會經濟的發展，城市旅游景點已經成為游客觀光的主要去處之一，而傳統的古建筑必然是游客出行的網紅打卡地，由此帶來的旅游發展和古建筑保護研究之間的矛盾已成為城市旅游業發展過程中面臨的主要問題。近年來，隨著虛擬現實技術的發展，對古建筑進行數字化建模，并借助虛擬現實技術進行立體化、交互式展示已得到了有關部門的大力支持。本文以重慶磁器口古鎮為載體進行項目設計，借助三維技術對建筑進行數字化復原，并通過虛擬現實的手法來呈現、探索、研究虛擬仿真技術對古建文化遺產的旅游開發和保護的新途徑，并把項目研究融入專業教學中，在人才培養環節得以更好地實踐，提高研究價值。

關鍵詞：古建筑復原；虛擬現實；數字化

一、虛擬現實技術的概念

虛擬現實技術是用一個計算機仿真系統模擬另一個真實或虛擬世界系統的技術。這種虛擬世界是借助三維建模技術由計算機生成的，數據來源可以是真實的世界，也可以是設計構想中的虛擬世界，用戶可借助智能穿戴設備，從視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行交互體驗。它是以虛擬仿真的方式給用戶創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界，并通過頭盔顯示器、數據手套等輔助傳感裝備，提供給用戶一個更為直觀的三維界面，并進行實時交互，使用戶可以參與并探索虛擬仿真對象在所處環境中的作用與變化，從而產生沉浸感，有更好的體驗。

二、古建數字化復原的意義

在我國數千年的發展歷程中，孕育了深厚的文化藝術財富，其中建筑遺產以實體存在的形式有著非常重要的地位，對其進行保護傳承和旅游開發展示，對于傳統建筑文化的發揚光大有著重要的現實意義。在現存的古建筑中，多數宮殿、廟宇、歷史街區，已經成為旅游開發的重要場所，也是游客出行觀光的主要目的地之一。對古建筑和歷史街區的保護與開發，實際上也是對傳統建筑文化的傳承。如果建筑遺產只有保護而沒有對外開放，其存在的價值就會大打折扣。畢竟對于廣大人民群眾而言，單純借助書本去了解建筑文化過于抽象，缺乏實際的體驗感受。同時受時間、經濟條件等因素的影響，對建筑文化藝術的了解和研究多停留在書本介紹層面，實地調研考察取證還比較少。

隨著計算機技術的發展，通過三維建模技術和虛擬現實的結合，對古建筑進行數字復原的設計表現已經得到較為廣泛的應用，它可以對建筑樣式、歷史街區進行復原設計，并通過虛擬現實手段對建筑文物進行交互展示，加深人們對建筑藝術的認識和理解。另一方面，也可以通過在線旅游的形式進行景區的宣傳和展示。較之于文字圖片，這種展示方式更為直觀，能為受時間和經濟條件限制的人們帶來更好的虛擬現實體驗，深化對建筑藝術價值的認知，在一定程度上降低了古建筑和歷史街區的保護成本，減少對古建筑的破壞，使得建筑遺產的文化價值和歷史價值能得到更好的保護與傳承。

當前，我國針對古建筑數字化復原和虛擬現實的融合開發還比較少，主要原因在于VR技術應用還不夠廣泛，設備價格比較高，同時針對古建筑和歷史街區的VR內容開發也比較少，多數還停留在研究層面。但相信隨著虛擬現實的廣泛應用，用于建筑文物的保護與傳承會受到越來越多的重視，虛擬現實技術會發揮更大作用和價值，為古建筑數字化保護和傳承帶來更多的便利。

三、當前古建筑遺產保護和開發中存在的問題

我國建筑古跡和歷史街區資源較為豐富，但是隨著旅游開發和商業運作，雖然地方政府也加大了對建筑遺產的保護力度，但是古建筑受到的破壞還是比較嚴重。另一方面，游客參觀旅游基本是以走馬觀花的形式，在導游的引導下粗略了解一些基本的信息，對于建筑的深層內涵知之甚少，對于建筑文化的傳承作用不大。不管是從保護的角度還是從文化傳承的角度看，這種形式都存在一些問題。

其一，建筑遺產作為人類活動的歷史見證者，對其進行保護是必然的選擇，但是光保護而不對外開放，也不符合文化傳播傳承的主旨。在保護和開發過程中多少會受到自然災害或人為破壞的影響，造成建筑物構件的損毀。同時，在對外開放的過程中，受游客素養和人群數量等因素影響，建筑文物也不可避免會遭到有意或無意的破壞，影響建筑物的歷史價值。

其二，目前我國建筑遺產保護手段還比較單一，基本是靠人工保護和修復，而很多傳統的建筑工藝隨著社會的發展已慢慢失傳，這給文物修復工作造成了極大的困難。另外，隨著游客增多帶來的破壞性行為也很難阻止，讓建筑遺產保護工作難上加難。現在多采用圈起重要建筑，使其與游客保持一定距離，開放一般建筑供游客參觀的形式，配合有損壞再進行修復的方式，但受制于工藝等因素，翻修后的建筑已慢慢失去了原有的藝術價值。同時，單純靠人工修復建筑古跡，由于對建筑材料、建筑工藝以及對建筑結構認識的差異，建筑物會受到一定損壞，且人工修復周期比較長，危險系數也比較高。

其三，目前我國已開放了大量名勝古跡、歷史街區，旅游人員眾多，對建筑遺產的保護造成更大的壓力，如保護措施跟不上，會帶來難以預估的損失。另外，在對外開放的過程中，建筑遺產的介紹還是以傳統的圖文和導游介紹的方式為主，形式過于單一，對文物的認識了解和傳承延續作用比較差，游客基本還是走馬觀花，沒有更好地去探索建筑藝術和歷史文化，也喚不起群眾對文物保護傳承的意識。

四、虛擬現實技術在建筑遺產保護中的優勢

虛擬現實技術可以借助三維建模對建筑進行數字化復原設計，在設計過程中可以在建筑專家的指導下一比一真實還原建筑的原始風貌，展現建筑的魅力，在建筑遺產保護和傳承中有很多優勢。

其一，由于建筑物件長期暴露在自然環境中，受自然災害和游客的影響比較大，借助于虛擬仿真技術對建筑古跡進行立體化的數字模擬，游客可以通過虛擬現實的方式身臨其境地感受建筑藝術的魅力，在豐富旅游資源開發的同時，也能減輕人為活動對建筑遺跡的損壞影響，還可以減小保護的壓力。

其二，虛擬現實技術是基于古建筑數字化呈現的保護手段，內容和形式更為豐富，可以對建筑設計、歷史價值、人文價值等進行深入挖掘和展示，對普通觀眾而言，深層次理解建筑藝術所帶來的啟發會更為豐富，這對文化的傳承也更有幫助。同時，虛擬現實展示方式可以打破時間和空間的限制，對于不易到達的地方，參觀者可以借助VR資源隨時隨地進行在線觀摩，有更多的機會去認識和了解建筑遺產文化資源，這對于文化教育和古建筑的保護傳承也會起到更大的作用。

五、虛擬現實技術在建筑古跡中的應用實踐

目前，在我國建筑古跡的開發保護中，虛擬現實技術應用比較有代表性的有數字故宮、數字敦煌、香港天壇大佛等，且都得到了好評。在本文的研究實踐中，依托于重慶磁器口古鎮作為項目實踐的載體，借助三維技術對建筑進行數字化復原，并通過虛擬現實的手法來呈現，探索研究虛擬現實技術對古建筑文化遺產的旅游開發和保護的新途徑，并把項目研究融入專業教學中，在人才培養環節得以更好地實踐。

為了確保項目實踐的順利開展，可以組織教師團隊進行方案的構思、策劃、設計，結合古鎮的地形圖和建筑樣式進行分析和合理規劃復原設計的內容，結合古鎮歷史文化，在展現建筑藝術的同時融入文化內涵，豐富虛擬現實表現的內容。首先，在確定設計內容的基礎上，以項目的形式融入專業課程教學中，組織學生進行現場調研，實地測量，采集第一手數據，為后續的圖紙繪制提供數據支撐，力求在比例結構上如實還原。其次，在平面圖紙的基礎上進行三維建模，進行立體化的復原設計，此環節要求在對地形地貌、建筑樣式、景觀小品如實還原的基礎上，適當進行藝術化的設計表現。最后，在模型制作完成的基礎上，把建筑場景導入虛擬引擎中進行編輯和效果呈現，結合人物素材、歷史文化、背景音樂等進行交互設計，提高虛擬現實內容呈現的體驗感和沉浸感，在最終確定的基礎上打包輸出，并借助虛擬現實設備進行觀摩體驗，最終達到建筑遺產保護傳承的效果。

六、結語

綜上所述，虛擬現實技術對于歷史建筑文化遺產保護和傳承具有重要的實用價值，它能模擬建筑遺產的現狀和歷史中存在的情景，既可以進行復原設計，又能融入建筑遺產歷史文化，加深對建筑古跡相關知識的理解和認識。此外，通過虛擬現實技術進行建筑數字復原，建立三維數字模型數據，有利于建筑遺產信息存檔及永久性保存，對于建筑遺產研究和開發利用都更加便捷。虛擬現實技術還可以突破時間和空間的限制，政府可以通過建立虛擬博物館的形式，面向全世界進行建筑文化的交流，實現對建筑文化遺產資源的最大化保護、開發和傳承，促進建筑文化藝術的繁榮。

基金項目

重慶工程學院2017年校內科研基金資助項目“虛擬仿真協同創新團隊”（項目編號：2018xcxtd01）。

作者簡介

劉濤，1979年5月生，男，漢族，貴州畢節人，副教授，碩士，研究方向為藝術設計和虛擬現實。

參考文獻

[1]宋林柯.試論虛擬現實技術在建筑遺產保護中的應用[J].中國住宅設施，2017（4）：117-118.

[2]高力群，楊波.虛擬現實技術在河北省非物質文化遺產保護中的應用研究[J].大舞臺，2015（3）：231-232.