虛擬現實技術在山西傳統建筑保護中的應用研究

摘 ?要：通過與虛擬現實技術相結合，以山西傳統建筑保護為方向深入分析和研究，對山西傳統建筑保護進行實際應用與探索，創新傳統建筑傳承與保護方式。應用文獻分析法、實地調研法、個案分析法等方法進行分析研究。山西傳統建筑能夠通過虛擬現實技術更好地呈現出來，促進文化的傳播。有利于山西傳統建筑文化的傳承與保護，創新了文化傳播方式，實現了對中華優秀傳統文化的傳承與創新。

關鍵詞：虛擬現實技術;山西傳統建筑;建筑保護

中圖分類號：TP391.9 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）06-0150-04

The Application Research ?of Virtual Reality Technology in the

Shanxi Traditional Buildings Protection

YANG Hua

（Shanxi Technology and Business College，Taiyuan ?030006，China）

Abstract：Through the combination with virtual reality technology，taking the protection of traditional buildings in Shanxi as the direction for in-depth analysis and research，this paper makes practical application and exploration on the protection of traditional buildings in Shanxi，and innovates the inheritance and protection methods of traditional buildings. The methods of literature analysis，field research，case analysis and so on are used for the analysis and research. Shanxi traditional buildings can be better presented through virtual reality technology to promote the spread of culture. It is conducive to the inheritance and protection of Shanxi traditional architectural culture，innovates the ways of cultural communication，and realizes the inheritance and innovation of the excellent traditional culture of China.

Keywords：virtual reality technology;Shanxi traditional building;building protection

0 ?引 ?言

近年來，隨著我國虛擬現實技術的不斷發展，傳統建筑保護中越來越多的將該技術運用于傳統建筑保護，該技術的應用打破了傳統主觀視角，讓用戶更多地參與其中。本文主要研究虛擬現實技術對于山西傳統建筑的保護。更好地促進了傳統建筑文化傳播，對后續的相關研究起到借鑒作用。文章以山西應縣木塔和代縣文廟為例，應用虛擬現實技術對山西傳統建筑進行傳承與保護。前期課題《虛擬現實技術在數字媒體藝術教學中的應用研究》的研究成果為本論文研究基礎，作者參與省級傳統文化科研項目、校級相關教改項目、發表過多篇相關科研論文。這些研究為本文所做研究奠定了基礎。學校對虛擬現實技術、傳統文化傳承方面，先后進行了實驗室的建設，加強校企合作，這些也為本論文研究提供有利的支撐。

1 ?虛擬現實技術的應用模式

1.1 ?三維重建方式

通過三維建模對要展示的場景和物體進行模擬，導入虛擬現實設備中，通過軟件制作三維場景漫游。這種方式在早期文化保護傳播中出現較多。這類制作方式的優點在于場景細節制作得精致，給人帶來非常豐富視覺感受;缺點在于三維模型的制作與三維動畫的制作工作量十分巨大，三維模型與實景在真實感上還有一定差距，三維動畫制作難度很高[1]。

1.2 ?全景拍攝方式

近幾年全景技術快速發展。全景展示具有沉浸感強、可任意視角觀察、細節豐富、制作周期較短、空間關系明確等優勢。制作過程用相機拍攝同一場景多個角度的畫面，再用后期的軟件拼接成全景圖片;或者使用專門的多鏡頭VR相機，拍攝實現機內拼接，形成全景圖片或視頻，最后得到2：1的全景視頻或圖片，運用720全景軟件進行展示及互動。

本文主要以山西傳統建筑應縣木塔和代縣文廟為例，應用三維模型制作、三維動畫效果展示，結合全景技術對山西傳統建筑進行展示制作。應用虛擬現實對山西傳統建筑保護與傳承[2]。

2 ?虛擬現實技術實現方式

2.1 ?運用虛擬現實技術對山西傳統建筑保護思路

山西傳統建應縣木塔和代縣文廟歷史悠久，文化底蘊深厚。運用計算機對重要建筑進行數字化重建，制作虛擬漫游場景，結合全景拍攝，制作虛擬的文化體驗空間。通過結合虛擬現實技術與山西傳統建筑，通過全景展示以及虛擬漫游三維動畫，對傳統文化進行傳承，對山西傳統建筑進行保護。文章從三維制作流程和720全景技術進行論述。

該案例實現了自動漫游、自主漫游、實時導航等。與傳統數字媒體記錄方式相比較，虛擬現實技術更具有優勢，更能體現沉浸與互動的特征，應用在各類文化遺產保護之中。

2.2 ?虛擬現實技術的實現方案

虛擬現實技術的實現主要通過全景拍攝和三維空間數字化重建2個部分來完成。

2.2.1 ?三維空間數字化重建

首先進行虛擬建筑空間的構建，進行數據的測繪，圖像化處理，再進行模型的制作、貼圖制作、材質燈光制作，最后進行虛擬漫游場景制作。通過對建筑照片與資料的前期收集，利用3ds Max軟件生成該建筑虛擬場景，其中復雜場景模型，適當地用貼圖來代替，降低空間漫游的卡頓感。虛擬空間制作完成后，調整渲染設置攝影機類型為球形調整視野參數，渲染生成全景圖，為制作漫游路線作鋪墊。

三維空間數字化重建是利用三維電腦軟件對模型進行搭建，攝像機在三維場景模型中進行運動拍攝，預覽動畫，可以制作鏡頭的推、拉、搖、移等操作[3]。

2.2.1.1 ?模型搭建

模型搭建在3ds Max軟件中實現，該軟件廣泛應用于動畫場景、角色中，能將現實中場景或建筑等，在軟件中等比還原。3ds Max軟件在制作過程中有四視圖，結合四個視圖觀看能夠細致的觀看制作模型。

運用3ds Max軟件對虛擬場景進行搭建，精準地模擬現實環境中的場景，創建三維模型。利用多邊形建模，模型制作較為規則、無曲面的設計情況下，可以夠適用于這種建模技方式。二維線建模，應用線進行圖形的二維繪制，結合修改器命令對二維圖形進行三維制作。編輯多邊形模型制作，應用不規則的形狀較復雜的模型設計。以及多種組合建模的方式。結合不同的創建功能，實現對場景模型的制作，如圖1所示。

2.2.1.2 ?圖像處理

模型表現中圖像是非常重要的，圖像的質量也決定了最后輸出的虛擬場景的整體效果，對于貼圖的處理需要運用VR材質、貼圖及VR渲染器來進行處理，如圖2所示。在渲染設置中選擇渲染器為VR渲染器，對公用、V-Ray、GI、設置等進行參數調整。對場景中的材質進行設置，材質球選擇VR材質，根據場景中物體材質要求對漫反射、反射等進行設置，以此達到較真實的效果。

2.2.1.3 ? 虛擬漫游

虛擬漫游應用3ds Max軟件關鍵幀動畫進行制作，VR渲染輸出動畫，應用AE軟件進行后期合成。將做好的模型場景進行漫游動畫的制作，利用虛擬攝影機對場景進行拍攝，這是實現虛擬場景漫游的關鍵一步。在模型制作完成后，材質、燈光的制作要結合場景進行整體調整，達到最終效果。在三維動畫場景設計中運用虛擬漫游技術，可以幫助參與者從多角度觀察，得出最佳觀看效果。

2.2.2 ?全景制作

主要通過單反相機、全景相機等設備進行拍攝生成全景圖。整理拍攝的照片，整理后的拍攝圖片批量導入PTGui軟件進行全景圖的拼接，全景圖導入Photoshop進行最后的修改，最終生成調整好的全景圖。拍攝時要考慮順序，首先對歷史脈絡進行資料收集前期的了解，其次考慮到建筑的歷史風貌、文化價值和藝術觀賞性。

2.2.2.1 ?拍攝策劃

拍攝策劃是全景制作的重要工作之一，是全景制作的關鍵環節。首先結合拍攝要求與建筑的特點，在拍攝策劃要求的基礎上，探索并制定適合山西傳統建筑的策劃方案。

組織攝制小組、確定拍攝的時間和地點、確定拍攝對象的聯系性、明確拍攝的內容與流程、制定分鏡頭腳本等。考慮全景拍攝的要求，需要考慮拍攝方法對拍攝時間地點、場景布置、分鏡頭設計等方面的影響和改變，從建筑的特點出發，考慮拍攝對象選擇、拍攝環境選擇等。

2.2.2.2 ?現場調度與拍攝

全景拍攝技術為360度無死角拍攝，常用的拍攝方式為一鏡到底的拍攝方式，對拍攝現場的調度和拍攝技術都有要求[4]。全景拍攝的現場調度需要結合具體建筑的特點進行規劃。不破壞現場真實的環境，道具與器材的應用要合理，使用自然光和合理的反射光進行照明，在滿足畫質要求的前題下，以易操作、輕量器材為主要原則。不采用變焦鏡頭，其次使用小光圈大景深的鏡頭，這樣拍攝時可獲得較清晰的視野。

2.2.2.3 ?后期制作與信息整合

前期拍攝完成后應用PTGui軟件，對前期拍攝的多角度獨立畫面進行360度全景拼接，并對變形的畫面進行修正，修正畫面的各類缺陷，如圖3所示。拼接好的全景圖導入到720云全景系統進行全局設置、視角等調整，最后進行全景展示，如圖4所示。全景畫面拼接的方式分為機內拼接和后期拼接兩類。一體化VR攝像機一般設置了機內同步拼接，拍攝完成即可導出拼接完成全景圖。一體化VR攝像機特點是方便快捷，拼接效率較高。缺點受設備限制，生成的畫面質量一般不高。后期拼接的方式需要在專門的軟件中制作，優點是能夠拼接更大畫幅、更高畫質的全景圖像。缺點操作煩瑣、接縫和變形處理比較困難[5]。

之后對相關的文字、圖片資料使用后期特效將其添加到畫面中，進一步補充全景信息內容;最終輸出全景視頻，可進行播放、互動等。進行回放測試，對沉浸感、畫面細節、視角等方面進行綜合評價，分析全景表現中出現的問題和優缺點，對出現的問題進行糾正。

3 ?結 ?論

綜上所述，山西傳統建筑傳承與保護，以結合虛擬現實技術為手段，以更好地展示傳統文化為切入點，通過全景視頻和虛擬漫游對傳統建筑進行展示。本文研究相關的技術方法以及文化傳承與保護策略，可以對傳統文化的傳承、保護和發展起到參考作用，為山西傳統建筑的數字化表現注入新的活力。

參考文獻：

[1] 廖斯羽.虛擬現實技術的特點及應用 [J].科技傳播，2018，10（21）：127-128+135.

[2] 王捷妮.關于虛擬現實技術在古跡研究中的文獻綜述 [J].傳媒論壇，2020，3（6）：139-140.

[2] 王捷妮.關于虛擬現實技術在古跡研究中的文獻綜述 [J].傳媒論壇，2020，3（6）：139-140.

[3] 王瀟.虛擬現實技術在三維動畫制作中的應用 [J].信息與電腦（理論版），2017，（2）：86-87.

[4] 王鴻飛.淺析360全景技術及其應用 [J].廣東科技，2012，21（15）：214.

[5] 李云偉.全景圖技術的研究 [D].武漢：華中科技大學，2007.

作者簡介：楊華（1985—），女，漢族，山東滕州人，講師，中級工程師，碩士，研究方向：數字媒體藝術。