利用3D與VR技術再現元代集寧路古城遺址場景

韓韜 劉彤

摘要：元代集寧路古城遺址建于公元1192年，是蒙古草原與河北、山西等地貿易往來的重要地區，最終毀于戰爭。古城遺址是前人留下的文化財富，是支持時代發展的原始驅動力，通過草圖、3D建模、渲染、VR技術再現元代集寧路繁華市井，彰顯歷史遺址的人文精神，把歷史文化融入在城市建設中，打造烏蘭察布歷史文化名城，為城市的發展提供全新方向。

關鍵詞：人文價值;3DVR技術;創新表現;實現方法

一、元代集寧路遺址復原的社會價值

1.歷史再現，見證城市文明

集寧路古城遺址，位于烏蘭察布市察右前旗巴音塔拉鎮土城行政村北，是金元時期蒙古高原上一個不可或缺的政治、經濟、文化、商貿中心，是歐亞大陸之間商貿往來與文化交流的重要樞紐與橋梁，城址在元代末和明代初期，經歷了兩次戰爭的摧殘，就此廢棄。1988年6月，集寧路古城遺址被內蒙古自治區人民政府公布為第二批自治區級重點文物保護單位，2003年入選全國十大考古發現。集寧路遺址主體建筑早已摧毀，從考古裸露出來的建筑可以判斷，集寧路地域廣闊、房屋眾多，城市結構較為復雜。特別是外城、里城、甕城、角樓、望樓、街景布局等遺址作為集寧路歷史文化遺產的重要代表，反映了當時城市建設、文化內涵水平，也見證了時代變遷的自然規律。

隨著信息化建設的不斷前進發展，利用3DVR技術再現和復原集寧路遺址城市建筑群將會豐富和完善新的考古理論，也會拓展和傳承文化遺產的歷史價值。虛擬現實技術與古城遺址的結合極大的推動歷史文化產物的信息系統化、大眾可視化，同時也有利于古城遺址的保護與規劃，將考古研究提高到一個新水平，為城市的發展溯源。

古城遺址文化內涵以及歷史底蘊相當豐富，是具有社會風俗、宗教、藝術、文化、歷史發展、民族特點的行為特征，也是對我國優秀歷史文化的承載，古城遺址是對城市文明發展、沉淀與變化的見證，在歲月發展中有不可忽視的作用，文物和遺址遭受損壞是歷史文化遺產與信息的丟失。遺址復原的核心魅力在于其承載的歷史和文化內涵，是高品位、高層次的藝術活動。3DVR虛擬技術復原元代集寧路遺址文化場景的重建對歷史回溯、古環境恢復等考古研究具有重要意義，為考古提供了一個可量化的時空框架。

2. 提高當地文化知名度

信息化網絡技術廣泛性、虛擬性、沒有時空局限性的特點，能夠隨時隨地進行城市營銷活動。3DVR虛擬技術復原元代集寧路，特別是對全域旅游發展和推動古城文化的價值傳播具有非凡的意義，通過技術與藝術的展示形式助推地區經濟快速探索一條全新的文化路徑，給皮革古城、老虎山古城溯源，而非跟風建造、生搬硬套外來建筑文化。元代集寧路古城遺址的再現為經濟社會價值和文化傳播價值起到相滲透的雙效作用，讓科技充分融入在草原文化中，致力于打造集寧路知名度，使得北京向西一步就是具有文化內涵的烏蘭察布，成為內蒙古文化中又一知名品牌。

3.促進現代旅游產業新發展

近年來，烏蘭察布市旅游行業飛速發展，有著較為豐富的旅游資源，隨著經濟的發展，如輝騰錫勒大草原、烏蘭哈達火山地質公園、黃花溝旅游景區、蘇木山旅游區、察爾湖生態旅游區、涼城岱海、二龍什臺國家森林公園等生態旅游逐漸走進了全國人民的視野，4A級景區從5個增加到11個，游客人數和旅游收入比烏蘭察布市“十二五”規劃末翻了一番。2016年，李克強總理在首屆世界旅游發展大會開幕式上提出，我國要推進全域旅游和“旅游+”行動，大力發展鄉村旅游、工業旅游、文化旅游、養老養生游，并與“互聯網+”相結合，以旅游業的升級換代促進國民經濟的提質增效。

目前，烏蘭察布市旅游行業著重從生態旅游和養老養生游開展，雖然目前旅游創收處于增長狀態，但是給生態旅游加上文化旅游更能增加本土旅游文化的內涵性，不能只讓游客知道這里生態風貌，更要讓游客深入的了解集寧的歷史文化、民俗文化、草原文化，充分的把小域文化融入進游客心中，帶著本土文化去欣賞，多措并舉提升旅游文化影響力。利用3DVR技術展現的元代集寧路古城風貌，可以讓游客真實體驗古城的特征和特性，更能詳細的對人文環境進行闡釋，加深印象，產生濃郁的興致。通過人機交互，讓民眾參與其中、樂在其中，在美好的旅游經歷中播灑友誼的種子。

二、3DVR技術在遺址再現中的創新表現

1.沉浸式體驗

參與者完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬世界之中的感覺，運用高分辨率的立體投影技術、三維圖形技術和音響技術等有機地結合，使人的視覺、聽覺、觸覺及一切感覺沉浸在虛擬世界中。沉浸感是VR的一大基礎特點，也是其與古城建筑結合的關鍵點。身處于計算機模擬的三維世界中，極大地提高了信息傳遞的準確性與效率。虛擬現實技術將前期采集到的各類數據，運用電腦技術生成電子信號，轉換為游客可以觀看到的非靜態的、逼真生動的、全域性的古城村落的整體形象。

2. 場景表現直觀完整、全新的觀展方式

過去的古城遺址往往用手繪的形式繪制在草稿紙上，形成二維的參考，即使轉化為三維的效果也只在二維的平面中展現。3DVR技術的表達方式從以往的簡單形象表達轉變為圖文并茂的多媒體直觀表達，生成的三維環境，能夠將參與者的感官調動起來，在虛擬的三維立體感環境中感受元代集寧路古城的經濟、貿易、文化繁榮場景，并從虛擬環境中得到真實的反饋。城池、樓闕、街市、里坊，這些虛擬的沉浸式的物體可以與參與者產生互動和對話，從視覺、聽覺、觸覺等感官沒有限制的觀察三維空間內的事物，獲得真實環境中才能獲得的體驗與感受。

遺址的再現是一定程度的再現歷史、發掘其深刻內涵的更為有效的途徑，通過原址的測量，繪制出地形圖，在通過專業標準配置3DVR技術虛擬專業軟件，展示平臺需要有對應的交互技術、觸屏交互、VR設備支持等，讓集寧路古城表達的空間范圍更加廣闊，超越時空界限，讓體驗者近距離地置身于虛擬的全景空間中，從而有效地實現了展示、宣傳和傳承的目的。

三、遺址再現中的3DVR技術應用實現方法

1. 素材選取，草圖，繪制平面圖

首先素材選取。素材選取采用實地考察，書籍查閱，網絡查詢，拜訪當地元代集寧路專家等方式進行。獲得相關歷史、經濟、地理等素材。結合人類活動規律和歷史文化，參考元代集寧路遺址圖片繪制平面素材。然后，進行平面草圖制作。草圖結合現有遺址地形圖和元代集寧路文化，虛擬相關活動場所，如商戶、典驢、工坊、糧窖、馬面、內府官務等。同時參考歷史古城和中國古人生活習慣布局規劃。最后，使用手繪板進行平面圖繪制。繪制過程結合地理結構，山、河和遺址，盡力還原實際地貌和歷史場景（圖一）。

二維平面圖的繪制可以推動三維VR設計。是建模和VR設計的基礎，不可或缺。在平面圖的繪制中，設計師不僅僅制作這么簡單，更重要的是推理設計的合理性、可行性和實踐性。既要考慮三維制作（3DMAX軟件制作）的還原性，還要考慮VR技術運轉效果，因為古建筑建模需要3DMAX軟件的片面（Plan）較多，但是片面（Plan）較多會引起VR后期運轉困難甚至再減面等問題，反復反鎖。所以在平面規劃時，設計師就要規劃高度還原場景和局部重點還原場景。在減少面的使用和還原度高兩點找到一個平衡。

2.建模、材質

建模采用3DMAX和SKETCHUP兩款軟件結合進行。建模參考中國古建筑和元代建筑形式復建。元代建筑承金代建筑，因蒙元統治者建筑工程技術低落，故依賴漢人工匠營造。元代建筑特點是粗放不羈，在金代盛用移柱、減柱的基礎上，更大膽地減省木構架結構。元代木構多用原木作梁，因此外觀粗放。蒙古人崇尚白顏色，元代建筑多用白色琉璃瓦，為這一時代特色。[ 360百科元代建筑https：//baike.so.com/doc/6705993-6919986.html]

根據相關資料進行三維復建，制作過程采用街道三維復原建模和室內復原建模分離手法。在一個模型中只復原一個場景，進入下一個場景進行跳轉設置。便于加快運行速度。材質選用圖片制作材質球，不使用下載導入材質球，更加貼近歷史，也便于后期VR運轉。

3.渲染形成VE

渲染方法采用3DMAX軟件的插件Vray渲染效果圖。渲染一詞與中國古代山水畫很有淵源，古時候中國人通過筆表現人物和風景的神韻，現在我們通過渲染技術還原真實場景。

VRay渲染強大的全局光照系統，配合VRay的天光系統，可以真實的還原自然大氣環境。同時還會用到HDRI （高范圍動態貼圖）， VRay渲染器與HDRI貼圖兼容性較高，可以模擬真實環境中的反射和折射。利用VRay渲染器可以更加真實還原元代集寧路自然環境場景，在還原場景建模的基礎上，好的渲染手段對后期制作起到了畫龍點睛的作用。渲染完成形成可交互的三維環境成元代集寧路場景為虛擬環境（即Virtual Environment，簡稱VE）用于VR再制作。

4.VR技術轉化

VR = Virtual Reality，虛擬現實，或稱靈境技術，實際上是一種可創建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統。[ IT百科：什么是VR？https：//product.pconline.com.cn/itbk/digital/znsm/1504/6289716.html]首先采用圖片拼貼，將二維圖片轉化成三維空間。然后編寫代碼交互邏輯輸出完成可交互的VR內容。并對VR中產生的邏輯錯誤不斷地修改完善。最終輸出視頻樣品，通過VR播放器UtoVR呈現VR視頻內容，反復測驗。通過VR可以減少對古遺址的破壞，還能呈現歷史遺失的部分。給人們更真實的體驗感，便于文化的宣傳與推廣。

四、結束語

隨著現代化進程加快，傳統的文化生態、歷史遺址正面臨著被遺忘、破壞甚至消失，所以對遺址的保護已經刻不容緩，修繕保護遺址的方法是多樣性的，對于基本消失的古跡，重建顯得尤為重要，應用虛擬技術全面三維虛擬再現對保護歷史文化遺產有極大的促進作用，同時對旅游、城市規劃等相關領域也有示范作用。

利用3DVR虛擬現實技術手段，360°虛擬復原元代集寧路繁華全景，是歷史遺址保護發展方向革命趨勢，它突破了時間和空間限制，在更大范圍內服務于社會。元代集寧路遺址的再現是對文化在虛擬現實技術中傳承的一次科學實踐，在尊重場地多元文化真實性的前提下，通過文獻研究、貼合自然環境等的表現手法，詮釋了該地域的人文精神，為以后研究古遺址等城市規劃探索出新的方向。

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