昆明大觀樓木結構建筑 VR 可視化表達研究

董 睿，鄒 麗，陳宇涵，白 天（云南農業大學園林園藝學院， 云南 昆明 650201）

梁思成曾概括中國古代建筑特點為盡木材應用之能事[1]。木結構建筑在我國古代建筑體系中有舉足輕重的地位，留存的木結構建筑經歷了時間的考驗，集歷史性、藝術性和科學性于一體，具有重要的文物價值、科研價值和觀賞價值。古代遺留的木結構建筑的現狀不容樂觀，雖然近年各地逐步推進古建筑的保護和修復工作，但是依然有不少木結構建筑逐漸消失。究其原因，一方面由于木結構建筑理論本身相對艱澀，傳統教學效率低，學生興趣不高，我國在這方面的人才較為缺乏；另一方面由于社會大眾對我國木結構建筑及其重要性不甚了解，導致社會上對于遺留下來的木結構建筑的保護不夠重視。因此，對于木結構建筑的保護不能只依靠政策，還需要增加人們對木結構建筑的興趣，加強大眾對于木結構建筑的理解與認同，進行更有效引導與宣傳[2]。

20 世紀 30 年代初期，Hugo Gernsback 研究的Teleyeglasses，即戴在眼睛上的電視，為虛擬現實技術奠定了基礎。1995 年在英國巴斯舉行的虛擬遺產會議 (Virtual Heritage) 初次提及了虛擬現實技術在古建筑研究。目前，虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）在國外建筑展示領域和教學領域的應用已步入成熟，國內也已經有不少機構在探索將 VR 技術應用于文化宣傳、教育教學的方法，并在實踐中有了初步的進展。木結構建筑理論復雜，傳統教學方式學生難于理解，VR 的可視化技術通過計算機構建虛擬的三維空間，突破了傳統空間和時間的限制，能夠為在多維空間儲存和保留更加全面的信息提供沉浸式交互體驗，有利于提高古代木結構建筑教學的效率。

本次研究以昆明大觀樓對象，通過實地調研：使用數碼相機、魚眼鏡頭對昆明大觀樓內部 1～3 層進行實景拍攝；使用 PTGui 將拍攝內容建立 VR 模型，轉化為二維碼進行信息開放，最后通過后期網絡問卷的調研信息反饋，探究 VR技術對古代木結構建筑的表達在實際教學、文教宣傳中的信息傳遞效率。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

大觀樓位于云南省昆明市大觀公園內，因其面臨滇池，遠望西山，盡攬湖光山色而得名。大觀樓始建于康熙二十九年 (1690 年)，咸豐七年 (1857 年)被毀，同治五年 (1866 年)重建，后遭大水，光緒二十九年 (1883 年)再修[3]。大觀樓是一座三重檐琉璃戧角木結構建筑，全樓結構穩重精巧，莊重秀麗，既與我國主流傳統建筑文化一脈相承，同時又具有鮮明的地方民族文化色彩。清乾隆年間，布衣寒士孫髯翁登大觀樓，一氣呵成 180 字長聯，后被譽為“天下第一長聯”，樓憑聯顯，聯借樓傳，大觀樓遂成云南名樓[4]。大觀樓既為滇中古建筑珍品，又有長聯與其輝映，形成與滇池優美的自然環境和昆明深厚的人文積淀相結合的文化景觀。

本研究團隊分別于 2020 年 11 月 20 日、2020 年 12 月15 日、2020 年 12 月 28 日，對大觀樓進行 3 次數據、照片采集，包括建筑室外環境、室內布局、陳設擺件、陳列裝飾及文化展品。首先對大觀樓進行照片采集，主要包括大觀樓所處區域室外環境、大觀樓室內布局、室內陳設、各類文化展品和斗拱等；用手機環繞拍攝了大觀樓正大門室外環境和一樓、二樓、三樓的照片；其次，進行照片補錄和數據測量。重新拍攝了大觀樓建筑室外環境和一、二、三層建筑室內環境，并對三層室內抹角梁結構進行了測量；最后，進行照片補錄和細節拍攝，對大觀樓二層室內進行 360° 照片進行補錄。收集大觀樓裝飾色彩、大觀樓外部裝飾，吻獸和寶頂的照片。

1.2 研究方法

1.2.1 拍攝方法

全程采用相機拍攝以保證清晰度。拍攝拼接全景圖所需圖片時，將三腳架放在場景中所需的位置 (離最近的物體≥60 cm)，保持三腳架水平，將云臺和手機置于上面，每旋轉 30° 拍攝一張照片，保證每張照片之間的重合率在 30%左右，水平位置拍攝結束后，將手機向上傾斜 45°，再次旋轉拍攝 12 張圖片，手機向下傾斜 90°，同上拍攝 12 張圖片。最后拍攝天空和地面，挪走支架，將手機在原位置水平放置，鏡頭對準天空，拍攝一張，手機旋轉 90°，再拍攝一張。拍攝地面時，將鏡頭對準地面，同上拍攝兩張。拍攝建筑內部時需要有足夠的光線，拍攝時間在早晨或下午，光線太亮會導致照片過曝。拍攝時同一個場景內若拍攝照片區別不大，拼接軟件無法識別，此時在場景中放置水瓶或其他易識別物體輔助拍攝。

1.2.2 全景圖片的合成與修補

圖片拼接是將采集來的圖片拼接為一張水平 360°×180° 視域的全景圖像。該過程我們使用 PTGui 軟件來完成，分為以下步驟。

(1) 加載圖像(選擇除地面外的其他照片)。

(2) 鏡頭參數設置，對準圖像(選擇對準圖像后、鏡頭參數會自動識別)。

(3) 錯位修正。

(4) 補地拼接(加入地面的圖片，將其與已完成圖像進行對準)。

(5) 創建全景(全景圖的長寬比設置為 2:1)。

全景圖創建完成后，因為拍攝或者軟件的原因會產生一些黑洞，需要進行修補。可將全景圖導入 Photoshop，利用極坐標功能和 PS 修補工具進行修補。

1.2.3 基于 720 云平臺的全景漫游鏈接制作

在 720 云全景公共網絡平臺上將全景圖和圖像、標簽、說明等信息鏈接整合為一個整體, 實現多組全景圖漫游。具體過程為在 720 云管理后臺設置初始點，添加熱點，編輯鏈接點，配樂，設置導覽路線，最后保存發布，生成二維碼和分享網址。使用者可以通過掃碼或者點擊鏈接觀看此作品。

1.2.4 問卷調查

調查采用線上問卷調查，用“問卷星”生成調查問卷。問卷對象分為建筑專業及非建筑專業兩類人群。問卷一共分為 5 大塊，分別為基礎信息、對昆明木結構建筑的了解度和宣傳滿意度調查、對本 VR 產品的滿意度調查、對 VR 表達木結構建筑的意見。設計問卷以鏈接和二維碼的形式在網上發布。

2 結果與分析

2.1 全景合成結果

先用 PTGui 將所攝圖片合成一份的全景圖，其間需不斷調整圖像控制點，以便圖像完美銜接，將圖片長寬比調整為 2∶1(因為 720 云網站的要求，全景圖必須長寬比為2∶1)之后導入 PS 對圖像進行修補，在修補過程中發現天與地的部分有空洞，這時必須要使用極坐標工具輔助修補，否則合成圖像會出現錯誤。將修補好的圖像導入 720 云，添加詳解，語音，圖片等，最終保存導出并生成二維碼，方便傳播。

2.2 采樣結果

2.2.1 關于人們對昆明木結構建筑的了解度和宣傳滿意度的調查

綜合調查結果來看，對昆明木結構建筑表示感興趣的人較多，其中一半以上的人參觀過兩個及以下的木結構建筑。說明昆明木結構建筑對人們有一定的吸引力，大多數人在生活中或多或少都接觸過一些木結構建筑。

在木結構建筑的宣傳方面，非專業組中 52.6% 的人對昆明木結構的宣傳不滿意，80.0% 的人對木建筑文化宣傳趣味性很不滿意，88.6% 的人認為三維空間宣傳更能吸引到自己，42.9% 的人更希望昆明木建筑能加強保護管理。專業組的情況也是類似：70.0% 的人對昆明木結構的宣傳表示不滿意，75.0% 的人對昆明木結構的宣傳趣味性表示不滿意，85.7% 的人認為三維空間宣傳更能吸引自己。52.4% 的人希望加強對昆明木結構建筑的保護和管理。

綜上，可以看出雖然目前群眾對于木結構建筑的了解不多，但大家有深入了解木結構建筑的訴求，然而目前的一些官方的對木結構建筑的宣傳不盡如人意，缺少生動性和趣味性。

2.2.2 對 VR 展示昆明木結構建筑評價調查

調查結果表明，非專業組中 56.7% 的人對 VR 制作表示滿意，80.0% 的人認為通過 VR 了解木結構建筑比通過傳統方式了解更為直觀，80.0% 的人認 VR 增加了他們認識木結構的興趣。

專業組情況也是相似，表達了對本 VR 產品的贊許和期待，但是也有 51.0% 的人認為 VR 學習的效果一般，對木結構建筑細部的表達不夠清晰。

此外，人們還對本 VR 產品提出了一些建設性的意見和一些希望訴求，如希望 VR 產品能夠更加多維度地表達木結構建筑，希望推廣相關產品用于木結構建筑的宣傳，希望VR 產品能更加全面地表達關于木結構建筑的細節內容等。

由此可以看出大部分人對 VR 的可視化表達是抱有樂觀的態度的。此方法雖有瑕疵，但是瑕不掩瑜，可以成為彌補昆明木結構建筑宣傳方面的短板的好方法，相比傳統方式更受大眾歡迎。在教育方面，無論是專業還是非專業人士都對VR 表達木結構建筑的效果表示滿意。但是如何簡潔有效地將信息傳達給觀眾還需要不斷探索。

2.2.3 問卷調查滿意度結果分析

本次制作 VR 模型，包含昆明大觀樓 1～3 層建筑內部場景、內外部結構構造、斗拱和榫卯結構動畫演示及外部全景。最終產品以二維碼鏈接，人們可以通過掃描二維碼的方式體驗全面的昆明大觀樓，不受時間和空間的限制。通過問卷調查收集產品反饋信息后，統計分析得到可行性結果，調查結果顯示，一半以上的人對本 VR 產品表示滿意，希望此類 VR 產品可以得到推廣并大量使用。

此外，通過實景拍攝制作的 VR 模型，內容詳盡，獲取方便，為教學提供了直觀的素材，豐富了課堂教學內容。

3 結 語

此次研究建立了昆明大觀樓的實景 VR 模型，通過線上、線下的問卷調查收集用戶的反饋信息后，可得出 VR 可視化表達技術能夠滿足不同用戶對于古代木結構建筑的不同需求，可在大學課堂教學和景區大量推廣，達成了探索VR 在古代木結構建筑的保護宣傳、教育教學方面的作用研究目的，實現了 VR 在古代木結構建筑的可視化表達的研究價值。

本次關于古代建筑的 VR 建筑研究尚有不足，設備上存在乏航拍設備，對場地的全貌概括有所欠缺。另外，此次模型自主研發平臺不足，模型未能進一步展現表達木結構建筑的空間細節和工藝等，不利于進一步研究。未來將不斷提升畫面質量，力求獲得更好的展示效果，再將產品通過網絡展示到更多人面前，滿足不同用戶對古代木結構建筑的不同需求。