VR技術在古建筑保護與設計中的應用研究

苗群英 杜潔

摘要：伴隨技術的發展、科學的進步，VR技術迎來了新高潮，由于VR技術設備的成本不斷降低，技術不斷趨于成熟，因而受到普遍關注，并在相關領域掀起了一股應用風潮。將虛擬仿真系統中的VR技術應用于古建筑保護和設計，可以有效提升古建筑的保護效果，延長古建筑的壽命，深受專家學者重視。本文首先闡述了VR技術的概念，其次，通過案例分析等手段分析VR技術對古建筑保護與設計的意義，最后探討VR技術在古建筑保護和設計中的應用，希望有助于今后該領域的研究。

關鍵詞：虛擬仿真；VR技術；古建筑；保護與設計

伴隨科學的發展、社會的變遷，VR技術應運而生，逐漸被應用于各行各業，在工業、教育、醫療等領域內取得顯著成就[1]。在我國大力發展文化旅游的政策引導下，以古建筑為主要旅游標志的景點層出不窮，各地都開始保護、開發古建筑，如何在不破壞古建筑原始風貌的基礎上對其進行保護，是一個重要的問題。虛擬仿真系統中VR技術的應用，能有效防止在古建筑保護、研究、展示和利用中出現損壞古建筑的現象，使用VR技術對古建筑進行仿真處理，既能保護古建筑，又能給游客帶來獨特、新穎的視覺體驗[2]。

一、VR技術的含義

VR技術是一種應用廣泛的虛擬仿真技術，是指利用一定的技術手段將原本真實存在的事物虛擬化，用這種方式呈現的結果十分逼真，給人身臨其境的感受。利用VR技術刺激人的感官，從而使游客獲得更好、更全面的體驗，如平時一些電子游戲就會應用VR技術，增強玩家的參與感，一些高校也會開設VR實驗室，在講解傳統課堂難以闡明的技術和實驗效果時，可以有效發揮VR技術的直觀性、真實性等特點[3]。VR仿真是指營造立體三維環境，建立與真實情境基本相似的虛擬仿真系統，展現逼真的仿真效果。將VR技術應用于古建筑的保護與設計，也是該領域的一項重要突破，對古建筑的保護具有重要意義。

二、我國古建筑保護存在的問題

（一）古建筑保護意識有待增強

文化保護工作的切實、妥善地進行，不僅取決于黨和政府的政策，還有賴于全民增強文物保護意識。近些年，人們的文物保護意識逐漸增強，有關部門也出臺了古建筑保護的政策，但部分人仍然缺乏文物保護意識，對一些物質文化遺產造成了破壞。古建筑不是屬于個人的，而是屬于國家、屬于全人類的，是全人類的共同財富，每個人都要有保護文化遺產的責任和意識。

（二）古建筑保護技術不夠先進

當前，古建筑保護的技術水平普遍落后，一些地區對古建筑的保護只做表面功夫，起不到實質性的保護作用。一些地方政府為了促進旅游業的發展，將古建筑設為景區卻疏于管理和維護，或是對古建筑過度改造，嚴重破壞其原態，導致許多古建筑出現毀壞、坍塌等嚴重問題。保護工作的落實，不能只依靠口頭宣傳，還需要大量的資金投入和技術引進，我國目前雖然高度重視古建筑保護，但技術還遠遠不夠，只有引入新技術，才能真正做好古建筑保護工作。

三、VR技術在古建筑保護與設計中的意義

（一）提升古建筑展示效果

古建筑擁有悠久的歷史，是研究古代建筑知識的教科書。許多古建筑業已消失，或僅存殘垣斷壁，難以修復和復原，成為文化損失。傳統的古建筑保護和設計工作主要是由考古專家、古建筑專家和旅游部門共同合作完成，但是這種保護方式成本太高，且操作難度大，耗費人力物力多，因此不適合長期進行和推廣。VR技術的應用為保護古建筑原狀和充分展示古建筑的基本結構等提供了新的路徑，進一步發揮了古建筑的歷史價值和文化價值[4]。游客在觀看VR產品時也會更具真實感，能多角度欣賞古建筑的美。VR技術能降低古建筑保護和設計工作的成本，呈現良好的展示效果，值得推廣。

（二）延長古建筑生命力

古建筑年代久遠，其建筑本體、地基、內部結構等或多或少會被自然或人為破壞。VR技術既能展示建筑風貌又能延長建筑壽命，由VR技術構建的古建筑場景能達到仿真的效果，全面展示古建筑的內部細節，游客通過VR技術營造的場景就能游覽古建筑全貌[5]。

（三）整合古建筑文化

古代建筑在長期發展的過程中，其功能和造型基本完善，不同年代的古建筑是研究歷史的重要物質資料。利用VR技術可以使古建筑得到更好的保護，全面、系統地展現古建筑的文化資源，給游客帶來良好的體驗。游客參觀VR古建筑后能對古建筑形成更加全面的認知，對古建筑文化的宣傳也有重要作用。

（四）增強傳播力度

文化傳播有很多制約因素，在古建筑保護工作中運用VR技術可以有效突破空間、時間的限制，采集古建筑的圖像和結構形態，進行處理加工，使人們可以更加清楚地了解古建筑的形態和風韻，認識古建筑的美。

三、VR技術在古建筑保護與設計中的應用

（一）三維數據獲取

使用VR技術時，首先要獲取古建筑的三維數據，其次選擇合適的測量方式獲取古建筑的高精度數據，做好前期的準備工作[6]。獲取數據后進行三維建模，根據數據，利用三維坐標定位古建筑的位置，確定古建筑的高度、占地面積、建筑面積以及地形情況。在獲取數據的過程中要注意，因為古建筑通常為木質結構或磚木結構，柱梁、榫卯等部位結構往往十分復雜，所以要使用圖像生產法、激光掃描法等多種方法，快速、準確地獲取古建筑的內部數據，協助三維建模[7]。

（二）古建筑保護

現場數據是合成古建筑三維場景的有效依據，獲取后才能對三維模型進行虛擬化處理。通過計算機建造三維立體模型，打造古建筑場景的基本結構和周邊虛擬環境，模擬古建筑主體結構，主要通過對建筑內外部的數據采集，統一處理、整合、分析之后利用攝影系統獲取建筑外立面結構和材料信息，用虛擬現實技術對古建筑進行材料模擬，最大限度地還原古建筑真實場景。非接觸測量技術是指在不接觸古建筑本體的情況下，通過掃描等手段獲得有效數據，降低測量過程中對古建筑造成破壞的概率，還可以制作3D效果的古建筑紀錄片，游客通過觀看紀錄片就能了解古建筑的內部情況。紀錄片的制作要尊重古建筑的真實性和歷史性，在制定古建筑修復方案的前提下保證古建筑修復方案的可靠性[8]。

四、案例分析

白馬寺是我國佛寺建筑的代表，寺內珍藏著大量的壁畫、經文等資源，具有重要的旅游價值、研究價值和文化價值。作為洛陽市的明信片，多年來，該建筑一直受到洛陽市保護。洛陽市除了制定相應的保護政策，還通過開發旅游獲取保護資金。近年來，該市將目光投向技術創新，嘗試將虛擬仿真系統的VR技術應用于白馬寺的保護設計，將現代技術的優勢與歷史文化資源結合。游客走進白馬寺后，首先映入眼簾的是由VR技術制作的白馬寺整體場景，技術人員利用UE4引擎技術創建白馬寺場景，同時結合Unity 3D技術實現白馬寺內各種建筑的展示效果。游客戴上特制的VR眼鏡就能欣賞白馬寺景觀，不用進入白馬寺內部，就能看到白馬寺中的壁畫作品、寺內陳設等，及時了解自己所處的位置，對白馬寺進行深入了解和探索。在構建白馬寺VR環境之初，工作人員利用對比渲染的方式增強整體的展示效果和真實性。如制作藍天白云、綠樹紅花的場景烘托白馬寺的外部景觀，并利用不斷變換的燈光渲染建筑的整體氣氛，搭配不同場景的音效，使游客獲得視覺和聽覺上的雙重享受。

白馬寺的VR設計應用交互式設計理念，從游客視角構建白馬寺的整體虛擬環境，在參觀的過程中形成沉浸式體驗，使游客如同身處其中。虛擬場景中除了畫面、音效以外，還加入了文字介紹，游客不僅可以觀看虛擬場景的視頻，還能借助文字說明了解白馬寺，深刻體會白馬寺燦爛悠久的歷史文化。

五、結語

VR技術的應用為古建筑保護帶來了很多便利。在文物保護工作中，VR技術彌補了傳統古建筑保護體系的缺陷，通過模擬真實場景的方式再現古建筑原有場景，使游客獲得更細致、有趣的觀賞體驗與感受，減少游客參觀時對古建筑造成的影響。VR技術的應用不僅為古建筑保護工作指出了一條全新的道路，還推動了我國文化旅游事業的進一步發展。

基金項目

本文系江蘇高校哲學社會科學研究項目“虛擬仿真系統的VR技術在室內設計中的應用研究”（項目編號：2020SJA0833）的階段性成果。

參考文獻

[1]閆黎駿.數字VR技術在古建筑保護與旅游發展中的應用[J].門窗，2020（17）：158-159.

[2]王艷.數字VR技術在古建筑保護與旅游發展中的應用設計研究[J].藝術品鑒，2018（10）：210-211.

[3]康皓銘，盧桂萍，譚勝.基于虛擬現實技術的唐家灣古建筑保護與開發[J].數字技術與應用，2018（9）：74-75.

[4]巴鈞才，許朝森.基于VR技術的古建筑設計可視化應用研究—以魯土司衙門為例[J].文物鑒定與鑒賞，2021（4）：165-167.

[5]藺國梁，曹宇佳，包亞飛.基于三維建模與VR技術融合的古建筑漫游與交互研究—以嘉峪關關城為例[J].蘭州文理學院學報：自然科學版，2020（1）：71-75.

[6]劉娜.基于虛擬現實的古建筑的再現與表現[D].太原：山西大學，2018.

[7]周劍平.基于虛擬技術的古建筑群生態數字復原[J].大觀，2017（2）：232.

[8]馮文博，劉軍.基于虛擬現實技術的司馬遷祠數字建模研究[J].美術教育研究，2013（17）：82-83.