增強現實技術在承德歷史街區文化數字化呈現的應用研究

蘇麗萍，李昭勛

（河北民族師范學院 美術與設計學院，河北 承德 067000）

0 引 言

歷史街區體現了城市漫長的發展歷程。作為記載城市文化的一種非常重要的物質文化遺產。承德西大街有著悠久的歷史，是與承德避暑山莊風景區距離最近的歷史街區，是承德歷史文脈的象征。伴隨著我國經濟的蓬勃發展，城市化進程不斷加快，城市更新速度的加快對于城市歷史街區的存在具有一定的威脅。因此，城市發展中切實保護歷史街區，并使歷史街區在城市文化傳承中的作用得到充分發揮，是非常重要的問題。為更好地推動承德歷史街區的保護，采用數字化技術對承德歷史街區進行保護有著非常重要的意義。

在信息技術高速發展的今天，新時代科技與文化融合發展戰略不僅給歷史街區文化傳播帶來千載難逢的新機遇，也提供了新視角。繪畫作品、老照片等靜態表現形式已難以滿足歷史文化傳播的新語境需求。數字化、動態化、場景化的表達方式受到越來越多人的青睞。數字化技術的運用在體現承德老街真實場景的基礎上更具生動性；VR技術的運用則讓人身臨其境，從更具體驗感的視角捕捉空間的事實，從而獲得新的認知；歷史街區活態傳承衍生品的設計，豐富了承德旅游紀念品的種類。歷史街區的文化活態呈現，打破了現實距離的界限，使遠在千里之外的“游客”也能如同親臨承德，感受承德的歷史記憶和城市魅力。

1 承德歷史街區文化數字化呈現概述

1.1 承德歷史街區文化數字化呈現的意義

歷史街區是一個城市“活”的記憶。隨著城市的發展，傳統的保護方式已經不能滿足現代人對文化遺產的認知和所衍生出的文化額追求。實施科技與文化融合戰略，將承德歷史街區的文化基因進行科技創新，使承德歷史街區文化能夠活態化地呈現在游客面前，完美呈現承德歷史街區的歷史底蘊和深厚文化。

此外，數字化技術可以將承德歷史街區的文化活態形象地登上世界舞臺，吸引到世界各地的游客，用戶可以足不出戶就能體驗到承德的民俗文化，在弘揚中華民族文化遺產的同時促進承德旅游經濟的發展。

1.2 承德歷史街區文化數字化呈現的原則

歷史街區文化數字化呈現是指采用數字化技術對歷史街區進行數字化建模和還原的過程，通過對街道、建筑及周邊環境的數字化建模，實現對歷史街區文化的數字化呈現。近年來，采用數字化技術對歷史街區文化進行保護、還原得到人們的廣泛重視。對歷史街區文化進行數字化呈現，其主要原則為：

（1）要尊重歷史街區的風貌。歷史街區是人們在漫長的歷史發展中逐漸形成的街區，是深厚歷史文化的直接呈現。因此，在對歷史街區文化進行數字化呈現時，應充分考慮歷史街區在不同歷史時期的政治、經濟和民俗特點，保留歷史街區文化的風貌和肌理，為歷史保留真實的歷史街區文化。

（2）要兼容歷史街區的歷史演進。承德市歷史街區的建設歷經數百年，不同歷史時期的建筑特點和建筑樣式不盡相同，加之近現代以來承德歷史街區經過數次修復，街區內的歷史建筑與修復建筑既互相獨立又互相依存。因此，在對承德歷史街區文化進行數字化呈現時應充分兼容歷史街區的歷史發展，對歷史建筑和修復建筑在數字化呈現過程中實現兼容性。

（3）要精確重現歷史街區的細節。對承德歷史街區內的不同建筑的造型、材質、表面色彩和裝飾構件等都應經過仔細觀察，通過測繪、攝影、錄像和航拍等方式，認真記錄不同建筑的特點和細節，精確地體現出街區內不同建筑的尺度和質感。

此外，為了提高承德歷史街區的數字化呈現的效果，提高效率，應通過觀測歷史街區整體建筑的宏觀形態，發揮中心軸線、元素重復等方法對歷史街區進行建模，提高承德歷史街區的數字化呈現效果。

1.3 增強現實技術概述

增強現實（Augmented Reality, AR）技術是在虛擬現實（Virtual Reality, VR）技術發展而形成的視覺顯示技術，AR技術不僅具有VR技術的優點，還能將真實環境與虛擬現實融合在一起，并綜合應用交互、定位等技術相互配合，實現高質量的視覺混合顯示效果。

AR技術具有實時互動、三維注冊和虛擬現實融合三大特點。實時互動是指用戶能通過AR系統進行實時交互，實時交互有效拓展了人機交互的渠道，除了鍵盤和鼠標，用戶能以更加自由的方式與AR系統進行交互。三維注冊是指AR技術能將虛擬對象或虛擬信息準確的放置在真實場景的位置上，并與真實世界實現無縫融合。三維注冊要求計算機將虛擬對象準確還原至三維空間中，并無縫集成的顯示給用戶。虛擬現實融合是指能給用戶展現虛擬融合的事件或物體，是對真實場景的虛擬擴展，是AR技術區別于VR技術的重要標志。

2 基于增強現實技術的承德歷史街區文化數字化呈現設計

2.1 設計思路

根據到承德歷史街區的調研可知，對承德歷史街區AR識別卡片進行制作，借助于移動端對承德歷史街區AR識別卡片進行掃描，人們能夠看到承德歷史街區相應的三維模型，由此使人們的感官體驗得到增強。

人們在歷史街區AR識別卡片的展示部分，借助于掃描卡片獲取相關建筑的三維模型，同時有動態文字與音樂的介紹。文字與音樂的疊加增加了街區展示的魅力。同時，借助于掃描可以播放相應的視頻，增強人們的體驗。

2.2 AR識別卡片的設計

基于景區展示的復原模型、平面圖等對承德歷史街區建筑外形進行確定，借助于對歷史文獻的查閱，對歷史街區的真實造型形態進行明確。對于AR的識別風格來說，選擇現階段較為流行的插畫方式，只是把建筑物的輪廓通過簡單的線條或者是色塊進行提煉，在處理顏色過程中，以文獻資料、出土的文物顏色為依據，顏色的主基調選擇“藍天灰瓦”。圖1為承德歷史街區建筑物插畫形象。

圖1 承德歷史街區建筑物形象

在制作承德歷史街區的AR識別卡完成后，采用Target Manager模塊對識別卡進行星標并判斷識別圖的等級，星標級別越高表示識別圖質量越好，要淘汰低于三星級的識別圖。承德歷史街區識別圖星標為五星，說明識別度較高，圖像中的十字表示識別點，如圖2所示。

圖2 承德歷史街區識別圖星標

2.3 AR展示的3D視覺設計

完成識別卡制作后，采用3D MAX建模后再使用Unity3D完成AR系統的搭建。首先在3D MAX中搭建承德歷史街區白模。如圖3所示為承德歷史街區的整體模型，圖4為承德歷史街區的細節模型白模。

圖3 承德歷史街區整體模型

圖4 承德歷史街區細節模型白模型

建模完成后制作并導出UV。由于沿街商鋪并非規則立體形狀，因此需要沿3D承德歷史街區的表面法線創建二維平面，并繪制貼圖。貼圖中的每面棋盤均呈現為方形，UV展開細節圖如圖5所示。

圖5 UV展開圖

隨后，對白模貼圖進行處理，構建豐富的模型視覺效果。一般某個模型的貼圖素材會較多，經UV貼圖后再經Photoshop進行加工和潤色，如圖6所示。

圖6 承德歷史街區模型貼圖

上述環節完成后，承德歷史街區的三維模型文件已完成創建，如圖7所示。對模型文件另存為fbx格式后再導入Unity 3D中進一步完成AR作品制作。

圖7 承德歷史街區三維全景模型

2.4 AR展示系統的實現過程

本設計采用Unity3D 2018完成承德歷史街區的R展示系統，選擇需要的平臺支持組件（iOS、Android、UWP）并完成安裝。安裝完成后創建新的3D項目，選用Vuforia工具包，并對該工具包的本地屬性進行配置，再使用該工具包實現場景預設。隨后將先前制作的AR識別卡上傳至Vuforia工具包并進行信息識別，并將識別圖SDK文件另存為至本地。

在Unity3D 2018中添加ARCamera，并將mageTarget拖入Hierarchy中。隨后在Unity3D導入3D MAX做好的模型，并在ARCamera文件夾導入該模型。在Vuforia工具包中該項目模型，并對ImageTargrt完成激活。此外，并利用Unity3D 2018中的Xdreamer插件完成承德歷史街區AR系統的交互，完成承德歷史街區的AR系統的設計。

對該設計采用Android 系統進行導出測試。采用Unity3D 2018將Android的安裝包apk到處并在智能手機上安裝測試，效果如圖8所示。該AR測試效果能較好地展示承德歷史街區的主要場景，還可以在左側的滑動軸進行旋轉和縮放，實現多角度和多分辨率觀看，實現較好的AR展示效果。此外，還可以增加承德歷史街區的音視頻信息來豐富AR系統的展示效果，為游客提供更加便捷的展示手段。

圖8 承德歷史街區AR 測試效果

3 結 論

增強現實（Augmented Reality, AR）技術可以幫助人們將歷史文化遺跡進行可視化傳播。對承德歷史街區采用AR展示技術進行展示，采取有效措施不斷提高成像質量以及分辨率。使用AR 技術不僅能良好的展示承德歷史街區的歷史文化遺產，還能推動承德文化創業產業的發展，促進承德市旅游產業的良性發展。