基于VR技術的古建筑數字化保護及傳承研究
——以魯土司衙門舊址為例

文｜巴鈞才 許朝森

古建筑作為歷史變遷和人民生產生活發展的見證者，被譽為“凝固的歷史”。魯土司衙門舊址處于中土與西域的交匯處，是漢文化和藏文化交融的完美結合，承載著特殊的歷史文化內涵，有著“小故宮”的美譽。用現代信息技術對古建筑群進行數字化保護和展現是目前較為流行的一種手段，在本項目實施過程中，采用了360度全景拍攝方式對魯土司衙門舊址古建筑群進行信息采集與保存，繼而將采集的圖像信息經過拼接處理后發布到全景視頻平臺，讓用戶足不出戶就可以穿梭在魯土司衙門舊址古建筑場景當中，助力魯土司衙門舊址古建筑群的旅游推介與保護傳承。

一、引言

我國作為四大文明古國之一，有著五千年的文明歷史，蘊藏著豐富的文化元素，古建筑作為人民生產生活發展和歷史變遷的見證者，被譽為“凝固的歷史”。魯土司衙門古建筑群是全國保存最大最完整、西北地區唯一的一座宮廷式建筑，是國務院公布的第四批全國重點文物保護單位,魯土司衙門舊址地處古代中原通往西域的咽喉之地，處于中土與西域交匯處，其古建筑風格以漢族風格為主，而其附屬建筑妙音寺內長廊上遍布的轉經筒等都是藏文化的代表元素，魯土司衙門古建筑群作為漢文化和藏文化交融的完美融合，是甘肅、青海地區眾多土司建筑中保存最為完整的一座宮殿式古建筑群，有著“中國西部小故宮”的美譽，承載著特殊的歷史文化內涵。

魯土司古建筑群位于甘肅省蘭州市永登縣連城鎮，地理位置相對偏僻，而正是由于這個原因，這座始于明代的古建筑群得以完整地保存。在信息技術蓬勃發展的今天，我們有必要用現代信息技術對魯土司古建筑群進行數字化保護和展現，這樣不僅有助于魯土司衙門古建筑群的旅游推介，更有助于古建筑群的保護與傳承。相對于3D建模存在不同程度失真和平面圖形難以表現空間感的缺陷，作為計算機技術和信息技術等現代新技術集大成者的VR技術，可以將魯土司古建筑群原貌用立體化方式完美地呈現出來，是我們保存歷史資料和推介旅游資源的不二選擇。

二、魯土司的歷史淵源

土司是古代朝廷授予少數民族首領的一個世襲官職，連城地區土司起始于元世祖忽必烈的侄重孫脫歡，自明代起，連城就成為了魯土司的政權中心，魯土司是西北地區權勢較大的一個集軍事、司法、宗教于一體的地方特殊政權，管轄范圍覆蓋甘肅、青海兩省多個縣區，面積達9000平方公里。公元1368年，在元朝即將覆滅之際，脫歡帶部流落至今甘肅河西一帶，公元1370年，脫歡在明朝成立一年多以后投降明軍，被明太祖安置在連城，成為連城地區第一世土司。1423年，因三世土司失伽屢建戰功，永樂帝朱棣給失伽賜名魯賢，連城地區土司始姓魯。魯土司自1370年一世土司至明朝、清朝，到1931年，由于中華民國政府推行的改土歸流政策，世襲官職終止。期間共世襲十九世，產生了二十一位土司，歷代土司地位顯赫，多為土司因戰功卓著升任駐守西北的重要將領，官至一品，清嘉慶帝御筆親賜“世篤忠誠”牌匾現在還懸掛于牌坊正中。魯土司先后統治連城周邊地區長達561年，經過歷代土司的苦心經營，為西北邊陲的繁榮安定和民族團結做出了貢獻，對當地的政治、文化、宗教產生了深遠的影響。

三、魯土司衙門建筑風格

魯土司衙門始建于1378年，整個建筑群坐北朝南，依山傍水。現存建筑是1818年第十五世土司魯紀勛朝貢回來仿王公府第建造的，原面積約15萬平方米，今存3.3萬平方米，其中明代建筑面積2877平方米，整個建筑分衙門、官園、妙因寺三部分，有三十六園七十二門。所有建筑均采用磚木結構，建筑布局以衙門中軸線為主，中軸線上一進數院，東西各個院落依次相連，院落與院落之間有門相連，利用地理地基建筑依次升高，烘托出衙門的高大雄偉和威嚴，整體布局規整嚴謹。衙門東北角為官園，西側為妙因寺，從衙門門口開始自東向西依次探尋，可以看見照壁（在牌坊對面）、牌坊、儀門、提督軍門、大堂、如意門、燕喜堂、祖先堂，附屬建筑全部建在衙門東側，有寢園、糧倉、馬號、花園、書院等；西側的妙音寺包括鷹王殿、科拉殿、萬歲殿、古隆宮殿、塔爾殿、多吉羌殿、禪僧殿、大經堂等建筑。

除恢宏的明清建筑外，魯土司衙門及妙音寺古建筑外表面附屬的磚雕、壁畫也獨具風格，在藏傳佛教文化、美術史、建筑史中都有較高的研究價值，被首都師范大學和故宮博物院的專家稱為“珍貴的藏傳佛教博物館”。

四、前期學習與方案選擇

為了對魯土司衙門古建筑群進行數字化信息采集，項目團隊采用了通過網絡查找資料、實地考察、與專家座談等多種形式了解魯土司衙門古建筑群的建設過程、歷史變遷以及蘊含的建筑風格、文化特點。通過理論學習試圖更具體地了解其特色，給古建筑賦予歷史文化內涵；感受魯土司衙門舊址的溫度，更好地激發團隊成員做好本項目的積極性、責任感和使命感。

除了理論學習之外，團隊成員對目前常見的數字化信息采集方案進行了認真的比較分析，認為使用平面類型的數字采集方案不足以表現古建筑的空間結構關系，應該采用立體化的三維圖像構建方法，才能將古建筑的結構和空間關系表現得更為準確和真實。在三維圖像信息采集方案或模型構建方案中，3D建模技術耗時長，對技術的要求比較高，且生成的模型較為生硬，會存在不同程度的失真；三維激光掃描技術可以高精度采集到圖案的顏色、坐標、反射率等詳細數據，適用于采集物體表面的三維坐標數據，相關資料顯示，三維激光掃描技術在臨夏磚雕的數字化保護方面已經有成熟應用案例可供借鑒；360度全景攝像技術可以對建筑物原貌進行完美呈現，且成像速度快，技術難度較低，適合大規模信息的采集。經過團隊成員的分析比較，最終確定采用360度全景攝像技術對魯土司衙門舊址全景進行信息采集，在項目的后期補充完善過程中可以采用三維激光掃描技術對建筑物外表面磚雕和壁畫圖案進行詳細數字化信息采集。

五、魯土司衙門舊址信息采集

確定好信息采集技術方案后，團隊成員開始準備360度全景圖像拍攝工具，在本項目實施過程中，為了提高圖像的清晰度，我們采用在云臺加普通單反相機、魚眼鏡頭模式進行信息采集。由于后期用戶看到的VR全景視頻是移動的，而用戶體驗時自身的身體處于靜止狀態，在這種情況下，用戶會產生一定的眩暈感，如果在運動狀態下進行拍攝，會不同程度出現相機旋轉和抖動現象，這樣在后期體驗時，會加重用戶的眩暈感，影響到整個的體驗效果。為了盡可能地降低眩暈感，確保后期的體驗效果，我們采用了固定點位拍攝方式。根據魯土司衙門舊址院落的分布情況，選定了牌坊、提督軍門、大堂內外景、燕喜堂、效忠樓、萬歲殿等十個固定拍攝點位。在每一個固定點位進行拍攝時，先在相對開闊的平坦地帶選擇云臺架設位置，云臺架設的位置要盡量與拍攝對象間留出一定的距離，給后期體驗者預留出一定的個人空間，離得太近的話，在后期體驗時會產生壓迫感；除了距離選擇外，相機高度的選擇也有講究，我們將云臺高度調整到160cm，加上相機高度10cm，將拍攝高度確定為170cm，與正常人視覺水平線的位置基本保持在同一高度上，避免因為機位過高或過低導致體驗時產生俯視或仰視，這樣將會更好地保證后期的體驗效果。確定好拍攝位置及相機的高度后，就可以對建筑物進行拍攝了，拍攝時選擇建筑物的正前方進行拍攝，同一建筑物盡量用一張圖像，避免因建筑物切分而產生縫合線。水平方向上360拍攝完成后，就要進行天空和地面360度方向上拍攝，在對地面進行拍攝時，要避開拍攝者的人影，對天空進行拍攝時要避免逆光，水平方向360度加上天空地面垂直方向360度就完成了一個點位720度全景圖像信息的采集工作。為了后期拼接圖片方便，信息采集時，每張圖像應預留30%左右的重疊部分，還要對不同角度之間光線明暗變化等都要隨時進行相應調整。

六、后期剪輯合成與輸出

信息采集工作完成以后就可以開始圖像的拼接，在此次項目完成過程中，我們選用了PTGUI軟件，該軟件操作相對簡單，在拼接過程中的重點問題是圖像節點的調整，避免出現拼接的痕跡，此時，信息采集時圖像的30%冗余就起到了關鍵作用，在PTGUI中可以利用圖像的冗余最大程度地避免拼接痕跡的出現，但這還是不能夠完全避免，我們可以利用PHOTOSHOP軟件對拼接痕跡進行處理，同時，也可以根據需要進行光線明暗程度的調整。

經過圖像的拼接、美化處理，整個圖像數據建設就完成了。接下來，我們將拼接好的圖像數據導入到720云平臺，添加文字介紹、背景音樂后就完成了全景視頻制作的全部過程。此時，我們可以在全景圖像播放器中用小行星視角、平鋪視角、魚眼視角和VR模式等四種模式逐一對全景視頻進行調試，如果調試沒有問題，整個全景視頻制作過程就可以告一段落。

七、后記

古建筑是文明傳承的瑰寶，不僅僅是建筑文化的遺存，更是當時社會、人文、經濟、政治、宗教等元素的綜合映射，有人將古建筑譽為民族之根，民族之魂，是值得我們每個人去保護和守候的“傳家之寶”。我們不僅要把古建筑文化這棵老樹傳承好、保護好，更應該在這棵老樹上嫁接現代文明的新枝，讓傳統文化開出現代文明之花。

該項目利用VR技術對魯土司衙門舊址進行了數字化的存儲與展現，達到了對古建筑的數字化保護和傳承的作用，在此基礎上，上傳到720云平臺上的全景圖像可以跨越時間和地域的限制，讓人足不出戶穿梭在魯土司衙門舊址當中，感受古建筑的魅力，較傳統的文字、圖片、視頻信息而言，VR全景圖像在旅游資源推介方面的效果更全面、更直觀、更真實，具有很強的臨場感，用戶可以在全景視頻當中自主選擇探尋路徑和場所，完全模擬了到現場旅游的體驗，真正達到了身臨其境的感覺。

本文只對魯土司衙門舊址建筑部分進行了數字化存儲和展現，還有兩個重要方面還未來得及制作，其一是妙音寺建筑的數字化，其二是魯土司衙門舊址及妙音寺古建筑表面磚雕和壁畫等詳細信息還未進行有效采集，這些將在團隊成員后繼的研究中逐一完成，最終對魯土司衙門舊址相關的所有建筑物及附屬在建筑物上精美的磚雕和壁畫都一一進行進行數字化信息采集和完美呈現。