建筑虛擬數(shù)字化技術(shù)的探索

王晨陽

摘? 要：在信息高速傳播的當(dāng)代社會，傳播媒介不斷發(fā)展且日益完善，資源的保存方式與信息的數(shù)字化傳播方式也層出不窮，種類也趨于多樣。信息的表達(dá)也漸漸從二維轉(zhuǎn)向了三維;信息的傳播與流動經(jīng)歷了從靜態(tài)的點性、線性、范圍性到動態(tài)的面性、覆蓋性的過渡;再從動態(tài)的覆蓋性到現(xiàn)在信息實時性傳播的局面。而信息的實時傳播與超大范圍的覆蓋性恰恰就是我國信息化建設(shè)與社會資源環(huán)境可持續(xù)利用的重要前提。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)建筑;虛擬數(shù)字化技術(shù);數(shù)字媒體藝術(shù)

中圖分類號：TU201.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）29-0161-02

Abstract： In the contemporary society of high-speed dissemination of information， the media continues to develop and improve day by day， the preservation of resources and the digital dissemination of information are also emerging in various ways， and their types tend to be diverse. The expression of information has gradually changed from two-dimensional to three-dimensional; the dissemination and flow of information have experienced a transition from static point， line and breadth to dynamic plane and coverage， and then from dynamic coverage to the current situation of real-time dissemination of information. The real-time dissemination of information and the coverage of a wide range of information is precisely an important prerequisite for China's information construction and sustainable utilization of social resources and environment.

Keywords： traditional architecture; virtual digital technology; digital media art

1 概述

在這個技術(shù)飛速發(fā)展和信息技術(shù)作為大數(shù)據(jù)載體的時代，建筑行業(yè)也終于在數(shù)字浪潮、數(shù)字建筑領(lǐng)域里找到了自己的位置。信息技術(shù)在不斷的發(fā)展，數(shù)字建筑也由此應(yīng)運而生，傳統(tǒng)建筑也在現(xiàn)代社會的發(fā)展中、在科技的進(jìn)步之中有了更好的保存手段。不再受限制于傳統(tǒng)建筑的承重模式，突破傳統(tǒng)承重模式的局限是建筑形式和建筑靈魂質(zhì)的飛躍。

2 傳統(tǒng)建筑虛擬數(shù)字化的重要性及其優(yōu)點

傳統(tǒng)建筑是中華民族在歷史發(fā)展與文明興替的長河中適應(yīng)自然的最好證明，人類找到了適宜物種生存居住和繁衍生息的最好形式，經(jīng)歷了惡劣的自然環(huán)境的考驗以及建筑原料的自然腐敗和人類的生活習(xí)性與行為等因素的影響，傳統(tǒng)建筑以現(xiàn)在的樣貌呈現(xiàn)在了我們的面前。

我國傳統(tǒng)建筑在世界建筑體系中具有延續(xù)時間長、流域分布廣、成就輝煌、體系完整等特點，我國傳統(tǒng)建筑從單個的建筑，到院落的組合，再到龐大的建筑群體都體現(xiàn)著“天人合一”的建筑思想。封建社會穩(wěn)定階級統(tǒng)治的方法有很多，建筑便是其中之一，皇家園林和皇家宮殿都體現(xiàn)出古代皇帝的威嚴(yán)。千年后現(xiàn)代建筑也漸漸作為一種藝術(shù)呈現(xiàn)的手法，不單單只是政治統(tǒng)治的附庸，也成為了建筑家表現(xiàn)自己高超技藝的載體，現(xiàn)代建筑則表現(xiàn)了更多的人們的訴求，也更加的人性化，逐漸實現(xiàn)了功能上和形式上的結(jié)合。

3 數(shù)字化應(yīng)用手段及其特點

3.1 先進(jìn)三維激光影像掃描技術(shù)

三維激光影像掃描儀目的就是為了創(chuàng)建幾何體表面積的點云，先進(jìn)的三維激光影像掃描儀器通過掃描物體的表面從而獲得被掃描物體各個掃描點的空間位置信息、物體表面的反射程度、材質(zhì)信息、甚至是顏色等相關(guān)數(shù)據(jù)。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理，根據(jù)點云分析處理之后的數(shù)據(jù)，通過三維建模軟件來對被掃描的物體進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)譯。三維數(shù)據(jù)獲取工具與獲取手段也在不斷地涌現(xiàn)，各種三維建模軟件也層出不窮，建模軟件的各種功能也日趨完整。三維建模以及渲染技術(shù)的不斷完善，都推動著三維立體空間數(shù)據(jù)的獲取向著實時化以及智能化等方向發(fā)展。

3.1.1 三維激光影像掃描技術(shù)形成的歷史背景

三維激光影像掃描技術(shù)的前身就是激光測量技術(shù)，激光測量技術(shù)要追溯到激光的產(chǎn)生。

1916年，愛因斯坦描述了原子的兩種輻射的關(guān)系，即原子的受激輻射和自發(fā)輻射之間的關(guān)系。

“激光原理”提出兩年后的1960年，美國科學(xué)家梅曼宣布獲得波長為0.6943微米的激光，這是人類歷史上第一束激光。

于20世紀(jì)90年代激光技術(shù)終于問世，這項技術(shù)出現(xiàn)后也激起大范圍科學(xué)家們的熱情，在經(jīng)歷了激光測量技術(shù)、二維激光掃描技術(shù)之后，科學(xué)家們在不斷的研究中終于把原始的激光技術(shù)發(fā)展到了如今的三維激光影像掃描技術(shù)。

3.1.2 三維激光影像掃描儀器的工作原理

目前三維激光影像掃描儀器的一般工作流程為：現(xiàn)場實測掃描-點云數(shù)據(jù)處理-高級三維檢測-依據(jù)點云建模。三維激光掃描技術(shù)成形于激光測量技術(shù)和二維激光掃描技術(shù)之后。相對于傳統(tǒng)的單點測量，三位激光測量具有大面積、高密度、高精度、快速化、實時性等特點;由于激光脈沖具有非發(fā)散的特性，所以激光脈沖測量事物的精度非常之高。

3.1.3 三維激光影像掃描技術(shù)的相關(guān)設(shè)備及其分類

三維激光影像掃描儀按照測距原理分類可分為以下三種：

脈沖式的三維激光影像掃描儀的激光發(fā)射裝置為固體激光器，測距原理為脈沖飛行的時間差測距，其特點是測量距離很遠(yuǎn)，但是測量的精度與掃描的速度就相對較低。

結(jié)構(gòu)光式三維激光影像掃描儀的發(fā)射裝置為連續(xù)光源激發(fā)器，測距原理為三角測量原，測量精度非常高，但是測量距離非常近，掃描速度也一般。

相位式的三維激光影像掃描儀的激光發(fā)射裝置也是連續(xù)光源激發(fā)器，但由于測距原理不同（相位式的三維激光影像掃描儀是通過相位差來進(jìn)行測距，并不是通過計算激光脈沖飛行的時間差來進(jìn)行測量距離），所以相位式的三維激光影像掃描儀掃描速度較快，測量精度較高，測量距離較近。

3.1.4 三維激光影像掃描技術(shù)的應(yīng)用

技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，在橋梁工程、鐵路測繪以及城市的大規(guī)模還原、城市規(guī)劃、古代遺跡測繪等均可以看到三維激光影像掃描技術(shù)的身影。當(dāng)科技發(fā)展到一定的高度，人類社會也會發(fā)生變化，人的生活也會隨著科技的發(fā)展、隨著新型技術(shù)的產(chǎn)生、隨著三維激光掃描技術(shù)的不斷完善而變得越來越方便，人類總體來說還是科技的發(fā)明者和應(yīng)用者，善于運用現(xiàn)代高新技術(shù)以及數(shù)字化手段來傳承和發(fā)揚傳統(tǒng)文化，我覺得這算是一個與時代接軌的而且非常適用于我國傳統(tǒng)建筑的數(shù)字化繼承的正確的發(fā)展方向。

3.2 建筑信息模型

BuildingInformationModeling實現(xiàn)了被測量對象由二維圖紙到三維模型的轉(zhuǎn)變，可以用來展示整個建筑的產(chǎn)品生命周期，包括了興建過程及營運過程。而且建筑信息模型也并非一定限制于某一環(huán)節(jié)，可以應(yīng)用到建筑工程的項目的全壽命周期之中，他的數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)一個非靜態(tài)的更新，且不斷補充的過程，數(shù)據(jù)不斷地進(jìn)行更新，相對應(yīng)的來說，模型也應(yīng)該依靠不斷更新的數(shù)據(jù)而發(fā)生改變，這都是為了最終成果的真實可靠。

建筑信息模型有以下幾個特性：

直觀可視性：前提是模型的各項建模數(shù)據(jù)必須是高精度且真實可信的，通過與三維影像掃描技術(shù)相結(jié)合獲得高精度真實可信數(shù)據(jù)之后又通過點云建模得到的模型才會有數(shù)字化轉(zhuǎn)譯的價值，建筑信息模型的最終呈現(xiàn)也會很接近現(xiàn)實的效果，可以全方位非常直觀的表現(xiàn)建筑的各個構(gòu)件。

應(yīng)用的廣泛性（或者說協(xié)同性、適配性）：建筑信息模型的應(yīng)用非常廣泛，小到一個簡單的小建筑，小倉庫，大到形式上、結(jié)構(gòu)上都極其復(fù)雜的新型建筑，甚至是成系統(tǒng)、規(guī)模龐大且分工明確的建筑群。

模擬性：模擬真實的傳統(tǒng)建筑，包括傳統(tǒng)建筑的材料、結(jié)構(gòu)甚至是傳統(tǒng)建筑建造的整個流程。這些都可以通過建筑信息模型來進(jìn)行模擬。

實時共享性：建筑信息模型作為數(shù)字資源可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的共享，數(shù)字化的工程文件可以被適配的軟件打開并實時修改，可以在建筑設(shè)計師、設(shè)備管理師以及土木工程師等人手中共享，方便進(jìn)行模型的整合以及修改。

3.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

VirtualReality是指以計算機(jī)技術(shù)為主要核心的、以多種媒體信息相互融合為交互手段的、可以讓交互者實現(xiàn)沉浸式體驗的、在一定范圍內(nèi)的一種由現(xiàn)代科技衍生的虛擬世界。虛擬現(xiàn)實就是利用高科技手段對現(xiàn)實進(jìn)行以假亂真的模擬，體驗者可以獲得視覺上、聽覺上甚至是觸覺上的與真實世界相一致或者更甚于真實世界的感官感受。當(dāng)今世界科技如此發(fā)達(dá)，人們不再單純地滿足于視覺上的享受，渴望更多方位、更深層次的交互式體驗，渴求更加真實地感官刺激。博物館在運營時需要耗費大量資源，安保措施也必須到位，非常影響觀眾的體驗，于是數(shù)字化博物館就應(yīng)運而生了。數(shù)字化博物館也拋開上述博物館的弊端，更加節(jié)省了游客的精力與時間，盡管仍然無法與真實的博物館相媲美，但是在某些交互體驗上，數(shù)字化博物館更甚于傳統(tǒng)的博物館，瀏覽者也往往更加傾向于數(shù)字化的博物館。

虛擬現(xiàn)實參觀技術(shù)的優(yōu)點：

主動的交互體驗：虛擬現(xiàn)實參觀相對于傳統(tǒng)的參觀方式具有更強(qiáng)大的主動交互性，用戶可以進(jìn)行交互的方式也比較多元化，用戶可以體驗到整個傳統(tǒng)民居整體的外部框架，甚至是在虛擬世界之中產(chǎn)生位移，與虛擬世界進(jìn)行肢體上的交互。在強(qiáng)力的網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的支持下，還可以體驗到每一個傳統(tǒng)建筑的細(xì)節(jié);若技術(shù)允許的情況下，我相信還可以像擬真游戲那樣加入天氣系統(tǒng)，甚至是晝夜交替系統(tǒng)來模擬更加真實的人文地理環(huán)境。相較于傳統(tǒng)參觀方式單向的交互來講，虛擬參觀的使用者是在與大量的媒體相交互，體會到與真實世界相稱的信息量，體驗者的感官享受也會更加的多元化，視覺上的肌理層次，光影感受;聽覺上亦可以模擬真實世界萬物的聲音。

無時間且無地域限制：虛擬參觀比傳統(tǒng)參觀方式在時間上具有隨時性，虛擬參觀不會受到時間的限制，也沒有所謂的地域的概念;無論來自何方，只要在時間與地域條件允許的情況下，體驗者可以隨時隨地的利用網(wǎng)絡(luò)來完成一次虛擬參觀的交互體驗，可以想像今后虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展在范圍上可以是一種布滿全球跨越國界的真正無地域限制且無時間限制的成熟到可以為人民大眾所接受并為人民服務(wù)的高新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李博.新媒體時代黑龍江地域文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化傳播研究[J].藝術(shù)品鑒，2019（3X）：265-266.

[2]薛娟，魏亞軍，孫子涵，等.南京老門東歷史街區(qū)傳統(tǒng)院落空間設(shè)計研究[C]//2019年4月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會，2019.

[3]范海苗.“文脈主義”在城市老建筑改造中的繼承與發(fā)展[J].大眾文藝，2019（11）：237-238.