VR技术在古城建筑保护中的运用与实践

　　摘要：在科技不断取得新成果的当今时代，各行各业也相应取得了更为理想的发展状态，VR技术作为新时代科技成果的代表，为不同行业都提供了新的发展思路。近年来，VR技术成本持续降低，水平不断提升，整体发展情况日臻完善，在各行各业中的应用范围也不断拓展。在此背景下，古建筑保护工作者对VR技术也日渐认可，并在自身工作中积极拓宽VR技术的应用范围，使其在保护古建筑与延长古建筑寿命的过程中发挥更为重要的作用。本文由VR技术的相关概念出发，分析了古建筑保护工作现存的不足之处，并就VR技术在其中的应用意义与应用途径提出相关建议，以期为同行人员提供帮助。

　　前言

　　VR技术是新时代的一项科技成果，近年来已为各行各业的发展提供了有力保障。随着我国推出大力发展文化旅游产业的新政策，开展特色文化旅游也相应成为各地政府的重点工作之一。作为文化旅游的重要标志，古建筑在其中占据了重要地位，开发古建筑与保护古建筑等工作也日渐为人所重视。在此过程中，合理应用VR技术不仅能有效避免古建筑开发与保护过程中出现的损坏情况，而且也能充分应对我国古代建筑结构复杂、种类繁多、还原难度大等问题，使各类古建筑在被保护的同时都能得到可视化体现。

　　1. VR技术相关概念

　　1.1 VR技术的含义

　　VR即英文Virtual Reality的缩写，中文含义为虚拟现实。此项技术最早于20世纪90年代初期由美国计算机科学家Jaron Lanter提出。其核心内容在于计算机与传感器的有机结合，二者共同建立虚拟场景，使人机交互的目标得到有效落实。VR技术需要借助头盔等设备以屏蔽自身所处的现实环境，并相应置身于三维虚拟环境。在此过程中，依托于3D眼镜与数据手套等工具，用户能与自身所处的虚拟仿真环境进行交流，并在交流过程中收获触觉与听觉体验，在VR技术不断完善的基础上，用户能体验的感官也更为丰富，甚至能在交流过程中收获味觉体验，从而对自身所处环境具备全方位感知[1]。

　　在科技不断发展的当今时代，虚拟现实技术的应用范围日渐广泛，如军事领域、航空领域、航海领域、游戏领域、娱乐领域等各方面都依托于虚拟现实技术取得了长足发展。以航空领域为例，设计人员可利用VR技术构建封闭的仿真太空环境，飞行员即可在此环境中完成虚拟驾驶。在虚拟驾驶过程中，飞行员自身也能在虚拟太空舱中感知失重等体验。在此情况下，飞行员无需真正进入太空也能获得同等效力的仿真训练，VR技术所构建的太空环境将相应出现各类变化，以满足飞行员的训练需求[2]。

　　1.2 VR技术的特征

　　1.2.1 多感知性

　　VR技术不仅能满足用户视觉与听觉方面的体验，也能为用户提供嗅觉与味觉等感知。在应用VR技术时，用户可借助头盔、3D眼镜、数据手套等工具对自身所处的仿真环境进行全方位感知[3]。

　　1.2.2 沉浸感

　　VR技术能通过使用3D技术完成自身运行。在此过程中，3D技术与用户触觉、听觉等生理感官相契合，以用户所使用的头盔为工具对其所处的现实世界与虚拟世界进行有效隔绝。在隔绝状态下，用户仅能感受到自身所处虚拟世界的各类信息，从而产生一种身临其境之感，此类感受为用户提供了良好的沉浸式体验。

　　1.2.3 交互性

　　在体验VR技术的过程中，用户能借助头盔与数据手套等设备向自身所处的虚拟环境发出指令，内容信息可涵盖语言与肢体动作等方面，其所处的虚拟环境则能依据用户指令做出相关反应，使用户与自身所处环境形成一定交互性[4]。

　　2. 我国古建筑保护工作的不足之处

　　2.1古建筑保护意识仍有提升空间

　　古建筑保护工作不能仅凭政府等相关部门的单方面努力，也要依赖全体群众，当全民都树立古建筑保护意识后，相关工作才能更好地落实。从近年来古建筑保护工作的发展趋势来看，人民群众对古建筑的保护意识在不断提升。同时结合国家与各级政府等部门出台的古建筑相关保护政策，整体工作已取得了新进展和新成效。但依然存在部分群体对古建筑保护工作缺乏正确认知的问题，此类群体在观赏过程中更易出现随意破坏古建筑的行为。古建筑并非个人财产，而是国家与全民的共同财富，因此国人仍需进一步提升保护古建筑意识，杜绝损坏古建筑的行为[5]。

　　2.2 古建筑保护技术仍有提升空间

　　现阶段对古建筑的保护工作虽已取得了一定进展，但从整体情况来看仍存在普遍缺乏先进性的问题。部分地区在保护古建筑的过程中仅注重表面工作，难以全面落实保护工作，更有部分地区的政府部门为提升自身文化旅游产业发展水平，将古建筑所处区域设置为景区，但对景区后期管理与维护缺乏监管，使得古建筑在开放参观的过程中受到损坏。此外，部分地区存在对古建筑过度改造的问题，古建筑原有形态与结构都相应被破坏，在此情况下，古建筑整体更易发生毁坏与坍塌。要解决此类问题，不能仅注重口头宣传工作，也需要投入人力物力与财力，同时引入先进技术，使古建筑能得到全方位保护[6]。

　　3. VR技术在古建筑保护工作中的应用价值

　　3.1 增强古建筑展示效果

　　古建筑历史悠久，能够成为新时代相关研究工作的具备现实意义的教材。当今时代已有越来越多的古建筑存在残缺或毁坏的问题，修复工作以及复原工作都有较大难度。在以往古建筑保护工作中，主要工作由考古领域及古建筑领域内的专家共同完成，旅游部门也在其中发挥作用。但此类保护工作耗费成本过高，操作难度也相对较大，对人力与物力而言都存在浪费情况。但在引入VR技术后，复原古建筑结构与形态工作有了更为便捷的路径，古建筑自身蕴含的历史价值与人文价值也在虚拟现实技术的辅助下全面激发。游客在参观古建筑的过程中可充分利用VR技术收获更为真实的体验，在对古建筑进行更为全面观赏的同时，有效避免对其本身造成损坏。此外，虚拟现实技术也能为古建筑保护工作与设计工作带来便利，使工作成本进一步降低，各项展示效果同时能相应增强，因此VR技术在古建筑保护工作中值得进一步推广[7]。

　　3.2 延长古建筑生命周期

　　古建筑自身已经历相对久远的时间，建筑本体与地基等都存在一定程度的自然损伤或人为破坏，在此情况下，部分古建筑已不适宜设置开放性浏览项目，即使游客在自身浏览过程中具备保护意识，也难以避免对古建筑造成损坏。为了使古建筑继续发挥文化价值的同时尽量避免游客观赏带来的损坏，VR技术亟待全面应用。在应用VR技术后，古建筑的生命周期也能得到有效延长，此项技术能全方位、多角度还原古建筑内外部场景，使古建筑的内部细节得到全面展示。在此项技术的支持下，游客能在虚拟环境中全面感受古建筑之美[8]。

　　3.3 整合古建筑文化

　　古建筑在自身漫长的发展历程中被不断修缮，各项功能与造型都在不断变化中被赋予了新的内涵。不同历史时期的古建筑也是对自身所处时代与社会的客观反映，这也为后人研究相关历史提供了宝贵的物质资料。在VR技术得到充分应用的新时代，古建筑自身具备的文化价值也能得到更为有效的激发。尤其当游客利用VR技术参观古建筑时，古建筑中的各项细节都能被了解，这在一定程度上也为古建筑的文化发展提供了更多途径。

　　4. VR技术在古建筑保护工作中的运用策略

　　4.1 实地测绘

　　实地测绘是VR技术应用于古建筑保护工作中的第一步，也是实体建筑能有效转化为虚拟模型的基础。为使后期虚拟场景更具真实性，做好实地测绘工作极为必要。实地测绘能使设计人员对古建筑真实尺寸与内部空间构造有更为精准的把握，也能为后期构建数字模型与VR场景时更具真实度，从而满足游客在浏览过程中得到理想的沉浸体验需求。在此前提下，实地测绘过程中所获得的数据在考古领域与古建筑领域中都是一笔宝贵财富，能为古建筑与古村落提供更具力度的佐证资料，使古建筑的修缮与保护工作更具科学依据[9]。

　　4.2 建立虚拟模型

　　虚拟模型的构建工作依托于实地测绘数据。在获取全部数据的基础上，再以CAD与SketchUp、Rhino、3Dmax等绘图工具，对实地测绘数据进行转化，使其能由数据转化为虚拟模型，并以此构建仿真场景。部分3D软件能放置相关材料的图片资料，同时完成灯光设计与环境设计等工作，从而提升虚拟模型的仿真水平，使其与古建筑中真实的环境效果更为贴近。

　　以闽南地区浦西城堡虚拟模型可视化建立工作为例。首先，设计人员需要深入浦西城堡完成实地勘察，以此获取场地数据与勘测数据，此后需要借助AutoCAD软件，对相关数据进一步完善，并在软件中绘制出CAD图纸。图纸需要涵盖浦西城堡各个建筑物的位置，并明确区域内道路与交通等布局情况。在绘制建筑细部时，需要注意柱础的尺寸与位置，并做好门窗位置与尺寸设计工作，同时也要在墙体上做好开间和进深尺寸计算。在完成 CAD绘制后，需要进一步将绘制方案导入SketchUp软件，并在此软件中完成后续建模工作。在建模过程中，可利用直线绘制与推拉等命令，使浦西城堡场地模型能得到全面还原，并在此基础上绘制出建筑细部情况，进而完成设置材质等工作，之后针对模型分组给出相应命名。完成命名后，则需要进一步将各部分内容加以整合。在最后环节中，设计人员需要对比前期实地勘察照片，确保模型能得到进一步完善与修正，同时全面检查模型精准度，检查无误后将其保存为“.skp”格式文件，并将此文件导入光辉城市Mars软件平台，完成可视化操作[10]。

　　4.3 构建VR场景

　　VR场景以VR技术为依托，使VR技术中的可视化效果得到进一步展示。古建筑自身存在的建筑材质与内部环境、光影变化情况与空间结构等都能由VR场景做出全方位、多角度还原。由现阶段我国构建VR场景的软件来看，其中相对完善的包括光辉城市、Unity、酷家乐等。其中光辉城市中的Mars功能可实现模拟场景材质的全面还原，同时也能模拟出天气变化与光照等各类视觉效果，并能对各类效果进行实时渲染。在此基础上，光辉城市同时也能借助相关设备在VR模式下搭建各类模型，编辑各类场景，并完成其他材质方面的编辑工作，使交互环节得到更好的控制。完成此类环节后，此软件可导出已设置完成的全景图，并能进一步利用Venus功能使全景图合成为浏览路，且此路线具备一定的逻辑顺序，同时包含交互提示按钮。完成此项工作后，软件能生成相应的二维码，游客在浏览过程中扫描二维码后即可享受多平台VR效果体验。游客在体验虚拟场景时，能充分与场景中的材质情况、光影情况、空间情况进行交互，在交互过程中体验身临其境的感受。为游客提供此类感受也是构建VR场景的核心任务之一[11]。

　　4.4 设计流程

　　在经历实地测绘、建立虚拟模型、构建VR场景后，已基本实现建筑可视化设计全过程。在此过程中，实地测绘与构建虚拟模型可视作前期过程；调整材质与调整环境，最终形成VR场景可视作中期过程；结合VR场景生成最终游览路线并与游客互动则为后期过程。就全过程而言，中期过程与后期过程的相关操作都能由光辉城市中的 Mars与Venus 软件完成。

　　相较于传统技术，VR技术更具交互性，也能使游客更好地沉浸到虚拟仿真环境中。在对浦西城堡进行VR体验设计的过程中，设计人员对天气与场景等各方面都做出了综合考量，游客在自身游览过程中仅需通过点击即可实现天气、场景等的切换，甚至在自身游览过程中，游客也能依托于VR场景实现物品增添与材质替换等各类新操作，在操作过程中收获更为真实的体验。

　　结语

　　综上所述，在科学技术水平不断提升的新时代，VR技术作为一项新成果，广泛应用于千行百业。尤其在大力发展文化旅游的当今时代，古建筑作为文化旅游的重要组成部分，更需要做好相关开发与保护工作。将VR技术应用于古建筑开发与保护过程中能有效弥补传统工作中的不足，使各类结构复杂的古建筑都能得到精准的还原，为游客提供更为理想的观赏体验，从而不断提升古建筑整体保护工作的效率，为文化旅游产业发展奠定良好基础。

　　参考文献：

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　　[3]王宇昂.城市视野下泉州古城区建筑特色风貌保护与发展研究[D].北京:中央美术学院,2020.

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　　[5]杨佳麟.历史建筑保护修缮的实践与思考——以福建漳州古城东坂后番仔楼为例[J].城市建筑,2020,17(7):175-178,183.

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　　[7]袁玉康,雷华.以VR虚拟现实技术促进古建筑教学[J].山西建筑,2020,46 (2): 188-190.

　　[8]蔺国梁,曹宇佳,包亚飞.基于三维建模与VR技术融合的古建筑漫游与交互研究——以嘉峪关关城为例[J].兰州文理学院学报(自然科学版),2020,34(1):71-75.

　　[9]杨琳姗.南京与苏州古城建筑艺术风格及其保护比较研究[J].美与时代(城市版),2019,(5):24-25.

　　[10]李纪伟,曹迎春,句建国.VR技术在古建类产品设计开发及建筑教学中的应用[J].安徽建筑,2019,26(5):206-207.

　　[11]郭玮.三维激光虚拟现实技术在古建筑破损重建中的应用[J].激光杂志, 2018,39(12):102-105.

　　作者简介：黄慧精，硕士，宜春职业技术学院计算机专业教师，研究方向：计算机应用技术和通信与信息系统技术。

　　课题名称：基于VR技术的宜春古城建筑遗产保护与活化研究（编号：22SK103）。