虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑復原中的應用

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摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅速發(fā)展在中國古代建筑的虛擬復原中提供技術(shù)支持,文章分析計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古代建筑虛擬復原中的具體應用。為了提高保護文化遺產(chǎn)，通過計算機系統(tǒng)恢復古代建筑重建顯示數(shù)字圖像。計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用在恢復古建筑領(lǐng)域取得了巨大的成就,虛擬修復古建筑的案例也非常多，例如陜西乾陵的三維修復就是在應用3仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，達到了預期的效果。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；古建筑；復原

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是由計算機本身進行的模擬，在模擬條件下創(chuàng)造一個虛擬的三維空間，三維空間是一個現(xiàn)實世界的抽象，加上設(shè)計師的構(gòu)想結(jié)合，在電腦屏幕上形成一個高度模擬現(xiàn)實世界的人和環(huán)境的虛擬仿真技術(shù)。這種技術(shù)可以讓人們的視覺、聽覺和動作在現(xiàn)實世界中被感知。虛擬復原技術(shù)把文本描述抽象構(gòu)成一個三維空間模型模擬,可以大大提高建筑建模設(shè)計效率和質(zhì)量水平。由于現(xiàn)代建筑技術(shù)的快速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新,為建模領(lǐng)域的古代建筑提供了技術(shù)支持,由于資源的稀缺性,建筑不能被復制和其他原因,所以需要實現(xiàn)一個完整真實的古代建筑就需要虛擬現(xiàn)實建模,基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的形式全方位展示建筑，相比較一個簡單的二維模型的古代建筑,有很大的優(yōu)勢。古代建筑建模是一項綜合技術(shù),在實際應用過程中,要做好相關(guān)輔助工作,確保建筑的質(zhì)量建模和實際效果。

一、計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)

美國在1989年提出了一項新的計算機技術(shù)改革，即計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VirtualReality），虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念是：以計算機為基礎(chǔ)，借助計算機來建構(gòu)現(xiàn)實中的物體。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用到虛擬環(huán)境，用戶在虛擬出來的環(huán)境中可以看到自然的相互作用，當然，一些三維設(shè)備和傳感設(shè)備在此項技術(shù)中也是不可或缺的?？梢詮?個方面來分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用：二是人眼看不到實物，但是在現(xiàn)實中卻存在的事物，例如化學分子結(jié)構(gòu)以及空氣等；三是人眼可以看到，但是現(xiàn)實中客觀不存在的事物，例如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)虛擬場景。虛擬現(xiàn)實技術(shù)有以下幾個主要的特征：基本特征是技術(shù)的交互性，主要是用戶通過虛擬環(huán)境中有意識的操作，通過傳感器的傳輸來和虛擬環(huán)境中的對象產(chǎn)生交互作用。例如用戶可以通過自己在虛擬環(huán)境中有意識的操作來控制虛擬環(huán)境中建筑的構(gòu)建。第二個特征是構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是由虛擬現(xiàn)實環(huán)境創(chuàng)造的單位的味覺、嗅覺、觸覺和力反饋系統(tǒng)的結(jié)合，有利于人們在虛擬環(huán)境操作的這一過程中積累知識，讓人們在操作的過程中能夠理性的去思考認識這項技術(shù)，以便于更好的去改進和完善。；三是存在性，這一項特征主要是為用戶有一個更好的體驗而設(shè)置的。用戶和虛擬環(huán)境之間有一個交互性，用戶被允許進入到虛擬環(huán)境中，在復原的虛擬環(huán)境中提高用戶的認知能力，有一個更好的感官接觸。

二、計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑數(shù)字化復原中的應用分析

虛擬技術(shù)的應用程序包括一個廣泛的領(lǐng)域,例如航空、鐵路、建筑、土木工程、科學計算、醫(yī)療、軍事、教育、娛樂、藝術(shù)、體育等領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達,計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字古建筑的修復應用已經(jīng)越來越多。計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用到數(shù)字恢復古代建筑主要涉及三個方面:

1、制定具體的復原設(shè)計方案

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑修復中的應用需要修復工作工程開展前進行規(guī)劃，以保證科學性和合理性的設(shè)計：首先確定虛擬現(xiàn)實技術(shù)的選擇以什么樣的方式進行，然后確定選擇圖片瀏覽還是三維體驗。第二要考慮制定顯示平臺復原執(zhí)行計劃要合理，全面考慮項目的實際情況，從規(guī)劃好的復原設(shè)計要求，選擇虛擬作品的尺寸，分辨率的要求等，讓作品有一個更好的完善度。

2、中期制作過程

本部分主要是采用虛擬復原技術(shù)來構(gòu)建古建筑的前期準備，這個過程主要包括：準備的過程包括：1)對古建筑遺址實地考察，測量復原古建筑時需要的準確的基本數(shù)據(jù)，對古建筑的基本情況有一個大概的了解。測量偏重于古代建筑平面、高程數(shù)據(jù)等，在測量過程中周圍環(huán)境數(shù)據(jù)因素也要考慮進去。2)拍照分析，測量中要用照片的方式來記錄，但要注意拍照時選取的角度以及清晰度，避免拍照時曝光過度；3)對這方面的詳細數(shù)據(jù)進行分析研究，并進行歸類分析和總結(jié)。在三維模型模型的制作過程中，要考慮多方面的因素，在制作過程中，盡量用簡潔的方法來做出最好的效果，來展示模型復原的最佳性能；4）場景貼圖、現(xiàn)場照明和烘培處理。由于古建筑長時間的經(jīng)歷風吹日曬，導致表皮顏色失去了原有的色彩，為了讓復原時的效果更完整，所以在使用拍攝的照片時不能直接使用，要進行一定的處理，例如恢復顏色、質(zhì)地、對比度等，更好的服務(wù)虛擬復原模型；5）是虛擬漫游,交互式合成。特別是在虛擬漫游、交互式合成,應注意的邏輯程序或模塊的交互。

3、虛擬古建筑復原后期制作

這一階段主要是為了測試虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)建效果,為了驗證看系統(tǒng)是否具旅游穩(wěn)定性和兼容性。具體的測試方法是:由不同的用戶在不同的操作系統(tǒng)中用不同的硬件配置來測試系統(tǒng)性能。

4、某古建筑虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實例應用

修復古建筑利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將3dsMax軟件用Visualvrp7代碼的構(gòu)造。在現(xiàn)場完成資料準備好后，構(gòu)造虛擬的現(xiàn)實。1）貼圖烘焙。在復原的整個過程中最關(guān)鍵的一環(huán)就是貼圖烘烤，所以在具體的重建過程中要特別注意。由于整個古建筑都有一些數(shù)據(jù)模型。因此，有必要對模型的烘烤過程中考慮格式的特殊性：首先，由于不同的數(shù)據(jù)模型的圖像格式和要求是不同的，所以需要采取相同的地圖烘烤處理格式的要求。例如，選擇建筑完成的格式，你要選擇建筑完成的格式，從而達到數(shù)字修復的要求；其次，為了實現(xiàn)真正的復原效果，在項目進行時要進行逐一歸類。2）圖片優(yōu)化。在虛擬現(xiàn)實軟件加載到內(nèi)存的映射,運行的流暢和計算機內(nèi)存之間的關(guān)系是重要的,為了讓虛擬現(xiàn)實軟件在運行中不出現(xiàn)問題，所以在虛擬現(xiàn)實軟件要將要優(yōu)化的對象映射在軟件中，用虛擬現(xiàn)實軟件優(yōu)化映射被占用壓縮圖片的方式，以減少內(nèi)存。為了節(jié)省內(nèi)存，通常需要對圖片進行壓縮。微軟的DXTC（DirectXTextureCompression）對圖片進行最高6:1的壓縮，效果良好，所以目前多被使用。

三、攝像機交互式設(shè)計

在使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來構(gòu)建場景環(huán)境時時，需要使用相機的功能，特定的相機位置一般位于頂部，以便于觀看到整體環(huán)境效果。但是在實際操作過程中，攝像機的位置擺放也不是固定的，要根據(jù)執(zhí)行過程中的實際需要來進行位置設(shè)定。環(huán)形交互、鳥瞰交互和自由交互都是在相機主攝像頭交互設(shè)計的范圍。當然，不管是什么樣的相機交互設(shè)計，都需要特定的函數(shù)使用內(nèi)置的Virtools模塊編程來控制相機,使用該程序模塊編程鍵盤按鍵切換標簽,激活不同的相機,允許用戶操作虛擬復原系統(tǒng)的同時切換激活不同的相機。交互設(shè)計：在以上步驟操作完成后，需要進行下一步的交互設(shè)計，第一步是將角色和構(gòu)造的虛擬環(huán)境相匹配，同時，角色大小應根據(jù)場景的變化而調(diào)整大小，以達到古建筑呈現(xiàn)效果和諧融洽。第二步是通過系統(tǒng)編程模塊實現(xiàn)信息控制命令，便于信息的控制。第二步是通過系統(tǒng)編程模塊實現(xiàn)信息控制命令。

四、結(jié)語

總之,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用提高到古代建筑遺產(chǎn)的保護和古建筑的修復,具有重要現(xiàn)實意義,提高古建筑保護的科學程度,通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑的整體環(huán)境恢復計劃起到良好的保護作用,所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)的使用是對中國古建筑的保護一個重要的措施。

參考文獻

[1]何成戰(zhàn).計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑數(shù)字化復原中的應用[J].廣西民族大學學報：自然科學版，2013（6）：20-21.

作者：何巖 王世強 單位：長春建筑學院