虛擬現實技術在歷史文化保護的應用

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〔摘要〕簡要說明虛擬現實技術和歷史文化街區的概念，然后結合南通寺街的虛擬現實作品的特色，介紹了虛擬現實技術在歷史文化街區保護中的制作流程和技術路線，從前期的現場測繪、拍照到后期的建模、修圖、全景渲染、720平臺VR制作，展示了制作過程和部分技巧。

〔關鍵詞〕虛擬現實；VR；歷史文化街區；寺街

虛擬現實技術又稱VR，是近年來廣泛應用于各行業的新型體驗技術，借助VR眼鏡等穿戴設備讓人們實現沉浸式體驗，有豐富的交互性，本文以南通的省級歷史文化街區寺街為例，結合已經完成的寺街VR作品，研究和探討虛擬現實技術在歷史文化街區保護中的應用。

一、虛擬現實技術概述

虛擬現實技術（英文名稱：VirtualReality，縮寫為VR），又稱靈境技術，是20世紀發展起來的一項全新的實用技術。它是利用計算機建立的虛擬仿真系統，具有沉浸性、多感知性、交互性等特點，人們在VR設備的協助下，能依靠視覺、聽覺、觸覺來多角度地體驗虛擬場景。關鍵技術主要包括：動態環境建模、實時三維圖形生成、立體現實和傳感器技術、應用系統開發等。目前在教育、醫療、軍事、設計等方面有廣泛應用。文中所重點講述的則是在歷史文化的保護與傳播中的應用。

二、歷史文化街區（南通寺街）概述

歷史文化街區，是指經省、自治區、直轄市人民政府核定公布的保存文物特別豐富、歷史建筑集中成片、能夠較完整和真實地體現傳統格局和歷史風貌，并具有一定規模的區域。南通寺街是江蘇省2016年公布的第一批歷史文化街區。寺街是一條南北走向的古街，全長600余米，因街內有天寧寺而得名。寺街和與其平行的官地街住宅群組成南通舊城西北部的古街區。寺街古街區以寺街為主干，其東側延伸著大巷、小巷、三衙墩巷、中學堂街；西側延伸著石橋頭、育嬰堂巷、侯家巷、胡家園等。寺街已有千年歷史，是南通市古老歷史的見證，其中古跡眾多：全國重點文物保護單位、始建于唐朝、規模較大而又保存較好的佛教寺院———天寧寺；建于宋代的紫薇書院和清代辦學時間最長的紫瑯書院；清末狀元張謇和他的同道們創辦的全國第一所設本科的通州女子師范學校；清朝狀元胡長齡、清朝大畫家李方膺故居等等。2017年，南通政府開始啟動寺街保護與搬遷計劃，原住居民將在2021年之前陸續遷走，故筆者于2019年帶領團隊著手寺街街區共計9條巷子的數字化保護，利用虛擬現實技術，借助720云平臺，向人們重點展示了10個場景的原景復原，從而實現歷史文化的保護與傳播。

三、虛擬現實技術在歷史文化街區保護中的應用

1.寺街虛擬現實作品介紹寺街VR借助720云平臺實現全景交互功能，通過平臺提供的VR相關設置，可以借助手機和VR眼鏡進行沉浸式體驗，觀者通過掃二維碼的方式進入寺街，作品共選取了10個典型場景，如圖1所示；場景之間能通過圖1中的沙盤進行切換，也可以通過箭頭導航跳轉，如圖2所示。寺街VR作品特色有以下幾點：（1）為了更好地對歷史文化街區進行保護，能在政府改造前盡量記錄保留原貌，整個作品中的所有墻體和門、窗等畫面都取自寺街。（2）對建筑景觀進行了適當的取舍，比如最西面的官地街所臨的是一排樓房，為了更符合作品主題，讓畫面更和諧一致，將現代建筑元素舍去，用高大綠植進行了裝飾，既不影響寺街景觀，又避免了建筑風格的沖突。（3）因為街區歷史悠久，有的局部年久失修，顯得有些破舊，制作團隊利用數字建模技術將破舊的地方進行了“翻新”，并加入了一些生活和勞動器具，讓場景即真實又美觀，富有生活氣息。圖3為“石橋頭”的虛擬景象，圖4為天寧寺的實景，圖5為天寧寺加工以后的面貌，去掉了沿街的商販。（4）動、靜相結合的展示方式。如圖5下方所示，有個自動播放的“屏幕”，所播放的是天寧寺內部的漫游動畫，此動畫也是團隊利用數字技術重建的虛擬景象，當進入到“天寧寺”場景，就會開始自動播放。（5）圖、文相結合的展示方式。如圖6所示，對于街區中的古跡、名人故居，在VR中利用了圖文相結合的方式，讓觀者可以更詳細地了解街區文化。2.作品制作流程與技術路線寺街VR整個制作流程和技術路線大致包含以下內容：（1）前期測繪和圖片收集帶領團隊共6名學生，分組對9條巷子進行了測繪和拍攝。測繪利用了卷尺、皮尺、紅外激光測距儀等工具，對墻體等結構進行了測量，并記錄數據。由于墻體不夠平整，巷子有歪斜，所以在有的場景紅外線激光測距儀不能充分發揮作用，就使用更加靈活的30米皮尺。圖片的收集我們建議使用單反，手機的分辨率經過嘗試，證明是不夠用的，最終的VR場景會出現馬賽克現象。半畫幅單反基本能滿足硬件要求。在拍攝中我們要求從正面拍攝，鏡頭鏡片要平行于被攝墻面，建議使用廣角鏡頭，24mm的廣角鏡頭比較合適，這樣可以盡量多地拍攝到墻面內容。有的墻體很長，連續上百米，這就需要連續拍攝，然后后期用軟件拼接圖片，在拍攝中焦距一般比廣角端略收一點，比如24mm的廣角端我們選擇28mm焦段拍攝，這樣能保證畫面邊緣的畫質，同時減少廣角的畸變，有利于后期接圖。在需要后期接圖的時候，連續拍攝的畫面，建議使用M檔，從而避免相機自動測光形成的明暗偏差。（2）根據測繪數據三維建模三維建模的軟件有很多，在這里我們推薦使用SU草圖大師，該軟件的優點在于使用方便，學生易于掌握，相比3dsmax而言文件所占用的機器資源較少。因為每條巷子都很長，所以我們采取分組建模，最后部分拼接的方式。9條巷子先分開建模，當要表現石橋頭場景的時候，就將寺街模型和石橋頭巷子的模型拼接在一起，形成“T”字形的三岔路口，然后攝像機架設于三岔路口構建全景，類似的手法還應用于“天寧寺”、“侯家巷”等場景，這樣可以盡量減少文件的容量，提高電腦運行速度。（3）修圖并在模型中貼上圖片前期在現場收集的共計2000多張照片，要能貼到三維模型中，還需要做一些后期修圖工作。照片多少會有透視變形與鏡頭的畸變，線條不能做到橫平豎直，建議在PS軟件中進行修正，在拼接圖片時要注意銜接自然過渡。一般在拍攝時，兩張需要拼接的照片至少有1/4的重合部分。拼接完后在SU軟件中將模型中貼上貼圖，調整比例大小，盡量做到和現實相符合。地面現實中已經不再是過去的面貌，有不少地方用了水泥地面，我們根據《寺街》這本書的記載，查找了部分資料，根據資料中的描述，將地面盡量還原成過去古老的面貌。（4）導入lumion軟件配上植物、人物、器具等，然后全景渲染當模型建好并上好貼圖后，渲染的工作由lumion完成。在軟件中加入陽光、人物、植物花草樹木、生活器具的模型，調整好位置，設置好輸出參數，以8000×4000像素的分辨率輸出全景單張圖片，10個場景共計10張全景圖片。在配置植物的時候，要注意到花卉和灌木、高大樹木相結合，植物要設置合理，有的地方可以適當地加入如番茄、青菜之類的農作物，從而更好地體現生活氣息。而現實中，的確在比較寬敞的地方，有的住戶會選擇種植一些蔬菜瓜果。因為街區古老，很多老宅子里面有較大的樹木，比如香樟樹、銀杏樹、桂花樹，我們都能通過軟件較真實地還原出來。（5）輸出的全景圖，導入至720云平臺，生成VR作品720云平臺是全行業高效易用的VR全景線上制作工具。用于全景圖片，VR帶看，360效果圖，街景地圖，無人機全景航拍，大像素高清矩陣等制作，是目前普及率很高的VR全景平臺，大部分功能可以免費使用。在寺街VR作品中，主要使用了小行星開局、自動陀螺儀、插入音效、插入視頻、插入圖片和文字、沙盤、熱點導航、留言互動、導覽等功能，由于形式豐富多樣，交互豐富，所以能給觀者較好的觀賞體驗。所選取的10個場景，大多數位于拐角處，這樣可以更多地展示各個巷道的細節，其余的則是比較有代表性的地點，比如官地街和育嬰堂巷，雖然場景沒選在路口，但是所處位置是整條巷子中最有表現力和最有特色的區域。3.還需完善的內容與功能在內容上，作品還是需要不斷充實的。因為疫情等原因，街區有的遺址與古跡2020年沒能進去采集數據，所以未能用虛擬現實的形式表現出來，這是個遺憾。我們團隊一直在積極地聯系有關部門，希望能進一步完善和充實內容。在功能上，有的重要場景比如天寧寺，除了目前配有漫游動畫外，后續還需要配上語音講解，從而讓人們有更好的觀看體驗。

四、結語

建筑是有壽命的，寺街很多地方已經成為危房，政府正在積極保護，所以歷史文化街區的數字化保護勢在必行，復原原始面貌并以VR的形式傳播給大眾是有其可行性、必要性、緊迫性的。

參考文獻

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[3]基于文化體驗式的VR技術景點漫游再現與展示———以合肥三國遺址公園為例[J].科技風，2020（34）遼寧絲綢2021年第1期

作者：郭熙 單位：南通科技職業學院