基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的唐家灣古建筑保護(hù)與開發(fā)

康皓銘　盧桂萍　譚勝

摘要：在珠海之北，鳳凰山下，是珠海歷史悠久的唐家鎮(zhèn)。近百年來(lái)，唐家灣鎮(zhèn)走出了許多改變歷史的偉人，蘊(yùn)涵了珠海的歷史。而建筑是歷史無(wú)聲的記錄，因此對(duì)唐家灣古建筑的保護(hù)勢(shì)在必行。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合的影響下，古建筑的保護(hù)和開發(fā)離不開“VR技術(shù)”的帶動(dòng)。本文意在介紹唐家古鎮(zhèn)在“VR”背景下保護(hù)與開發(fā)的新思路及成果，以期為古建筑保護(hù)這一永恒的課題提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)；3D建模；古祠堂；唐家灣鎮(zhèn)；Unity 3D

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）09-0074-02

1 唐家灣古建筑文化背景及現(xiàn)狀

珠海唐家灣鎮(zhèn)毗鄰南海，有七百多年的文化歷史。被稱為與近代文明伴生的南中國(guó)海第一鎮(zhèn)，作為受東西方化交融影響的文化名鎮(zhèn)，建筑文化相當(dāng)豐富。而其中最能體現(xiàn)嶺南文化特色的還是唐家古鎮(zhèn)、會(huì)同古村等唐家灣原住民的聚集地。由于宗族觀念的影響，唐家灣鎮(zhèn)的居民喜歡以“堡”的形式相互聚集聚集居住。[1-2]

隨著堡式的聚集模式發(fā)展，學(xué)校，店鋪等一切配套建筑也隨堡而建。在這些建筑中，又以用于祭祖，聚集的宗祠為核心。宗祠是儒教供設(shè)祖先的神主牌位、舉行祭祖活動(dòng)場(chǎng)所，也是從事家族事務(wù)活動(dòng)的地方。宗祠對(duì)于由宗族文化構(gòu)建起的唐家灣原住民來(lái)說(shuō)尤為重要，所以唐家灣的人們對(duì)祠堂的建設(shè)尤為重視。因此不管是普通建筑還是祠堂，唐家灣的建筑都十分值得研究保護(hù)。唐家灣現(xiàn)存81處晚清民初建筑，處處體現(xiàn)了作為的珠海古文化中心的地位。[3][4]

2 VR及3D建模技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用

眾所周知，古代文化建筑遺跡的價(jià)值是不可估量的，不可復(fù)制的。在保存完好的時(shí)候，用現(xiàn)代科技將其進(jìn)行3D模型復(fù)原，在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行保存。對(duì)它進(jìn)行建模，一是便于以后的修復(fù)，二是可以將模型而分享到網(wǎng)上，用于教育，商業(yè)及各種其他的用途。推廣古建筑的文化，讓數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)真正活起來(lái)，真正做到保護(hù)建筑保護(hù)文物。古建筑模型數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用利用當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，建立一個(gè)全國(guó)古建筑數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

3 通過(guò)VR及3D建模技術(shù)對(duì)唐家灣古建筑的保護(hù)與開發(fā)

本項(xiàng)目以期為傳承我國(guó)傳統(tǒng)文化，保護(hù)歷史建筑做貢獻(xiàn)。珠海高新區(qū)唐家歷史文化研究協(xié)會(huì)為建模提供歷史資料，給予瑞芝唐公祠，寶臣唐公祠等數(shù)據(jù)采集便利并向相關(guān)單位搜集建議。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化學(xué)院團(tuán)隊(duì)對(duì)古建筑進(jìn)行數(shù)字化研究，并開發(fā)出若干虛擬實(shí)景漫游模型，將數(shù)字化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域。如圖1所示，將建筑保護(hù)分為兩個(gè)部分。首先通過(guò)實(shí)地考察，資料考據(jù)，航拍復(fù)原等采集數(shù)據(jù)，建立全方位多層次的虛擬建筑模型，輔以光影、材質(zhì)等視覺效果，生動(dòng)再現(xiàn)寶臣公祠以及瑞芝堂等建筑歷史原貌。后期將建筑上傳，增加VR漫游，打造在線博物館，應(yīng)用Multigen Creator、Photoshop、Unity3D等軟件。探討利用數(shù)字化技術(shù)在建筑遺產(chǎn)虛擬復(fù)原中應(yīng)用的思路和方法。

3.1 資料采集

寶臣唐公祠和瑞芝祠均建于清光緒年間，院內(nèi)均采用四合結(jié)構(gòu)，中間有敞亮的廳堂，是標(biāo)準(zhǔn)的唐家灣式建筑。建筑使用玻璃等中西結(jié)合的設(shè)計(jì)，格外有嶺南風(fēng)味。我們采取了現(xiàn)場(chǎng)拍攝，走訪周邊，航拍復(fù)原的方式，如圖2，項(xiàng)目組首先對(duì)瑞芝祠以及寶臣唐公祠進(jìn)行拍攝，將其大概的輪廓進(jìn)行描繪。得到一部分基本的信息以及房屋結(jié)構(gòu)，對(duì)房梁柱等做一個(gè)精致規(guī)劃，得出整個(gè)建筑的雛形。通過(guò)拍攝方式將其的花紋、元素，進(jìn)行簡(jiǎn)單整合，后期盡可能地還原建筑本身的特色，比如瓦片等。

項(xiàng)目組以走訪詢問(wèn)的方式了解了建筑的相關(guān)信息，并對(duì)建筑周圍的的街景進(jìn)行拍照取景，使得在建模中更加還原。最后采用航拍的方式，建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行采集，確認(rèn)了建筑的整體布局。同時(shí)航拍也為我們?cè)黾恿嗽S多了解細(xì)節(jié)的機(jī)會(huì)，對(duì)祠堂的頂部的瓦片以及屋檐斗拱等細(xì)節(jié)都可以做一個(gè)細(xì)致的采集，在后期的復(fù)原中起到重要作用。

3.2 基礎(chǔ)3D建模

完成了瑞芝祠及寶臣公祠堂的建筑信息采集后，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)以及相關(guān)史料對(duì)祠堂進(jìn)行等比例縮放，并在此基礎(chǔ)上采用Creator軟件進(jìn)行了基礎(chǔ)的建模。同時(shí)運(yùn)用photoshop對(duì)相片中的材質(zhì)進(jìn)行復(fù)原貼圖。為還原出最真實(shí)的建筑，在一些難以觀察到的地方如房梁，斗拱等，通過(guò)查閱資料及相關(guān)記載的方式進(jìn)行了合理的想象以及修復(fù)。如圖3所示， 寶臣唐公祠在簡(jiǎn)單建模的基礎(chǔ)上，最大限度地還原了建筑的原貌。同時(shí)為了達(dá)到逼真的效果，項(xiàng)目組增加了街景的建模，真實(shí)地還原了沿途的風(fēng)光。

3.3 VR漫游設(shè)計(jì)

在基本模型完成后，如圖4我們使用Unity技術(shù)將原來(lái)的模型重構(gòu)，增加光影效果等，使之變得更加逼真完美。在模型完成重新貼圖后，添加VR漫游系統(tǒng)，使用戶可以身臨其境地參觀建筑。如圖5，除了第三視角我們還提供第一人稱視角，在虛擬現(xiàn)實(shí)查看裝置的幫助下，用戶除了可以在建筑內(nèi)走動(dòng)，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。使得愛好者建筑有更加深刻的了解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)該系統(tǒng)也完整地反映了建筑的細(xì)節(jié)，無(wú)需到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，專家們也可以對(duì)建筑進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。

3.4 線上博物館

古建筑除了傳統(tǒng)的保護(hù)方式也離不開新的技術(shù)的帶動(dòng)，在將許多知名的建筑用3D建模的方式復(fù)制后，統(tǒng)一上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)。在達(dá)到一定數(shù)量后，統(tǒng)一整合成如圖6的古建筑線上博物館。在觀看這個(gè)建筑同時(shí)，可以瀏覽建筑的相關(guān)資料，有關(guān)部門也可以結(jié)合研究對(duì)建筑模型進(jìn)行上傳修改。隨著復(fù)原古建筑的增多，便可將所有的舊建筑依據(jù)風(fēng)格，年代整合為一體，整理出一座屬于中國(guó)的古城，譜寫關(guān)于中國(guó)古建筑史冊(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

在科技高速發(fā)展的信息時(shí)代，借助計(jì)算機(jī)以及最新的傳感器技術(shù)，衍生出了新的交互方式VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合的日益影響下，除了傳統(tǒng)的保護(hù)，古建筑的保護(hù)和開發(fā)勢(shì)必離不開VR新引擎的帶動(dòng)。通過(guò)新的方式將古建筑以新的形式呈現(xiàn)在更多人的眼前。本文旨在介紹唐家古鎮(zhèn)在VR技術(shù)"背景下保護(hù)古建筑的新思路及成果，以期為古建筑保護(hù)這一永恒的課題提供借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)

[1]沈榮國(guó).近代中國(guó)第一留學(xué)家族——珠海唐家唐氏[J].嶺南文史，2010，（04）：42-51.

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[3]魏彬.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在可視化仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2011，30（08）：71-72.

[4]孫煥，崔宏智，范盈盈，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下古建筑保護(hù)與開發(fā)的研究——以上海市為例[J].居業(yè)，2018，（01）：50-51.