虚拟现实技术在徽州古建筑数字复原中的运用--以黄山市徽州金紫祠的主祠堂为例.pdf
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1、高宇,等:虚拟现实技术在徽州古建筑数字复原中的运用 以黄山市徽州金紫祠的主祠堂为例工程设计GONGCHENGSHEJ I 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:高宇(),男,安徽合肥人,硕士,助教虚拟现实技术在徽州古建筑数字复原中的运用 以黄山市徽州金紫祠的主祠堂为例高宇,刘梦妍(合肥城市学院,安徽 合肥 ;安徽省工程与建设杂志社,安徽 合肥 )摘要:以U n r e a lE n g i n e为制作平台,以黄山市徽州金紫祠的主祠堂复原为案例,实现在古徽州建筑室内空间的虚拟现实相互交汇,展示虚拟现实技术在徽州古建筑室内设计领域的应用可能性.提出一套系统、高效的设计方法:利
2、用S k e t c h u p建模创建室内空间场景,设置模型的材质纹理,依据U n r e a lE n g i n e软件的特点对场景进行必要的综合优化,完善材质及灯光的属性,并配合头显实现动画功能.从徽州建筑的造型与虚拟现实漫游的特性间的关系出发展开剖析,展现了当前古建筑建模过程中的不足,着重从 D几何建模的细化和优化等方面提出了一套能够满足真实性、实用性、稳定性及便捷性的建模新理念,从而有效地提高虚拟现实仿真与交互的实际效果.上述系统不仅能够真实呈现古建筑室内空间的各个细节,符合交互运动感知的实际需求,而且也能够有效促进虚拟现实体验的真实性.关键词:虚拟现实技术;徽州古建筑;古建筑复原
3、中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()引言虚拟现实及可视化技术是在建筑设计、环境设计、市政园林景观设计、工业设计等应用场景中使用较为广泛的技术.徽州传统古建筑结构构件及装饰元素是徽学中徽州文化的瑰丽结晶.金紫祠位于安徽省黄山市徽州区潜口镇潜口村南首,是迄今为 止 发 现 的 古 徽 州 地 区 最 大 的 祠 堂.该 建 筑 群 占 地 m,进深 m(棂星门 m,宝塔 m),原由三间四柱宝塔、三元桥(下有方塘)、棂星门、戟门组成.仪门(门前有东西向的碑亭)、和合殿、寝殿(和合殿前有东西向的走廊)和王公庙(坐西朝东,供奉越国公王家的祖先王华).除王公庙的宝塔、戟门、碑亭、寝殿及部分建筑外
4、,其余均在复建时进行了重建,和合堂仍为遗址.金紫祠项目将徽州传统古建筑结构构件及装饰元素融于虚拟现实及可视化技术中,以追寻徽州古建筑文化的脉络,实现金紫祠主祠堂建筑的数字复原工程.虚拟现实技术在行业的应用现状虚拟现实技术(V R T)融合了多门类学科.目前国外在虚拟现实技术方面处于领先地位,在文化遗产的保护和修复方向上,数字虚拟应用得非常广泛,社会和政府也非常重视这方面的开发和研究,无论是软件、硬件还是技术人员的专业水平等都远远领先于我国.近年来,我国也加大了对虚拟现实技术方面的关注和投入.但是目前,国内大部分虚拟现实技术都是直接使用国外的软件系统和硬件设备进行生产,在自主研发方面还很欠缺.随
5、着国内虚拟现实技术的快速发展,虚拟现实软、硬件的普及度越来越高,应用范围越来越广.据张燕翔介绍,虚拟现实技术在文化遗产的保护和修复方面发挥着重要作用.虚拟文化遗产是利用虚拟现实技术来实现、保护、保存和恢复文化遗产.如何利用现代科技来保护人类特有的文化遗产,已经成为世界各国非常关注的课题,现在国内外很多相关领域的研究机构和企业都在利用虚拟现实技术来修复一些历史文化建筑.虚拟现实技术可以避免像使用平面图、剖面图、立面图等专业图形来呈现三维的、立体的古建筑及其丰富的装饰元素.在古建筑数字化技术修复工程中,可以通过全息眼镜或现场对古建筑构件进行互动演绎,将古建筑及其周边环境利用数字影像展现在人们眼前,
6、甚至能够实现结构构件的力学构造,还可以漫游建筑模型,提高了古建筑的可视性,也提高了古建筑数字化修复的效果.对于古建筑的修复施工,由于传统材料的施工工艺较为复杂,手工加工工序较多,利用数字复原技术可以将精湛的加工程序以生动的方式呈现出来.使用虚拟现实技术对金紫祠数字复原制作根据当前建筑行业对虚拟现实技术的应用经验和方法,针对传统徽州古建筑的构造特点,对复原方案进行设计和优化.金紫祠数字复原设计思路此项目的开发过程包括前期建筑及构件数据采集、模型制作、模型优化、贴图采集及制作、UV调试、烘焙、U E 导入及场景搭建、交互设计等环节.采集资料环节是复原古建筑的真实性的前提.古建筑历史信息的采集、外部
7、尺寸数据的采集和视频数据的采集,都应工程设计GONGCHENGSHEJ I高宇,等:虚拟现实技术在徽州古建筑数字复原中的运用 以黄山市徽州金紫祠的主祠堂为例 工程与建设 年第 卷第期图数字复原设计流程分解图将真实性作为采集的基本原则,以保证后续建模过程中信息的真实性和可靠性.资料包括从相关研究机构或高校收集与整理古建的相关测绘数据与图纸、传统古建形制的资料收集、历史文献资料、重建修缮资料、地方相关行政记录如县志等.为确保数字化修复的考古材料的真实性,应尽可能在现场进行古建筑的图像数据采集和纹理绘制.数字化修复模型的纹理映射是最基本的真实性保证,直接影响到修复后建筑的真实性和用户与平台互动时的体
8、验.模型表面的纹理映射的细节和像素大小也直接影响到虚拟建筑的真实性.纹理映射在图形软件(如P h o t o s h o p)中进行后期处理.后期处理包括将透视图像 处理 成平 面制 图 材料,并 对 拍摄 的图 像进 行 颜 色校正.古建筑虚拟模型的制作是U n r e a lE n g i n e 平台实现古建筑还原中制作部分的主要内容,所有的复原工作都是围绕这个内容进行的,而古建筑模型的制作是完整的虚拟现实平台制作链条中的最后一个环节.在这个项目中,使用S k e t c h U p和 D SMA X软件来创建模型.由于用这个软件制作的模型是实体模型,为了保证古建筑的真实性,所有的部件和
9、装饰元素都需要尽可能忠实地再现,这也是大部分工作需要做的地方.为了进一步提高终端上最终虚拟现实体验的流畅性,保证更好的用户体验和平台使用过程的效率,还应该注意模型创建过程中的模型优化,以及细弱模型形状的创建.在输出到U n r e a lE n g i n e 环节,我们将处理过的纹理贴图以及还原的数字三维模型导入U n r e a lE n g i n e,加载设计相关的环境要素,做好灯光环节的氛围制作,并基于该软件中进行漫游及互动程序的开发,实现各种交互功能(图).目前采用两种发布形式:e x e可执行文件发布和网页发布.由于目前还未有较好的压缩处理技术,发布的数字还原文件数据量较大,通常
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