虚拟现实技术在古建筑复原中的应用研究——以渤海国上京龙泉府遗址复原为例.pdf
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1、55总第236期/2023/3/文创设计虚拟现实技术在古建筑复原中的应用研究以渤海国上京龙泉府遗址复原为例姚 帅 宋孝彬(牡丹江师范学院,黑龙江 牡丹江 157011)摘要:近年来虚拟现实技术高速发展,逐渐被应用于建筑设计、遗迹复原等领域。在实际应用中,虚拟现实技术显现出了成本低、还原度高、应用灵活等优势。作为数字和艺术结合的综合技术,虚拟现实技术对设计师提出了多方位的能力要求。该文以渤海国上京龙泉府遗址复原为例,从应用价值和技术实现等方面对虚拟现实技术在古建筑复原中的应用展开探讨。关键词:虚拟现实;渤海国;建筑;数字复原;文化遗产保护一、虚拟现实的概念和特点(一)虚拟现实的概念虚拟现实技术(
2、VirtualReality,VR),是计算机技术与各种视知觉媒介融合而成的一种先进的科学技术,通过虚拟现实技术可以实现虚拟化的感官体验,在实际体验中能够将计算机生成的虚拟事物通过不同的感官通道呈现出来。20 世纪后,随着计算机技术的高速发展,虚拟现实技术越来越多地出现在大众视野,并被广泛地应用于各个领域。在建筑复原中,主要依靠三维建模将古建筑的外貌、内饰和细节等元素置入 VR 媒介中,使场景复原具有视觉冲击力和交互性。应用中主要通过专业设备调动观众的视知觉,能够使观众沉浸在动态和声像功能的虚拟三维场景中,给观众带来身临其境的体验。(二)虚拟现实的特点美国科学家布尔代亚(Burdea)在 19
3、93 年首次提出虚拟现实技术的三大特点,即沉浸性、交互性和想象性。这三大特点相互促进又相互制约,被称为虚拟现实的三角形。沉浸性作为虚拟现实技术应用于建筑复原中最大的特点之一,承担着调动观众感官体验的任务。虚拟现实设备通过数字模拟,对观众的视觉、听觉、触觉等感官产生特有的刺激,使观众沉浸在设定好的虚拟环境中。古建筑复原,对技术人员提出了更高的要求,即模型还原度和精细度更高,配合高水平的移动互联网实现“低延迟”和“随地”的要求,让观众在“以假乱真”的虚拟空间中随时随地产生沉浸感,使观众从旁观者的身份转换为参与者的身份,切身感受建筑原貌的恢宏。交互性主要指观众通过虚拟设备与场景环境之间产生的施力与反
4、馈程度,是衡量虚拟现实技术性能的重要指标。在虚拟现实技术复原的场景中,观众不但可以直接观察建筑,而且能通过传感设备在虚拟环境中进行交互,比如随着身体的转动变换视角,或在某些建筑前以推门而入等操作来感受场景的丰富。想象性体现在观众在虚拟场景中的主观能动意识,通过视觉、触觉、力觉等全方位的感官刺激,可以对所处的环境有不同的认知、构想和收获,它是辅助人们进行创造性思维的基础。虚拟现实不仅可以作为用户体验终端的接口,还能使用户在全新的环境里展开联想,再通过行为将信息反馈给系统,如此反复,不断激发用户的想象力。二、虚拟现实技术在古建筑复原中的应用价值(一)历史研究价值我国现存的许多历史悠久的古建筑遗址,
5、其历史价值、人文价值不可估量,但是许多古建筑受到年代久远、考察受限等因素影响,并不能实现实地复原,所以,通过三维建模等技术手段还原古迹为历史研究中较为常见的方法之一。使用虚拟现实技术还原的古建筑,交互程度高,观察便利,工程文件具有便携、可拷贝等特点,考察过程不受人员和场地的限制,研究人员可以随时随地进入虚拟的“历史遗迹”中进行考察,为历史研究提供了很大的便利,同时拓宽了考古研究的视野。(二)文化传承价值古建筑作为展示历史、研究文化的重要载体,具有十分重要的文化传承价值。随着科学技术的高速发展,人们在不同历史时期学习历史文化的途径也是不同的。根据调查统计,观众对历史遗址的期待主要体现在对文物历史
6、信息的获取上,其次是与文物的互动交流。在互动交流中,观众更加倾向于多样化的表现形式,尤其是倾向于文物的全息表现以及利用科技手段加强对文物历史内容的展现。在虚拟现实环境下,观众可以置身于千年以前的古建筑群中,切实感受身边的一草一木,将科技与历史完美结合,传承历史,再现民族文化的瑰宝。(三)寓教于乐价值现今的课程考察对学生的综合能力提出了更高的要求,但是多数学校的教学条件满足不了学生实地考察的需求,许多高校教学面临条件受限、书本内容枯燥、学生积极性较低等问题。虚拟现实设备可以使教学不受场地限制,为全国各地的学校及教育机构提供科研和学习的媒介。结合上文谈到的虚拟现实的特点来看,沉浸性可以弥补传统教学
7、中缺乏情景化的问题,让学生通过虚拟设备与场景展开交互,在这种教学模式下,授课56/总第236期/2023/3文创设计方式将从“以教师为主体”向“以学生为主体”转变,使学生在兴趣中参与教学,有利于提高教学效率和学生的积极性。三、利用虚拟现实技术复原古建筑的过程途径虚拟现实是通过计算机建立数字模型和仿真交互的通道,应用效果受到计算机性能的限制,就目前的计算机图形技术而言,数字还原古建筑项目过程中通常难以兼顾真实性与实时性,从而造成建筑还原度较低或交互体验不佳等问题,因此,古建筑的复原模型与普通动画模型相比,对前者的面数要求更加严苛,要在保证建筑还原真实性的前提下,使其满足市面上常见的虚拟现实设备的
8、基础性能需求。该文从实地考察、历史文化研究和虚拟现实技术复原等方面阐述渤海国上京龙泉府遗址数字复原的过程。(一)实地考察渤海国上京龙泉府建于唐开元元年(713 年),史称“忽汗城”,现遗址位于黑龙江省牡丹江市宁安市渤海镇,是唐代渤海国的都城。渤海国宫殿遗址总面积 16.4 平方千米,是黑龙江地区目前已发现的不可多得的大型古建筑遗址。遗址在面积规模、主结构的完整性、古代建筑的艺术形式等方面,尤其是对唐代建筑结构的体现上可谓是世界上独一无二的,但是由于年代久远,许多建筑受到自然因素和人为因素的双重影响,外观和结构损毁严重,原貌无法辨清,为后续还原带来了较大的难度。在实地考察中,首先对渤海国宫殿遗址
9、的地貌和结构形式进行丈量,总览遗址全局可以看到,渤海国宫殿布局设计合理,整体可分为外城、内城、宫城;其中又可划分出五重宫殿,分别为 1、2、3、4、5 号殿,呈一条中轴线排布。前期考察中团队针对宫殿遗址的平面布局,结合鸟瞰图进行初步绘制,主要获取主殿和次殿的位置,以方便后期制作时对各个宫殿进行准确定位;而后对建筑特点进行探究,利用手绘、现场拍摄等方式,记录宫殿中的细节,为后期模型的材质选择和贴图提供依据和参考;除了遗址内现存的物质参考外,考察团队还通过走访调查、周边勘探等方式填补了建筑损毁以外的信息空白,通过了解其历史传承,更好地还原渤海国宫殿,通过整个实地考察工作确保后续的模型制作达到“内在
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