虚拟现实技术在历史文化保护的应用

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〔摘要〕简要说明虚拟现实技术和历史文化街区的概念，然后结合南通寺街的虚拟现实作品的特色，介绍了虚拟现实技术在历史文化街区保护中的制作流程和技术路线，从前期的现场测绘、拍照到后期的建模、修图、全景渲染、720平台VR制作，展示了制作过程和部分技巧。

〔关键词〕虚拟现实；VR；历史文化街区；寺街

虚拟现实技术又称VR，是近年来广泛应用于各行业的新型体验技术，借助VR眼镜等穿戴设备让人们实现沉浸式体验，有丰富的交互性，本文以南通的省级历史文化街区寺街为例，结合已经完成的寺街VR作品，研究和探讨虚拟现实技术在历史文化街区保护中的应用。

一、虚拟现实技术概述

虚拟现实技术（英文名称：VirtualReality，缩写为VR），又称灵境技术，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。它是利用计算机建立的虚拟仿真系统，具有沉浸性、多感知性、交互性等特点，人们在VR设备的协助下，能依靠视觉、听觉、触觉来多角度地体验虚拟场景。关键技术主要包括：动态环境建模、实时三维图形生成、立体现实和传感器技术、应用系统开发等。目前在教育、医疗、军事、设计等方面有广泛应用。文中所重点讲述的则是在历史文化的保护与传播中的应用。

二、历史文化街区（南通寺街）概述

历史文化街区，是指经省、自治区、直辖市人民政府核定公布的保存文物特别丰富、历史建筑集中成片、能够较完整和真实地体现传统格局和历史风貌，并具有一定规模的区域。南通寺街是江苏省2016年公布的第一批历史文化街区。寺街是一条南北走向的古街，全长600余米，因街内有天宁寺而得名。寺街和与其平行的官地街住宅群组成南通旧城西北部的古街区。寺街古街区以寺街为主干，其东侧延伸着大巷、小巷、三衙墩巷、中学堂街；西侧延伸着石桥头、育婴堂巷、侯家巷、胡家园等。寺街已有千年历史，是南通市古老历史的见证，其中古迹众多：全国重点文物保护单位、始建于唐朝、规模较大而又保存较好的佛教寺院———天宁寺；建于宋代的紫薇书院和清代办学时间最长的紫琅书院；清末状元张謇和他的同道们创办的全国第一所设本科的通州女子师范学校；清朝状元胡长龄、清朝大画家李方膺故居等等。2017年，南通政府开始启动寺街保护与搬迁计划，原住居民将在2021年之前陆续迁走，故笔者于2019年带领团队着手寺街街区共计9条巷子的数字化保护，利用虚拟现实技术，借助720云平台，向人们重点展示了10个场景的原景复原，从而实现历史文化的保护与传播。

三、虚拟现实技术在历史文化街区保护中的应用

1.寺街虚拟现实作品介绍寺街VR借助720云平台实现全景交互功能，通过平台提供的VR相关设置，可以借助手机和VR眼镜进行沉浸式体验，观者通过扫二维码的方式进入寺街，作品共选取了10个典型场景，如图1所示；场景之间能通过图1中的沙盘进行切换，也可以通过箭头导航跳转，如图2所示。寺街VR作品特色有以下几点：（1）为了更好地对历史文化街区进行保护，能在政府改造前尽量记录保留原貌，整个作品中的所有墙体和门、窗等画面都取自寺街。（2）对建筑景观进行了适当的取舍，比如最西面的官地街所临的是一排楼房，为了更符合作品主题，让画面更和谐一致，将现代建筑元素舍去，用高大绿植进行了装饰，既不影响寺街景观，又避免了建筑风格的冲突。（3）因为街区历史悠久，有的局部年久失修，显得有些破旧，制作团队利用数字建模技术将破旧的地方进行了“翻新”，并加入了一些生活和劳动器具，让场景即真实又美观，富有生活气息。图3为“石桥头”的虚拟景象，图4为天宁寺的实景，图5为天宁寺加工以后的面貌，去掉了沿街的商贩。（4）动、静相结合的展示方式。如图5下方所示，有个自动播放的“屏幕”，所播放的是天宁寺内部的漫游动画，此动画也是团队利用数字技术重建的虚拟景象，当进入到“天宁寺”场景，就会开始自动播放。（5）图、文相结合的展示方式。如图6所示，对于街区中的古迹、名人故居，在VR中利用了图文相结合的方式，让观者可以更详细地了解街区文化。2.作品制作流程与技术路线寺街VR整个制作流程和技术路线大致包含以下内容：（1）前期测绘和图片收集带领团队共6名学生，分组对9条巷子进行了测绘和拍摄。测绘利用了卷尺、皮尺、红外激光测距仪等工具，对墙体等结构进行了测量，并记录数据。由于墙体不够平整，巷子有歪斜，所以在有的场景红外线激光测距仪不能充分发挥作用，就使用更加灵活的30米皮尺。图片的收集我们建议使用单反，手机的分辨率经过尝试，证明是不够用的，最终的VR场景会出现马赛克现象。半画幅单反基本能满足硬件要求。在拍摄中我们要求从正面拍摄，镜头镜片要平行于被摄墙面，建议使用广角镜头，24mm的广角镜头比较合适，这样可以尽量多地拍摄到墙面内容。有的墙体很长，连续上百米，这就需要连续拍摄，然后后期用软件拼接图片，在拍摄中焦距一般比广角端略收一点，比如24mm的广角端我们选择28mm焦段拍摄，这样能保证画面边缘的画质，同时减少广角的畸变，有利于后期接图。在需要后期接图的时候，连续拍摄的画面，建议使用M档，从而避免相机自动测光形成的明暗偏差。（2）根据测绘数据三维建模三维建模的软件有很多，在这里我们推荐使用SU草图大师，该软件的优点在于使用方便，学生易于掌握，相比3dsmax而言文件所占用的机器资源较少。因为每条巷子都很长，所以我们采取分组建模，最后部分拼接的方式。9条巷子先分开建模，当要表现石桥头场景的时候，就将寺街模型和石桥头巷子的模型拼接在一起，形成“T”字形的三岔路口，然后摄像机架设于三岔路口构建全景，类似的手法还应用于“天宁寺”、“侯家巷”等场景，这样可以尽量减少文件的容量，提高电脑运行速度。（3）修图并在模型中贴上图片前期在现场收集的共计2000多张照片，要能贴到三维模型中，还需要做一些后期修图工作。照片多少会有透视变形与镜头的畸变，线条不能做到横平竖直，建议在PS软件中进行修正，在拼接图片时要注意衔接自然过渡。一般在拍摄时，两张需要拼接的照片至少有1/4的重合部分。拼接完后在SU软件中将模型中贴上贴图，调整比例大小，尽量做到和现实相符合。地面现实中已经不再是过去的面貌，有不少地方用了水泥地面，我们根据《寺街》这本书的记载，查找了部分资料，根据资料中的描述，将地面尽量还原成过去古老的面貌。（4）导入lumion软件配上植物、人物、器具等，然后全景渲染当模型建好并上好贴图后，渲染的工作由lumion完成。在软件中加入阳光、人物、植物花草树木、生活器具的模型，调整好位置，设置好输出参数，以8000×4000像素的分辨率输出全景单张图片，10个场景共计10张全景图片。在配置植物的时候，要注意到花卉和灌木、高大树木相结合，植物要设置合理，有的地方可以适当地加入如番茄、青菜之类的农作物，从而更好地体现生活气息。而现实中，的确在比较宽敞的地方，有的住户会选择种植一些蔬菜瓜果。因为街区古老，很多老宅子里面有较大的树木，比如香樟树、银杏树、桂花树，我们都能通过软件较真实地还原出来。（5）输出的全景图，导入至720云平台，生成VR作品720云平台是全行业高效易用的VR全景线上制作工具。用于全景图片，VR带看，360效果图，街景地图，无人机全景航拍，大像素高清矩阵等制作，是目前普及率很高的VR全景平台，大部分功能可以免费使用。在寺街VR作品中，主要使用了小行星开局、自动陀螺仪、插入音效、插入视频、插入图片和文字、沙盘、热点导航、留言互动、导览等功能，由于形式丰富多样，交互丰富，所以能给观者较好的观赏体验。所选取的10个场景，大多数位于拐角处，这样可以更多地展示各个巷道的细节，其余的则是比较有代表性的地点，比如官地街和育婴堂巷，虽然场景没选在路口，但是所处位置是整条巷子中最有表现力和最有特色的区域。3.还需完善的内容与功能在内容上，作品还是需要不断充实的。因为疫情等原因，街区有的遗址与古迹2020年没能进去采集数据，所以未能用虚拟现实的形式表现出来，这是个遗憾。我们团队一直在积极地联系有关部门，希望能进一步完善和充实内容。在功能上，有的重要场景比如天宁寺，除了目前配有漫游动画外，后续还需要配上语音讲解，从而让人们有更好的观看体验。

四、结语

建筑是有寿命的，寺街很多地方已经成为危房，政府正在积极保护，所以历史文化街区的数字化保护势在必行，复原原始面貌并以VR的形式传播给大众是有其可行性、必要性、紧迫性的。

参考文献

[1]王崇宇.数字技术在古村落保护中的应用研究———以井陉县大梁江村为例[D].河北：河北农业大学出版社，2015

[2]童乔慧，卫薇.澳门建筑遗产的数字化保护模式[J].新建筑，2016（06）

[3]基于文化体验式的VR技术景点漫游再现与展示———以合肥三国遗址公园为例[J].科技风，2020（34）辽宁丝绸2021年第1期

作者：郭熙 单位：南通科技职业学院