虚拟现实技术在古建筑复原中的应用

摘要：虚拟现实技术的迅速发展在中国古代建筑的虚拟复原中提供技术支持,文章分析计算机虚拟现实技术在古代建筑虚拟复原中的具体应用。为了提高保护文化遗产，通过计算机系统恢复古代建筑重建显示数字图像。计算机虚拟现实技术的应用在恢复古建筑领域取得了巨大的成就,虚拟修复古建筑的案例也非常多，例如陕西乾陵的三维修复就是在应用3仿真技术基础上，达到了预期的效果。

关键词：虚拟技术；古建筑；复原

虚拟现实技术是由计算机本身进行的模拟，在模拟条件下创造一个虚拟的三维空间，三维空间是一个现实世界的抽象，加上设计师的构想结合，在电脑屏幕上形成一个高度模拟现实世界的人和环境的虚拟仿真技术。这种技术可以让人们的视觉、听觉和动作在现实世界中被感知。虚拟复原技术把文本描述抽象构成一个三维空间模型模拟,可以大大提高建筑建模设计效率和质量水平。由于现代建筑技术的快速发展,虚拟现实建模技术的发展创新,为建模领域的古代建筑提供了技术支持,由于资源的稀缺性,建筑不能被复制和其他原因,所以需要实现一个完整真实的古代建筑就需要虚拟现实建模,基于虚拟现实技术的形式全方位展示建筑，相比较一个简单的二维模型的古代建筑,有很大的优势。古代建筑建模是一项综合技术,在实际应用过程中,要做好相关辅助工作,确保建筑的质量建模和实际效果。

一、计算机虚拟现实技术

美国在1989年提出了一项新的计算机技术改革，即计算机虚拟现实技术（VirtualReality），虚拟现实技术的概念是：以计算机为基础，借助计算机来建构现实中的物体。将虚拟现实技术应用到虚拟环境，用户在虚拟出来的环境中可以看到自然的相互作用，当然，一些三维设备和传感设备在此项技术中也是不可或缺的。可以从3个方面来分析虚拟现实技术的应用：二是人眼看不到实物，但是在现实中却存在的事物，例如化学分子结构以及空气等；三是人眼可以看到，但是现实中客观不存在的事物，例如网络技术虚拟场景。虚拟现实技术有以下几个主要的特征：基本特征是技术的交互性，主要是用户通过虚拟环境中有意识的操作，通过传感器的传输来和虚拟环境中的对象产生交互作用。例如用户可以通过自己在虚拟环境中有意识的操作来控制虚拟环境中建筑的构建。第二个特征是构想性。虚拟现实技术是由虚拟现实环境创造的单位的味觉、嗅觉、触觉和力反馈系统的结合，有利于人们在虚拟环境操作的这一过程中积累知识，让人们在操作的过程中能够理性的去思考认识这项技术，以便于更好的去改进和完善。；三是存在性，这一项特征主要是为用户有一个更好的体验而设置的。用户和虚拟环境之间有一个交互性，用户被允许进入到虚拟环境中，在复原的虚拟环境中提高用户的认知能力，有一个更好的感官接触。

二、计算机虚拟现实技术在古建筑数字化复原中的应用分析

虚拟技术的应用程序包括一个广泛的领域,例如航空、铁路、建筑、土木工程、科学计算、医疗、军事、教育、娱乐、艺术、体育等领域。虚拟现实技术已经很发达,计算机虚拟现实技术在数字古建筑的修复应用已经越来越多。计算机虚拟现实技术应用到数字恢复古代建筑主要涉及三个方面:

1、制定具体的复原设计方案

虚拟现实技术在古建筑修复中的应用需要修复工作工程开展前进行规划，以保证科学性和合理性的设计：首先确定虚拟现实技术的选择以什么样的方式进行，然后确定选择图片浏览还是三维体验。第二要考虑制定显示平台复原执行计划要合理，全面考虑项目的实际情况，从规划好的复原设计要求，选择虚拟作品的尺寸，分辨率的要求等，让作品有一个更好的完善度。

2、中期制作过程

本部分主要是采用虚拟复原技术来构建古建筑的前期准备，这个过程主要包括：准备的过程包括：1)对古建筑遗址实地考察，测量复原古建筑时需要的准确的基本数据，对古建筑的基本情况有一个大概的了解。测量偏重于古代建筑平面、高程数据等，在测量过程中周围环境数据因素也要考虑进去。2)拍照分析，测量中要用照片的方式来记录，但要注意拍照时选取的角度以及清晰度，避免拍照时曝光过度；3)对这方面的详细数据进行分析研究，并进行归类分析和总结。在三维模型模型的制作过程中，要考虑多方面的因素，在制作过程中，尽量用简洁的方法来做出最好的效果，来展示模型复原的最佳性能；4）场景贴图、现场照明和烘培处理。由于古建筑长时间的经历风吹日晒，导致表皮颜色失去了原有的色彩，为了让复原时的效果更完整，所以在使用拍摄的照片时不能直接使用，要进行一定的处理，例如恢复颜色、质地、对比度等，更好的服务虚拟复原模型；5）是虚拟漫游,交互式合成。特别是在虚拟漫游、交互式合成,应注意的逻辑程序或模块的交互。

3、虚拟古建筑复原后期制作

这一阶段主要是为了测试虚拟现实系统的构建效果,为了验证看系统是否具旅游稳定性和兼容性。具体的测试方法是:由不同的用户在不同的操作系统中用不同的硬件配置来测试系统性能。

4、某古建筑虚拟现实技术的实例应用

修复古建筑利用虚拟现实技术将3dsMax软件用Visualvrp7代码的构造。在现场完成资料准备好后，构造虚拟的现实。1）贴图烘焙。在复原的整个过程中最关键的一环就是贴图烘烤，所以在具体的重建过程中要特别注意。由于整个古建筑都有一些数据模型。因此，有必要对模型的烘烤过程中考虑格式的特殊性：首先，由于不同的数据模型的图像格式和要求是不同的，所以需要采取相同的地图烘烤处理格式的要求。例如，选择建筑完成的格式，你要选择建筑完成的格式，从而达到数字修复的要求；其次，为了实现真正的复原效果，在项目进行时要进行逐一归类。2）图片优化。在虚拟现实软件加载到内存的映射,运行的流畅和计算机内存之间的关系是重要的,为了让虚拟现实软件在运行中不出现问题，所以在虚拟现实软件要将要优化的对象映射在软件中，用虚拟现实软件优化映射被占用压缩图片的方式，以减少内存。为了节省内存，通常需要对图片进行压缩。微软的DXTC（DirectXTextureCompression）对图片进行最高6:1的压缩，效果良好，所以目前多被使用。

三、摄像机交互式设计

在使用虚拟现实技术来构建场景环境时时，需要使用相机的功能，特定的相机位置一般位于顶部，以便于观看到整体环境效果。但是在实际操作过程中，摄像机的位置摆放也不是固定的，要根据执行过程中的实际需要来进行位置设定。环形交互、鸟瞰交互和自由交互都是在相机主摄像头交互设计的范围。当然，不管是什么样的相机交互设计，都需要特定的函数使用内置的Virtools模块编程来控制相机,使用该程序模块编程键盘按键切换标签,激活不同的相机,允许用户操作虚拟复原系统的同时切换激活不同的相机。交互设计：在以上步骤操作完成后，需要进行下一步的交互设计，第一步是将角色和构造的虚拟环境相匹配，同时，角色大小应根据场景的变化而调整大小，以达到古建筑呈现效果和谐融洽。第二步是通过系统编程模块实现信息控制命令，便于信息的控制。第二步是通过系统编程模块实现信息控制命令。

四、结语

总之,虚拟现实技术的应用提高到古代建筑遗产的保护和古建筑的修复,具有重要现实意义,提高古建筑保护的科学程度,通过虚拟现实技术在古建筑的整体环境恢复计划起到良好的保护作用,所以虚拟现实技术的使用是对中国古建筑的保护一个重要的措施。

参考文献

[1]何成战.计算机虚拟现实技术在古建筑数字化复原中的应用[J].广西民族大学学报：自然科学版，2013（6）：20-21.

作者：何岩 王世强 单位：长春建筑学院