曹迎春 李紀(jì)偉

(河北大學(xué)建筑工程學(xué)，河北 保定071002)

虛擬漫游是虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的重要分支，基于VR技術(shù)獨(dú)特的沉浸感、交互性和構(gòu)想性的3I特性，用戶可突破傳統(tǒng)動畫仿真固定漫游路徑的技術(shù)限制，自由、方便的建構(gòu)虛擬漫游系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真、復(fù)原和互動娛樂等目標(biāo)，近年被廣泛用于新聞、旅游、游戲、交通和建筑等領(lǐng)域.本技術(shù)被譽(yù)為繼多媒體技術(shù)之后21世紀(jì)的代表性技術(shù)，被列為國家863計(jì)劃重點(diǎn)支持研究課題，具有廣闊的發(fā)展前景.

虛擬漫游技術(shù)在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于建立數(shù)字城市、城市規(guī)劃評估平臺、古建筑復(fù)原和保護(hù)、虛擬場景漫游以及地產(chǎn)漫游等方面.國外在本領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位，成功完成多項(xiàng)國際知名項(xiàng)目，尤其在古建筑復(fù)原及場所精神的重塑方面，虛擬漫游技術(shù)顯示出獨(dú)特而強(qiáng)大的功能.例如由美國維吉尼亞大學(xué)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)復(fù)原了世界最大古建筑群——意大利古羅馬城市，參觀者通過3D虛擬再現(xiàn)系統(tǒng)可身臨其境觀賞古代羅馬城;由美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校實(shí)驗(yàn)室完成的虛擬西班牙圣地亞哥大教堂項(xiàng)目，突破性的加入13世紀(jì)音樂作為背景音樂，極大提升項(xiàng)目感官體驗(yàn).國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究相對滯后，近年才逐漸興起，主要完成項(xiàng)目有北京銳智盛揚(yáng)文化播有限公司為輔助電影圓明園拍攝和后期處理，制作的數(shù)字圓明園;由故宮博物院和IBM聯(lián)合開發(fā)的中國第一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)展現(xiàn)重要?dú)v史文化景點(diǎn)的3D“虛擬紫禁城”等.

1 源起

目前，我國已完成的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目存在一些問題:1、多關(guān)注物質(zhì)場景的視覺真實(shí)性，缺乏對聽覺、觸覺等其他感官真實(shí)性和豐富性的深入研究.2、多關(guān)注虛擬場景的實(shí)用性，如用于電影拍攝、場景展覽及可視化管理，缺乏對建筑場景藝術(shù)感和人文氣質(zhì)內(nèi)涵的充分營造.3、項(xiàng)目主要由公司、企業(yè)以商業(yè)活動形式完成，多集中在國家重要的大型、高盈利的項(xiàng)目上(例如紫禁城和長城等).而大量一般但又急需虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的建筑類型(例如古建筑保護(hù)、古城再現(xiàn)及旅游景點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)在線宣傳等)，由于無法支付高昂的費(fèi)用而望而卻步.基于此，本研究以具有的追求感官真實(shí)性和豐富性，注重藝術(shù)感及人文氣質(zhì)營造之顯著特征的中國傳統(tǒng)園林建筑為對象，選取國家一級保護(hù)文物單位保定市古蓮花池為例，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)復(fù)原其古代真實(shí)情景，建立古蓮花池虛擬漫游系統(tǒng).通過研究實(shí)現(xiàn)以下目的:1、虛擬場景視覺、聽覺、觸覺等多方位感官體驗(yàn)真實(shí)性和豐富性的深度營造.2、提升虛擬場景藝術(shù)感和人文氣質(zhì)的內(nèi)涵，營造神形兼?zhèn)涞脑佻F(xiàn)場景.3、對大量一般且急需虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的項(xiàng)目進(jìn)行研究，使其得到有效的保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)宣傳，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.

2 古蓮花池概況及復(fù)原目標(biāo)

2.1 古蓮花池概況

古蓮花池位于歷史文化名城保定城市中心區(qū)，國家一級文物保護(hù)單位，與蘇州拙政園、北京頤和園等園林齊列中國十大歷史名園.古蓮花池始建于1227年(元)，稱“雪香園”，私家園林.1289年(元)震毀荒廢，但園中池水清澈，荷花滿園.永樂初年重建為官府附屬辦事衙門兼私人宅第.明朝后期大規(guī)模整修、擴(kuò)建.清代古蓮花池達(dá)到鼎盛時(shí)期，雍正十一年(1733)開辦蓮池書院(直隸書院)標(biāo)領(lǐng)一省學(xué)風(fēng)，名馳中外.乾隆十年(1745)，蓮池辟為皇帝行宮.二十五年，置蓮池十二景，并繪蓮池十二景圖，且附圖解和圖贊(《蓮池行宮十二景圖詠》).1900年，八國聯(lián)軍毀古蓮花池.1948年在蓮池成立了“民眾教育館”.2001年7月古蓮花池被列為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位.至今，文物工作者不斷研究古蓮花池的文化和園林藝術(shù)處理，對其進(jìn)行了很多修復(fù)和復(fù)原.

古蓮花池總面積2.4萬平方米，其中池水面積7900平方米.園景布局嚴(yán)謹(jǐn)，錯(cuò)落有序，環(huán)水置景，因荷得名.整座園林以池為主體，池水又以建在北塘中央的湖心亭為中心.池中心島分園為南北兩塘，蜿蜒曲折的東西二渠將兩塘溝通為一個(gè)整體.南塘呈半月形，外圍峭壁環(huán)峙，松柏滴翠.北塘呈不規(guī)則矩形，四周玉石堆岸，楊柳垂絲.園內(nèi)蓮池十二勝景美不勝收.入夏，荷香滿園，綠蔭鎖日;冬來，銀池玉宇，格外嫵媚，充分體現(xiàn)了我國古典園林的悠遠(yuǎn)意境，素有“城市蓬萊”之譽(yù).

2.2 復(fù)原目標(biāo)確定

古蓮花池復(fù)原參考資料包括文獻(xiàn)資料和古代圖繪，其中四副古代圖繪為復(fù)原主要依據(jù)(表1).由于古蓮花池在歷史的變遷中多次焚毀，但池水的空間布局始終如一，荷花美景一脈相承;同時(shí)，不同時(shí)代尤其是近代不同時(shí)段的建筑相互疊加在園中.由此確定以古蓮花池現(xiàn)狀院內(nèi)空間構(gòu)成和環(huán)境布局實(shí)測數(shù)據(jù)為基本框架，以古蓮花池鼎盛時(shí)期(乾隆、同治和光緒)的古圖繪存本《蓮池行宮十二景圖詠》、重繪《蓮池行宮十二景圖詠》(圖2)和《古蓮花池全景圖》所繪建筑形制和布局為主要建筑參考(這期間園區(qū)布局穩(wěn)定、景致疏密得當(dāng)，且十二景完整.后期疊加較多近代建筑，影響古蓮花池經(jīng)典意境)，同時(shí)考察其他資料，以補(bǔ)充和完善復(fù)原目標(biāo).

表1 古蓮花池復(fù)原參考古代圖繪情況一覽表

3 古蓮花池虛擬漫游系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)程序和要點(diǎn)

古蓮花池虛擬漫游系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)程序大致可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)錄入和漫游系統(tǒng)建設(shè)三部分(詳細(xì)程序見圖3).

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集包括實(shí)地勘察、調(diào)研古蓮花池附近街區(qū)及內(nèi)部環(huán)境、拍攝圖像、現(xiàn)存古建和景觀測繪、地形起伏變化分析、查閱相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)資料.以此確定復(fù)原目標(biāo)，對復(fù)原時(shí)期的古蓮花池內(nèi)部地形、河岸、建筑、景觀小品、山石景點(diǎn)做了空間整體分布重建和定位.

3.2 數(shù)據(jù)錄入

數(shù)據(jù)錄入包括:數(shù)據(jù)輸入，平面數(shù)據(jù)整理和繪制(CAD軟件、PHOTOSHOP)，建筑、地形、河岸、池塘等的三維建模(3Ds Max、VRAY).其間深入研究并設(shè)計(jì)一套模型簡化技術(shù)，以減少計(jì)算機(jī)運(yùn)算量，提高數(shù)據(jù)處理速度，是畫面更加流暢.主要包括以下技術(shù)要點(diǎn):

(1)三維建模逼真度與實(shí)時(shí)渲染之間矛盾的協(xié)調(diào).建模精細(xì)，則近觀物體細(xì)致逼真，但實(shí)時(shí)渲染大量消耗資源，整體畫面觀感不流暢;反之，雖整體畫面觀賞流暢，但近觀物體較粗糙.通過研究實(shí)現(xiàn)在建模精細(xì)度和實(shí)時(shí)渲染速度兩方面取得和諧的折衷值，在保證畫面觀感流暢的同時(shí)，滿足場景的逼真感.

(2)園林大量自然植被景觀建模技術(shù).園林內(nèi)大量、多種自然植被的配置是其不同于其它虛擬現(xiàn)實(shí)工程的關(guān)鍵.通過研究實(shí)現(xiàn)植被景觀的最優(yōu)化建模和模型層次配制，即在建構(gòu)層次豐富、搭配合理、觀感良好園林景觀的基礎(chǔ)之上，大量減少繪制數(shù)據(jù)量，保證畫面觀感流暢.

3.3 漫游系統(tǒng)建設(shè)

將建成的三維空間模型導(dǎo)入VRP虛擬漫游處理軟件(VR—Platform)，不斷進(jìn)行空間分析和調(diào)試，以還原和再現(xiàn)中國古典園林精神意境.古蓮花池漫游系統(tǒng)建立所面臨技術(shù)難點(diǎn)包括如下幾點(diǎn):相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)主要包括:

(1)虛擬漫游技術(shù)相關(guān)軟件(cad，VR—platform，3DS－Max，PHOTOSHOP，VRAY渲染平臺)的掌握和各軟件間數(shù)據(jù)良好、完整的轉(zhuǎn)換;

(2)古建筑數(shù)字化技術(shù)，幾何建模及模型導(dǎo)入技術(shù)，及三維虛擬漫游系統(tǒng)場景建立技術(shù);

(3)虛擬現(xiàn)實(shí)場景中真實(shí)感官體驗(yàn)的完善.豐富而愉悅的感官體驗(yàn)是中國園林藝術(shù)追求的目標(biāo).通過引入多重背景聲效、動態(tài)貼圖、多層次貼圖、觸發(fā)式動畫以及骨骼動畫等技術(shù)，創(chuàng)造感官豐富、身臨其境的逼真體驗(yàn)，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林景觀真實(shí)感營造方面更加完善.改變現(xiàn)實(shí)工程重視覺場景，輕聽覺、觸覺等其他感官真實(shí)性及豐富性的問題.

4 結(jié)語

經(jīng)過近兩年的不懈努力，完成了古蓮花池虛擬漫游系統(tǒng)(如圖4、5、6)的建設(shè).希望通過我們的工作能夠再現(xiàn)古蓮花池雍容華麗的風(fēng)采和濃厚的文化氣息，從而使她得到更好的宣傳，獲得更多人的關(guān)注、了解和保護(hù).

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