王昱東

【摘 要】文章主要以古建虛擬復(fù)原的設(shè)計要求為前提，介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建復(fù)原過程中的開發(fā)流程，分析了虛擬古建建模過程中的特點和技術(shù)要求，總結(jié)了開發(fā)流程中幾個重要環(huán)節(jié)的制作方法，為古建的數(shù)字化復(fù)原提供了相應(yīng)的理論和技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】流程；技術(shù)要求；復(fù)原方法

【中圖分類號】TP391 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）02-0203-04

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，部分政府機構(gòu)為了新的城市規(guī)劃需要，拆除了眾多優(yōu)秀的傳統(tǒng)古建筑。古建筑是歷史物質(zhì)遺產(chǎn)的重要部分，蘊含著深厚的文化內(nèi)涵和高超的建造工藝。然而這些先人留下的財富在當(dāng)代被快速損毀，一方面我們迫切需要呼吁政府和社會對古建進行搶救性保護，另一方面需要利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對這些傳統(tǒng)古建進行三維數(shù)字化復(fù)原，將古建帶有的大量信息進行計算機數(shù)據(jù)化保存。本文在此背景下，通過對前期實踐的歸納和整理，總結(jié)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建數(shù)字化復(fù)原領(lǐng)域的具體流程、指標(biāo)和主要方法，為古建的數(shù)字化復(fù)原提供了技術(shù)支撐。

1 古建虛擬復(fù)原的設(shè)計要求

使用虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)對古建進行數(shù)字化復(fù)原，應(yīng)當(dāng)根據(jù)古建自身的特點進行特征分析、流程設(shè)計、制作及交互的開發(fā)。完成后的虛擬古建，總體上要能夠達到以下設(shè)計要求。

1.1 真實反映古建及古建環(huán)境

為了真實地反映出中國傳統(tǒng)古建的現(xiàn)狀，一切建模的基礎(chǔ)都要基于真實的尺寸數(shù)據(jù)，并在交互展示平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)具有真實視覺感受的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)流暢的交互體驗。通過虛擬現(xiàn)實軟件制作出的虛擬古建，要準(zhǔn)確真實地還原出古代傳統(tǒng)建筑的原貌，包括建筑的平面布局、建筑結(jié)構(gòu)、材料、紋理、環(huán)境等特征，同時并可以模擬各類不同的天氣及光影變化。

1.2 實現(xiàn)流暢的實時交互

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心問題是實現(xiàn)人機的實時交互，沒有交互的展示就不能稱之為虛擬現(xiàn)實。所以，用戶通過虛擬現(xiàn)實軟件制作出的虛擬古建不僅能夠使用鍵盤機鼠標(biāo)來實現(xiàn)人機的交互，有時也可以通過某些特制的硬件設(shè)備，如3D顯示屏、眼鏡、頭盔等實現(xiàn)更好的交互效果。在交互的過程中，為了保證交互的流暢性，必須進行模型貼圖的優(yōu)化處理，以獲得更好的交互速度，為用戶提供更好的交互體驗。用戶在進行人機交互的過程中，可以選擇第一人稱視角、第三人稱視角、漫游等形式對虛擬古建進行觀察與研究，通過交互方式的切換，可以全面地觀測到建筑的整體、局部構(gòu)件及環(huán)境，所以在制作時要保證實現(xiàn)交互的流暢性。

1.3 實現(xiàn)有效的瀏覽和研究價值

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建出來的虛擬古建，目的是供用戶進行瀏覽研究及應(yīng)用。用戶可以根據(jù)各自的需求對虛擬古建進行分析，從而獲得有用的信息。在完成后的虛擬古建中，用戶可以隨時隨地對古建進行觀測。除了滿足瀏覽功能外，虛擬古建必須能夠輔助古建行業(yè)的研究者制定和完善古建修繕方案，研究人員可以根據(jù)各自的專業(yè)領(lǐng)域、各自的研究方向等共同對古建的修繕提出針對性建議。另外，虛擬古建還必須能夠有效規(guī)避古建修繕工程中的風(fēng)險。研究者可以在虛擬現(xiàn)實中觀測到不同的修繕結(jié)果，提高了修繕方案的準(zhǔn)確性。

1.4 能夠提供完整的數(shù)據(jù)資料

通過虛擬真實性復(fù)原的方式，構(gòu)建在虛擬現(xiàn)實平臺上特定的虛擬古建將包含完整的古建可視化數(shù)據(jù)資料。包括古建的平面布局、架構(gòu)體系，構(gòu)件的規(guī)制、材料和工藝，古建的裝飾內(nèi)容、工藝及環(huán)境等資料。當(dāng)然還能提供相關(guān)的文字及影像資料。這些虛擬古建上的數(shù)據(jù)資料不會因為外部環(huán)境的變化而消失，是行之有效的長期保存資料的方式。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)復(fù)原古建的基本流程

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對傳統(tǒng)古建的復(fù)原，是一個工序復(fù)雜嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性較強的開發(fā)過程，這個過程包含眾多的制作環(huán)節(jié)，當(dāng)然在制作的過程中也會因為開發(fā)工具的不同導(dǎo)致開發(fā)流程有所不同，本文中虛擬現(xiàn)實古建的開發(fā)流程是基于“無錫惠山古鎮(zhèn)李公祠真實性復(fù)原的實現(xiàn)”項目的基礎(chǔ)上進行總結(jié)而成的。具體主要分為以下幾個環(huán)節(jié)（如圖1所示）。

圖1 虛擬古建開發(fā)流程圖

2.1 虛擬古建整體框架設(shè)計

為了能夠反映出傳統(tǒng)古建最真實的狀態(tài)，整體的框架設(shè)計是最后所呈現(xiàn)效果的保障，它是整個虛擬現(xiàn)實開發(fā)流程的基礎(chǔ)。只有一個合理的框架設(shè)計，才能保證人與虛擬古建交互的過程中所觸發(fā)的一系列事件能夠順利進行。在考慮整體框架設(shè)計時主要有以下問題需要注意。

（1）虛擬古建將以何種方式進行項目展示，以及最終的制作成果有哪些。

（2）用戶在瀏覽和使用該虛擬古建時，實現(xiàn)何種交互方式和交互體驗。

（3）最終該應(yīng)用的使用價值如何體現(xiàn)。

2.2 創(chuàng)建虛擬古建的相關(guān)流程

2.2.1 數(shù)據(jù)資料的采集與整理

資料的采集環(huán)節(jié)對于古建的真實性復(fù)原具有決定性的意義，無論是原始資料的收集、外觀造型的尺寸采集還是影像資料的采集，都要以真實性作為采集的基本原則，要保證后期建模過程資料的真實可靠性，防止出現(xiàn)因資料的采集問題而使整個展示平臺失去其使用價值的情況。數(shù)據(jù)資料的采集主要包含：？譹？訛傳統(tǒng)古建的資料收集，包含歷史文獻資料、重建修繕資料及網(wǎng)絡(luò)上資料的收集與整理。力求找到最原始的一手資料。？譺？訛收集與整理古建的相關(guān)測繪數(shù)據(jù)與圖紙，為保證數(shù)據(jù)的真實性，部分能夠?qū)嵉販y量的數(shù)據(jù)盡可能去進行實地的數(shù)據(jù)采集。？譻？訛為了保證虛擬古建外觀造型上的真實性，應(yīng)盡可能去現(xiàn)場進行古建結(jié)構(gòu)、紋理貼圖的影像數(shù)據(jù)采集。涉及紋理貼圖部分應(yīng)當(dāng)用計算機二維軟件進行后期處理。

2.2.2 虛擬古建模型的創(chuàng)建

三維數(shù)字化古建模型是整個虛擬現(xiàn)實平臺的主要展示內(nèi)容，所有的工作都是圍繞它加以展開，模型的制作是整個虛擬現(xiàn)實平臺最重要的制作環(huán)節(jié)。通常使用三維制作軟件3DsMax進行所有模型的創(chuàng)建，由于使用該軟件所創(chuàng)建的模型都是實體模型，而且為了保證古建還原的真實性，將盡可能真實地創(chuàng)建古建所有的建筑構(gòu)件部分，所以這也將是耗時最多的環(huán)節(jié)。

2.3 虛擬古建模型的貼圖賦予

為了保證虛擬古建復(fù)原的真實性，除建模環(huán)節(jié)需要對原始的建筑構(gòu)件進行模型創(chuàng)建外，包裹在模型表面的紋理貼圖的真實感也直接影響到虛擬古建的真實性。所以，要把相機采集的原始真實的建筑構(gòu)件照片進行后期處理，如將帶有透視的影像處理成平面的貼圖素材，處理采集到的素材的偏色問題等。在行業(yè)內(nèi)有著“三分模型，七分材質(zhì)”的說法，可見貼圖部分也是要格外注重的制作環(huán)節(jié)，它將直接影響古建復(fù)原的真實性及用戶在與平臺交互時的感受。

2.4 虛擬古建模型與貼圖的優(yōu)化與整合

對三維數(shù)字化古建模型進行優(yōu)化的目的是進一步提高其在導(dǎo)入虛擬平臺后的運行速度，保證用戶在使用該平臺的過程中有流暢和良好的用戶體驗。為了保證運行速度，必須對模型進行優(yōu)化，必要時可以降低模型的精度。為此需要做如下工作：？譹？訛檢查建模過程中部分構(gòu)件的建模方式、模型的布線方式等是否一致。？譺？訛檢查模型是否存在子對象的交叉、重疊等錯誤現(xiàn)象。？譻？訛對部分構(gòu)件的不可見面進行刪除，盡可能地精簡模型面數(shù)。？譼？訛對模型的貼圖進行優(yōu)化，在保證貼圖能夠充分反映模型表面細(xì)節(jié)的情況下，盡可能地減小貼圖的文件大小。

2.5 虛擬古建交互功能的實現(xiàn)

將賦予好紋理貼圖的古建模型導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實交互制作軟件，在該軟件中進行交互功能的開發(fā)，使原先靜態(tài)的古建模型實現(xiàn)各種交互功能，并加載設(shè)計相關(guān)的環(huán)境要素。如果是非計算編程類開發(fā)者，可以選用圖形化的虛擬現(xiàn)實交互制作團建，比如Unity 3 D，它能大量減少編程方面的工作。

2.6 虛擬古建的發(fā)布

創(chuàng)建完交互后的虛擬古建通常在交互軟件中進行發(fā)布，Unity 3D可以在Windows、Mac、Android等多系統(tǒng)中進行發(fā)布運行，目前用Unity 3D開發(fā)的虛擬交互一般都是在wingows上進行發(fā)布，采用兩種發(fā)布形式：exe可執(zhí)行文件發(fā)布和網(wǎng)頁發(fā)布。由于用Unity 3D開發(fā)的交互文件通常運行數(shù)據(jù)量龐大的場景文件，因此更加適合執(zhí)行exe格式的文件，并在獨立的計算機硬件平臺上運行。同時Unity 3D也能夠以網(wǎng)頁的形式進行發(fā)布，但是在后期瀏覽的時候要安裝unity web player插件。

3 虛擬古建建模的特點及主要技術(shù)要求

3.1 虛擬古建模型建模的特點

傳統(tǒng)古建筑的建筑結(jié)構(gòu)特點，導(dǎo)致古建建模時較其他物體建模有其自身的特點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）模型必須具備一定的可復(fù)制性和可修改性。由于傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的榫卯式連接方式，在創(chuàng)建一個建筑構(gòu)件模型時往往需要花費很長的時間，一棟單體古建模型往往需要幾千上萬個構(gòu)件模型組合，因此有些重要的建筑構(gòu)件要進行標(biāo)準(zhǔn)化建模，在標(biāo)準(zhǔn)化的模型基礎(chǔ)上進行復(fù)制和修改。

（2）模型必須有較強的真實性。古建及環(huán)境模型在創(chuàng)建時必須有一定的歷史資料、現(xiàn)場拍攝和測繪資料，保證三維模型能夠真實地反映出古建的歷史原貌。

（3）虛擬構(gòu)件的材質(zhì)紋理在賦予模型時必須考慮合適的貼圖映射方式，并及時進行參數(shù)上的細(xì)節(jié)修改。

（4）在交互操作時，場景界面和模型應(yīng)提供相應(yīng)提示，使得交互能按意圖進行。

3.2 虛擬古建建模的主要技術(shù)要求

對古建進行計算機三維建模是虛擬現(xiàn)實技術(shù)中最基礎(chǔ)的，同樣也是最關(guān)鍵的技術(shù)之一，三維模型的質(zhì)量直接影響到虛擬古建的應(yīng)用價值和研究價值。建立一個優(yōu)質(zhì)的古建模型能夠確保后面其他環(huán)節(jié)工作的意義。目前，計算機三維軟件大多可以應(yīng)用在虛擬模型的創(chuàng)建上，比如Autodesk 3Ds MAX、Maya、UG等。無論使用何種建模軟件，在對虛擬古建建模時均要滿足以下技術(shù)要求。

（1）精確性。對古建構(gòu)件進行三維建模后衡量模型精確性。

（2）廣泛性。模型能否全方位地展示古建的整體與細(xì)節(jié)。

（3）真實性。模型是否能夠真實地反映出古建整體與局部的現(xiàn)狀。

（4）易操作性。模型的建模過程是十分復(fù)雜和漫長的，模型的制作者應(yīng)盡可能地的將構(gòu)件全面精細(xì)地表現(xiàn)出來，并形成一套可復(fù)制的建模流程。

（5）顯示速度。應(yīng)用程序在演示交互功能時往往需要耗費大量時間，要盡可能縮短交互時的響應(yīng)時間，否則會影響到人的使用和研究人情。

（6）實時顯示。在三維的虛擬環(huán)境中，模型的現(xiàn)實必須在特定的幀率上，這就要求更快的顯示模式和更少的模型面數(shù)。

3.3 虛擬古建紋理貼圖的主要技術(shù)要求

為了真實地復(fù)原中國傳統(tǒng)古建，展示古建自身建筑材料的特點及表面的裝飾工藝，需要對數(shù)字化模型進行紋理貼圖的處理，從而需要大量的貼圖紋理資料，因此對這些紋理貼圖資料從采集、處理到優(yōu)化都提出了較高的技術(shù)要求。

（1）精確性。貼圖采集時的位圖像素質(zhì)量要滿足近距離觀測模型的需要。

（2）真實性。在貼圖采集時，貼圖能否全面地展示出建筑表面的紋理材質(zhì)特征及與現(xiàn)存狀態(tài)一致的表面殘損情況。

（3）可重復(fù)性。處理后的貼圖能夠盡可能地重復(fù)利用，減少貼圖采集難度，在保證模型真實性的同時減少貼圖采集和處理的工作量。

（4）光影感。在三維軟件中進行紋理貼圖賦予前，要對各貼圖進行質(zhì)感及光影處理。

（5）統(tǒng)一的比例。在給模型進行紋理貼圖時，古建模型構(gòu)件上的貼圖比例要協(xié)調(diào)一致。

4 虛擬古建的構(gòu)建方法

4.1 虛擬古建模型的創(chuàng)建

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建的三維模型，是整個系統(tǒng)的核心。它直觀地呈現(xiàn)出物體的形式、外觀造型、色彩等重要信息。它為用戶構(gòu)建出了一個能進行實時交互的三維虛擬環(huán)境。在虛擬環(huán)境中的對象不僅要求在造型上與真實物體一致，而且要求在材質(zhì)、光影等方面都能盡可能真實地反映出物體的真實狀態(tài)。一般通過3個步驟來完成三維模型的創(chuàng)建：首先進行幾何形態(tài)建模，主要建立三維場景的幾何模型；其次進行材質(zhì)建模，通過對幾何模型進行材質(zhì)賦予和燈光設(shè)置進行處理；最后進行模型的動態(tài)設(shè)置，對三維模型進行關(guān)鍵幀動畫設(shè)置。

三維模型是圍繞笛卡爾的坐標(biāo)系統(tǒng)進行設(shè)計的，能夠非常精確地對模型進行控制與定位，所有的建模工作都是圍繞這一坐標(biāo)進行的。目前的人工建模方法主要有3種：Polygon建模、NURBS建模、圖像建模。無論采用何種建模方式，在保證模型質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能減少模型的面數(shù)來優(yōu)化模型，這樣可以提高顯示速度，讓使用更為順暢。

4.2 虛擬古建模型的優(yōu)化

為了真實地復(fù)原傳統(tǒng)古建，在建模過程中，往往都會按照古建的結(jié)構(gòu)，建筑上分、建筑中分、建筑下分獨立建模，因此會涉及數(shù)量龐大的建筑構(gòu)件模型。由于數(shù)據(jù)量過大，會大大降低計算機的運行速度，降低人們的交互體驗，因此對模型進行優(yōu)化是必不可少的環(huán)節(jié)。可采用實例復(fù)制進行優(yōu)化以減少系統(tǒng)的內(nèi)存消耗；采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以對模型面數(shù)進行控制；采用LOD技術(shù)優(yōu)化能提高運算速度，增強用戶的交互體驗。

（1）利用實例復(fù)制技術(shù)對古建模型進行優(yōu)化。實例復(fù)制（Instance）是三維建模過程中對模型進行復(fù)制的一種方式，選用實例優(yōu)化的主要目的是在已經(jīng)創(chuàng)建好的構(gòu)建模型基礎(chǔ)上進行復(fù)制后，能夠節(jié)省大量的系統(tǒng)資源消耗，雖然被復(fù)制出的模型跟原模型有著不同的地理坐標(biāo)，但他們共同分享著一個模型數(shù)據(jù)。由于在傳統(tǒng)古建中會出現(xiàn)大量相同建筑構(gòu)件，而這些構(gòu)件大都采用多邊形建模的方式創(chuàng)建，模型表面的面數(shù)極多，因此使用實例復(fù)制的方式一方面能夠大大減少內(nèi)存消耗，加快屏幕的實時顯示速度，并且提升虛擬現(xiàn)實整體環(huán)境的交互速度，另一方面也極大地減少了對相同構(gòu)件重復(fù)建模的工作量。

（2）利用模型自身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。傳統(tǒng)古建的建筑構(gòu)件數(shù)量龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在建模過中，由于要反映建筑真實性的要求，每個構(gòu)件都會被完整地創(chuàng)建出來，但在后期建筑構(gòu)件相互連接的過程中，許多構(gòu)件與構(gòu)件的結(jié)合處會出現(xiàn)很多隱藏的四邊面，這些是無法被看到的。這些數(shù)量龐大的隱藏面會占用大量的系統(tǒng)資源，因此可以將這些看不見或注意不到的面進行刪除，簡化模型的結(jié)構(gòu)。此外，在對構(gòu)件進行建模前，要估算好控制模型精度所需要的分段數(shù)（Segments），盡可能用較少的分段數(shù)創(chuàng)建高質(zhì)量的模型。

（3）在虛擬現(xiàn)實軟件中對模型的LOD優(yōu)化。LOD是“Levels of Detail”的簡稱，意為多細(xì)節(jié)層次。LOD優(yōu)化根據(jù)模型在現(xiàn)實環(huán)境中所處的位置和重要性來決定渲染資源的配置，通過降低遠(yuǎn)處或非重要物體的面數(shù)，提升渲染和現(xiàn)實的速度。

三維建模后的傳統(tǒng)古建模型，往往都是由大量的三維建筑構(gòu)件所組成，這些構(gòu)件在實例和結(jié)構(gòu)優(yōu)化后仍然會有龐大的邊面數(shù)，仍會影響系統(tǒng)的運行速度，進而影響虛擬現(xiàn)實的交互速度，因此需要采用LOD技術(shù)對模型的顯示進行實時管理。

4.3 虛擬古建模型材質(zhì)紋理的優(yōu)化

虛擬古建模型創(chuàng)建結(jié)束后，需要給各類構(gòu)件模型進行不同類型的材質(zhì)賦予。將照相機采集后的高清圖片使用計算機平面處理軟件Photshop進行無縫處理，然后通過三維軟件的材質(zhì)編輯器進行各種紋理貼圖的參數(shù)化修改。不同的材質(zhì)類型應(yīng)用不同的材質(zhì)球類型進行編輯，而后賦予相應(yīng)的建筑構(gòu)件模型。

在構(gòu)件模型賦予材質(zhì)的過程中，可以通過貼圖坐標(biāo)（UVW Mapping）修改器對模型表面的紋理貼圖進行映射方式的修正，優(yōu)化貼圖與模型的坐標(biāo)匹配。還可以通過使用透明貼圖及貼圖烘焙的方法來優(yōu)化模型的紋理貼圖。

（1）使用（UVW Mapping）修改器糾正模型貼圖坐標(biāo)。每一個構(gòu)件模型都要單獨進行材質(zhì)賦予，在給對象賦予材質(zhì)的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)二維貼圖的坐標(biāo)位置UVW與模型的坐標(biāo)位置XYZ不匹配現(xiàn)象，導(dǎo)致模型表面無法匹配正確的現(xiàn)實貼圖的材質(zhì)紋理，因此需要給模型添加UVW Mapping修改器，來糾正貼圖的映射顯示方式及尺寸。UVW Mapping修改器能通過對模型自身UVW坐標(biāo)調(diào)整來改變貼圖位置及尺寸，修改器包含有平面、柱形、球形、收縮包裹、長方體、面、XYZ、UVW 7種映射顯示方式，它能夠?qū)Σ煌庥^造型的構(gòu)建進行正確的貼圖坐標(biāo)調(diào)整，甚至還能調(diào)整群組模型的紋理貼圖效果。

（2）透明貼圖技術(shù)的應(yīng)用。傳統(tǒng)古代建筑格外注重各類構(gòu)件的裝飾性，在這些具有裝飾性的構(gòu)件中有一類是采用透雕手法進行雕刻，構(gòu)件呈現(xiàn)出立體鏤空狀態(tài)，并且由于在建筑中安裝的位置不同，所雕刻的內(nèi)容也各有差異，比如各類鏤空窗花、隔斷屏風(fēng)等。如果在虛擬模型中將這類構(gòu)件全部進行多邊形實體創(chuàng)建，建模工作量將無法估算，耗時耗力，并且最終古建模型的面數(shù)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出交互軟件的承載能力，導(dǎo)致模型導(dǎo)入后，在進行交互設(shè)計的過程中發(fā)生錯誤。因此，一般采用透雕工藝的裝飾構(gòu)件，可以通過透明貼圖技術(shù)來替代實體模型的創(chuàng)建。

（3）貼圖烘焙技術(shù)的應(yīng)用。貼圖的烘焙主要是指將三維軟件創(chuàng)建出的虛擬光源信息、紋理貼圖信息等生成一張平面貼圖，將這張貼圖賦予模型，使具有這張烘焙貼圖的模型無需進行渲染就包含光源、明暗、陰影等信息。這是三維模型創(chuàng)建時的重要環(huán)節(jié)，目前常用的烘焙方式主要有Complete Map與Lighting Map 2種。Complete Map烘焙方式，烘焙的貼圖保存了良好的光源信息，效果較好，但由于其要求烘焙的尺寸較大，因此用在一些小的構(gòu)件模型上。Lighting Map烘焙方式，可以保留清晰的紋理信息，與前者相比，光影感較弱，適合用在面積較大的模型上，比如臺基、山墻等。

4.4 虛擬古建交互功能的實現(xiàn)

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行古建的真實性復(fù)原，就是希望借助虛擬現(xiàn)實軟件將普通的靜態(tài)古建影像和動態(tài)古建巡游動畫加以升級，實現(xiàn)古建與人的交互功能，通過用戶的操作，全方位地去了解古建的整體到局部、材料到裝飾等方面的實際問題。充分應(yīng)用虛擬現(xiàn)實的交互性，讓人能夠產(chǎn)生一定的沉浸感。通過Unity 3D軟件平臺基本能夠?qū)崿F(xiàn)以下交互功能。

4.4.1 交互式漫游功能的實現(xiàn)

通過三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)人與物的自由交互，這是最基本的交互功能，同時也是最實用的交互功能。虛擬展示平臺的用戶可以通過鍵盤、鼠標(biāo)、界面或觸摸屏等硬件自由地控制整個虛擬古建，并能夠?qū)崿F(xiàn)多視角的自由瀏覽。

（1）第一人稱視角漫游交互。采用第一人稱視角漫游方式，用戶將屏幕作為自身的視野范圍。通過鼠標(biāo)和鍵盤的操作，能夠清晰地觀察到虛擬場景中在物體，能夠自由地穿行于虛擬古建場景中并進行實時的交互。用戶通過鍵盤上的“W、S、A、D”四個字母案件來控制攝像機也就是視點的位置：“W”向前移動、“S”向后移動、“A”向左移動、“D”向右移動。并通過鼠標(biāo)左鍵來模擬視角各方向上的轉(zhuǎn)動。

（2）第三人稱視角漫游交互。有時使用第一人稱視角進行漫游交互，會受到較大的視覺局限性，從模型的整體到局部，有些未能觀測清楚。使用第三人稱視角漫游就能夠很好地解決這一問題。第三人稱視角相對比較自由，它可以通過俯視觀察到這個場景的全貌，也可以通過控制視點的遠(yuǎn)近來觀察古建的細(xì)節(jié)部分，如具體的構(gòu)建結(jié)構(gòu)、紋理貼圖等。用戶可以操作鼠標(biāo)的左鍵和滾輪來控制第三人稱視角的交互漫游。當(dāng)然這種交互方式的真實感和沉浸性也會受到一定的影響。

（3）路徑漫游交互。為了減少用戶的硬件操作，Unity 3D可以預(yù)先進行行走路徑的設(shè)定。在制作過程中對攝像機進行路徑綁定，讓攝像機按照預(yù)先設(shè)定好的路徑進行運動，用戶就可以直接觀測，這個功能方便那些對計算機操作不熟悉的用戶使用。路徑漫游交互較為適合普通的瀏覽者使用，并且只能對古建進行比較粗略的瀏覽欣賞。

4.4.2 交互界面的實現(xiàn)

在完成后的虛擬古建展示平臺中，需要相應(yīng)的操作界面才能實現(xiàn)人機交互的功能。用戶通過鼠標(biāo)去控制操作按鈕，完成人與計算機的交互行為。因此，友好的操作界面能夠讓用戶更為簡易地對虛擬展示平臺進行操作，可以提升用戶的交互體驗。交互界面的設(shè)計成為整個虛擬交互平臺實現(xiàn)人機交互的重要媒介。

4.4.3 信息交互的實現(xiàn)

在使用虛擬平臺的過程中，用戶無論使用何種瀏覽方式，在瀏覽的過程中，都可以用鼠標(biāo)點擊場景中的建筑構(gòu)件，屏幕會彈出所點構(gòu)件的信息窗口。再次點擊窗口下方的返回按鈕即可返回建筑場景中。這種信息交互功能的實現(xiàn)需要花費大量時間把大量的信息輸入電腦。

4.4.4 虛擬季節(jié)氣候的實現(xiàn)

在虛擬古建展示平臺中，用戶可以通過菜單欄設(shè)置春夏秋冬4個不同的季節(jié)，通過人為的切換完成虛擬古建在不同的季節(jié)氣候環(huán)境中的效果。有些效果需要借助軟件中的著色器才能實現(xiàn)，比如霧氣效果需要通過著色器中的通道渲染命令完成；而一些下雪的視覺效果，就需要通過軟件中的粒子系統(tǒng)來實現(xiàn)。

5 總結(jié)

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，我們能夠全方位地展示中國傳統(tǒng)古建筑的結(jié)構(gòu)之美、肌理之美，能夠有效地記錄和保護這一民族瑰寶。本文主要將無錫惠山古鎮(zhèn)李公祠開發(fā)過程中的經(jīng)驗進行歸納總結(jié)，提出了古建數(shù)字化復(fù)原的設(shè)計要求，分析了古建虛擬創(chuàng)建的流程及主要技術(shù)要求。相關(guān)從業(yè)者也能通過此文了解虛擬古建的復(fù)原過程。

參 考 文 獻

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