洪海洋

華中科技大學(xué) 湖北 武漢 430070

引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)開(kāi)發(fā)的一種全新的實(shí)用技術(shù)。尤其是在20世紀(jì)末，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展迅速，并與計(jì)算機(jī)數(shù)字媒體技術(shù)的關(guān)系緊密，并且它在設(shè)計(jì)領(lǐng)域也發(fā)展迅速，已被廣泛使用。本文旨在對(duì)傳統(tǒng)民居的延續(xù)與創(chuàng)新進(jìn)行研究與分析，通過(guò)現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)繼承歷史文化的傳統(tǒng)民居進(jìn)行數(shù)字化虛擬化，以展示中國(guó)傳統(tǒng)民居文化，并繼續(xù)推廣優(yōu)秀的中國(guó)傳統(tǒng)民居文化。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

顧名思義，所謂的虛擬現(xiàn)實(shí)就是虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合。從理論上講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。它使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)生成虛擬環(huán)境，使用戶沉浸在該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在使用現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算機(jī)技術(shù)處理產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，并將其與計(jì)算機(jī)、手機(jī)、VR眼鏡等各種輸出設(shè)備組合在一起，使其成為人們可以感覺(jué)到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)物體，也可以是我們無(wú)法用肉眼觀察到的物質(zhì)，它是通過(guò)三維模型表達(dá)的。由于這些現(xiàn)象不是我們可以直接看到的，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬的真實(shí)世界，因此稱為虛擬現(xiàn)實(shí)[1]。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

（1）沉浸性

沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要和最顯著的特征，它使用戶感到自己是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建的環(huán)境的一部分。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸感取決于用戶的感知系統(tǒng)。當(dāng)用戶感知虛擬世界時(shí)，包括觸覺(jué)、味覺(jué)、氣味、動(dòng)作感知等刺激都會(huì)產(chǎn)生思想共鳴，引起心理沉浸，就像進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界一樣。

（2）交互性

交互性是指用戶在虛擬環(huán)境中，對(duì)對(duì)象的可操作性以及來(lái)自環(huán)境的自然反饋程度。用戶進(jìn)入虛擬空間，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)允許用戶與環(huán)境進(jìn)行交互。當(dāng)用戶執(zhí)行某種操作時(shí)，周圍的環(huán)境也會(huì)以某種方式做出反應(yīng)。如果用戶觸摸虛擬空間中的對(duì)象，則用戶應(yīng)該能夠感覺(jué)到，如果用戶移動(dòng)了對(duì)象，則對(duì)象的位置和狀態(tài)也應(yīng)該發(fā)生變化[2]。

（3）多感知性

多感知性意味著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)具有多種感知方法，例如聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有人們擁有的所有感知功能。由于相關(guān)技術(shù)的局限性，大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的感知功能目前僅限于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸摸、運(yùn)動(dòng)等。

（4）構(gòu)想性

構(gòu)想性也稱為想象力，在虛擬空間中，用戶可以與周圍的對(duì)象進(jìn)行交互，擴(kuò)大認(rèn)知范圍，并創(chuàng)建不存在客觀世界的場(chǎng)景或不可能的環(huán)境。當(dāng)用戶進(jìn)入虛擬空間，根據(jù)他自己的感覺(jué)和認(rèn)知能力吸收知識(shí)，發(fā)散和拓寬他的思想并創(chuàng)建新的概念和環(huán)境時(shí)，就可以創(chuàng)立新的概念和環(huán)境。

（5）自主性

自主性是指虛擬環(huán)境中的對(duì)象根據(jù)物理定律移動(dòng)的規(guī)則。例如，當(dāng)用力推動(dòng)時(shí)，物體將沿力的方向移動(dòng)，翻倒或從桌子掉落到地面等。

2 傳統(tǒng)民居概念簡(jiǎn)述

中國(guó)歷史悠久，土地遼闊，自然地理環(huán)境多樣，社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境多樣。長(zhǎng)期以來(lái)，每個(gè)地區(qū)都在不斷形成各種形式的傳統(tǒng)民居，這些傳統(tǒng)民居受到當(dāng)?shù)丨h(huán)境的強(qiáng)烈影響，生動(dòng)地反映了人與自然之間的關(guān)系。傳統(tǒng)民居是我們通常所說(shuō)的“老村莊”，是傳統(tǒng)村落的基本形式。隨著人類文明的發(fā)展，古老的村莊逐漸發(fā)展。中國(guó)傳統(tǒng)民居深受中國(guó)傳統(tǒng)思想的影響，注重與自然和諧相處，防御、詩(shī)歌、繪畫等布局特征很多。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，一些中國(guó)傳統(tǒng)民房被摧毀或消失，如何保護(hù)和傳承這些古老村莊的文化非常重要，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。中國(guó)傳統(tǒng)民居的范圍非常廣泛，包括各種形式和豐富的文化資源[3]。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用在傳統(tǒng)民居建筑中的重要意義

通常我們習(xí)慣于將這些傳統(tǒng)民居手繪記錄在紙質(zhì)文本上或者照片記錄，但是在數(shù)據(jù)調(diào)查等中，這些方法有一定的局限性，它們都是片面的和平面的，無(wú)法顯示更加立體的傳統(tǒng)民居，不能滿足人們的可視化要求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)非常適合此需求，并且通過(guò)數(shù)據(jù)的收集，處理和分類，進(jìn)行了虛擬構(gòu)建，最終進(jìn)行了展示和傳播。將3D采集技術(shù)、遙感測(cè)繪技術(shù)、數(shù)字影像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等與傳統(tǒng)民居建筑相結(jié)合，對(duì)于保護(hù)和延續(xù)傳統(tǒng)民居建筑具有重要的意義。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中模擬傳統(tǒng)民居和再現(xiàn)文化內(nèi)涵的關(guān)鍵在于交互性的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)，我們可以在虛擬環(huán)境中更深入地感受環(huán)境的空間變化并沉浸其中。同時(shí)，我們對(duì)虛擬環(huán)境的反應(yīng)也會(huì)收到相應(yīng)的反饋，交互的本質(zhì)在于有效的信息反饋。與真實(shí)環(huán)境或物體相比，虛擬空間的交互性可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息更新和實(shí)時(shí)交互。過(guò)去人們受時(shí)間和空間的限制，常常無(wú)法親自體驗(yàn)傳統(tǒng)的民居建筑以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，但是數(shù)字虛擬空間為人們提供了方便，自由且靈活的參與體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，因此，人們可以通過(guò)在虛擬傳統(tǒng)民居的交互體驗(yàn)和學(xué)習(xí)，從而激發(fā)了他們保護(hù)傳統(tǒng)民居的意識(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為我們架起了一座創(chuàng)新的橋梁，使我們可以隨時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的傳統(tǒng)民居，這大大提高了人們的參與度，也就是傳統(tǒng)民居文化的延續(xù)[4]。

3.1 傳統(tǒng)民居建筑虛擬現(xiàn)實(shí)的文化價(jià)值

習(xí)總書(shū)記深刻指出："文化是一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族的靈魂?！睂?duì)于正在進(jìn)行中國(guó)特色社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，正在邁向中華民族偉大復(fù)興宏偉目標(biāo)的偉大國(guó)家來(lái)說(shuō)，文化自信起著重要的支撐作用。而傳統(tǒng)民居建筑歷史文化底蘊(yùn)豐富，具有獨(dú)特的文化藝術(shù)價(jià)值和科學(xué)價(jià)值，還能給人們帶來(lái)一種特殊的文化體驗(yàn)。然而隨著現(xiàn)代化的發(fā)展和傳統(tǒng)民居其自身的建造材料等原因，全國(guó)有許多優(yōu)秀的傳統(tǒng)民居建筑已經(jīng)被破壞或者消失不見(jiàn)，但是現(xiàn)在通過(guò)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，已經(jīng)能多角度全方面地將傳統(tǒng)民居的建筑整體畫面模擬出來(lái)，能較好地解決這一問(wèn)題，對(duì)于傳承傳統(tǒng)民居建筑文化具有重要的意義。

3.2 傳統(tǒng)民居建筑虛擬現(xiàn)實(shí)的文化體驗(yàn)

中國(guó)傳統(tǒng)民居建筑具有各自獨(dú)特的特點(diǎn)和藝術(shù)文化內(nèi)涵。傳統(tǒng)民居建筑進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的主要目的不僅僅只是簡(jiǎn)單的在計(jì)算機(jī)中虛擬出傳統(tǒng)民居建筑，而是應(yīng)該追求更加高層次的目標(biāo)，那就是在虛擬現(xiàn)實(shí)中把傳統(tǒng)民居建筑的特點(diǎn)和藝術(shù)文化內(nèi)涵表現(xiàn)出來(lái)，讓用戶通過(guò)傳統(tǒng)民居建筑虛擬現(xiàn)實(shí)的參與過(guò)程得到相關(guān)的文化體驗(yàn)，進(jìn)而滿足人們精神層面的需求，豐富人們的精神世界。這也正是體驗(yàn)者和創(chuàng)作者的追求。文化體驗(yàn)是一種人的行為，這種文化體驗(yàn)是帶給用戶感官、行為、思維和情感體驗(yàn)。換而言之，需要有行為的主體和行為的對(duì)象。在傳統(tǒng)民居建筑數(shù)字化虛擬中進(jìn)行的文化體驗(yàn)，用戶是主體，他通過(guò)操縱電腦、手機(jī)或者VR眼鏡等外部設(shè)備在數(shù)字虛擬環(huán)境中進(jìn)行沉浸式的瀏覽，來(lái)體驗(yàn)數(shù)字化虛擬呈現(xiàn)的傳統(tǒng)民居建筑藝術(shù)、文化的載體，并且這種文化體驗(yàn)在一定程度上可以傳承傳統(tǒng)民居建筑的文化內(nèi)涵，對(duì)于傳承文化，建立文化自信具有重要意義[5]。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在傳統(tǒng)民居建筑中的應(yīng)用分析

4.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在傳統(tǒng)民居再現(xiàn)中的應(yīng)用原則和要求

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬傳統(tǒng)民居的最重要原則就是真實(shí)生動(dòng)的還原。首先，我們可以參考相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并整理出與傳統(tǒng)民居相關(guān)的傳統(tǒng)民居的大小，制造材料，房屋布局和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等相關(guān)數(shù)據(jù)。使用3D采集技術(shù)和遙感測(cè)繪技術(shù)對(duì)居住空間的布局進(jìn)行建模并建立傳統(tǒng)民居的建筑模型，當(dāng)然我們還必須根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)推測(cè)真實(shí)條件，并使用最原始的傳統(tǒng)民居建筑外觀模擬它。

建立傳統(tǒng)民居模型后，需要根據(jù)實(shí)際需要對(duì)所需材料進(jìn)行調(diào)查和分類，并記錄材料各部分的紋理和其他屬性，例如地板、墻壁、桌子和椅子等的紋理和屬性。然后使用3D軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，并在模型中顯示實(shí)際的材料屬性，以實(shí)現(xiàn)較高的還原效果。然后模擬周圍環(huán)境，燈光照明和其他傳統(tǒng)建筑的其他因素。因此，傳統(tǒng)民居建筑文化得到了很好的保存和繼承，也為后來(lái)的人研究和學(xué)習(xí)傳統(tǒng)民居建筑提供了更加真實(shí)的資料[6]

4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用案例分析

以數(shù)字敦煌成功的經(jīng)驗(yàn)為例，它是一項(xiàng)敦煌文化保護(hù)的虛擬工程。該工程包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和交互現(xiàn)實(shí)三個(gè)部分，使敦煌文化瑰寶數(shù)字化，打破時(shí)間、空間限制，滿足人們游覽、欣賞、研究等需求。我們亦可以借鑒經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用3D采集技術(shù)與測(cè)繪遙感技術(shù)對(duì)特定傳統(tǒng)民居進(jìn)行信息采集虛擬在電腦里，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，使傳統(tǒng)民居數(shù)字化，集文化保護(hù)、文化教育、文化旅游于一體，亦是對(duì)傳統(tǒng)民居文化的延續(xù)和保護(hù)。

2020年4月15日晚，敦煌超感知影像首秀，敦煌研究院與華為合作，共同用5G、AI、VR等新技術(shù)展現(xiàn)了數(shù)字化的莫高窟。借助華為的河圖技術(shù)，游客也無(wú)須進(jìn)到洞窟，在外面只要通過(guò)華為手機(jī)就能觀看洞窟內(nèi)的壁畫。華為AR地圖利用數(shù)字敦煌高精度壁畫圖像和洞窟三維模型，同時(shí)內(nèi)置精美的數(shù)字內(nèi)容和專業(yè)的全系講解，例如覆蓋全部參觀區(qū)域的AR導(dǎo)引，可以為游客帶來(lái)沉浸式的參觀體驗(yàn)。以此為經(jīng)驗(yàn)，虛擬出傳統(tǒng)民居建筑，在手機(jī)平臺(tái)輸出互動(dòng)，為觀眾在參觀傳統(tǒng)民居時(shí)帶來(lái)身臨其境的奇妙體驗(yàn)，不僅增加了觀眾的參與感，更增加了傳統(tǒng)民居建筑體驗(yàn)的趣味性。從聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)來(lái)體會(huì)民居建筑的特點(diǎn)，讓人們產(chǎn)生去保護(hù)歷史文化產(chǎn)物的想法以及接著探索下去的興趣和欲望[7]。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，設(shè)計(jì)行業(yè)也步入了新的階段。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)民居的結(jié)合，很大程度上能夠促進(jìn)傳統(tǒng)民居的延續(xù)和保護(hù)，弘揚(yáng)優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化，建立民族自信，文化自信。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的新時(shí)代，傳統(tǒng)民居中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)只會(huì)越來(lái)越頻繁，越來(lái)越廣泛，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也會(huì)越來(lái)越成熟和完善。