陳浩瀚 張子康 鄭林蕊 王鵬昆 朱申榮

(廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院建筑學(xué)院 福建漳州 363105)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化推進(jìn)，閩南傳統(tǒng)建筑的保護(hù)面臨嚴(yán)峻形勢(shì)。閩南建筑特征修繕困難和宣傳保護(hù)不到位是主要問(wèn)題。如何改善閩南傳統(tǒng)建筑保護(hù)方式，讓人們更加深入廣泛了解閩南傳統(tǒng)建筑是一個(gè)迫切的議題。VR技術(shù)作為現(xiàn)代信息社會(huì)的新型技術(shù)之一，其根據(jù)這些文化遺產(chǎn)構(gòu)建的具備可視化、交互化等特點(diǎn)的三維虛擬仿真系統(tǒng)，在為閩南傳統(tǒng)建筑的研究、保護(hù)與介紹方面起到了非常重要的作用。逼真的虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)交互，可視的感知與操作，使得VR技術(shù)得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)同。

1 VR技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 VR技術(shù)的概念與特點(diǎn)

VR技術(shù)是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形圖像系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備, 在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺(jué)的技術(shù)[1]。VR技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)中不僅僅只局限于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，還運(yùn)用于軍事、航天、建筑、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，VR技術(shù)使建筑師在設(shè)計(jì)時(shí)就能更加立體化地感受自己的方案。同時(shí)在方案匯報(bào)展示時(shí)，也能使觀(guān)眾得到身臨其境的感受。對(duì)于建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，VR技術(shù)不僅可以更加直觀(guān)地表現(xiàn)建筑產(chǎn)品的樣式，給客戶(hù)提供直觀(guān)體驗(yàn)，而且還可以用于歷史建筑的研究與保護(hù)，發(fā)揮巨大潛力優(yōu)勢(shì)。

2020年初，來(lái)勢(shì)洶洶的新冠疫情打亂了人們的生活安排，衣食住行均受到較大影響。許多被限制的線(xiàn)下活動(dòng)推動(dòng)了線(xiàn)上活動(dòng)的高度需求。線(xiàn)上教學(xué)、視頻會(huì)議等各類(lèi)遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)及虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。而VR技術(shù)的普及度和認(rèn)知度在疫情期間也得到明顯的提高。

VR技術(shù)擁有優(yōu)秀的沉浸式、交互式、構(gòu)想性等特色，可以滿(mǎn)足疫情期間在無(wú)接觸的條件下讓人與場(chǎng)景進(jìn)行空間上的交流與溝通，可以打破時(shí)間、空間對(duì)旅游活動(dòng)的限制，還能夠通過(guò)選擇固定時(shí)間游覽當(dāng)時(shí)的建筑特色及景觀(guān)面貌。

1.2 VR技術(shù)對(duì)于閩南傳統(tǒng)建筑的意義

傳統(tǒng)建筑具有不可再生性,一旦遭到毀壞，便無(wú)法修繕為原樣，像水車(chē)堵、對(duì)看堵、燕尾脊等閩南建筑文化特征樣式是難以被完整復(fù)原的。再加上現(xiàn)有的保護(hù)技術(shù)有限, 也無(wú)法有效阻止部分建筑遺產(chǎn)因非人為原因而導(dǎo)致消亡[2]。如今一些古建筑原本的功能性逐漸喪失，新一代年輕人更向往大都市潔凈的磚瓦水泥房。諸如漳州市的浦西城堡，防御外敵的任務(wù)早已隨著歷史發(fā)展消散，古堡內(nèi)的古建筑保護(hù)并不能引起人們的廣泛興趣，更多年輕人選擇外出務(wù)工。因此將VR技術(shù)應(yīng)用于閩南傳統(tǒng)建筑保護(hù)的主要原因有降低保護(hù)成本和提高閩南傳統(tǒng)建筑保護(hù)的關(guān)注度。

(1)降低材料及人力成本

如今在大力推廣環(huán)保、實(shí)用的前提下，各個(gè)行業(yè)都追求如何盡可能節(jié)約材料成本及人力成本。一些博物館、景區(qū)常出現(xiàn)線(xiàn)上語(yǔ)音圖文介紹來(lái)與游客互動(dòng)。借助VR技術(shù)展示傳統(tǒng)建筑文化，能夠減少當(dāng)?shù)匦麄鞑牧?、目錄手?cè)、沙盤(pán)演示及導(dǎo)游人力的成本。若利用VR技術(shù)的特性，在不破壞傳統(tǒng)建筑的前提下設(shè)置虛擬導(dǎo)覽。將設(shè)計(jì)好的VR作品上傳網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行宣傳，相信古建筑保護(hù)能因此取得比傳統(tǒng)圖文宣傳更好的效果。

(2)改善保護(hù)形式

隨著城市化發(fā)展，古建筑保護(hù)面臨嚴(yán)峻形勢(shì)。受限于資金與技術(shù)，不可能保存每一棟傳統(tǒng)民居。但通過(guò)實(shí)地調(diào)研進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將之設(shè)計(jì)制作成虛擬模型乃至VR展示作品，不失為一種可靠的保護(hù)傳統(tǒng)古建筑的新趨勢(shì)。一是當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)與院校展開(kāi)合作，以課題研究的形式，不僅使古建筑保護(hù)的理論體系得到完善與實(shí)踐，還能促進(jìn)更多學(xué)生了解并喜歡傳統(tǒng)建筑，獲得更多的專(zhuān)業(yè)人才。院校成果也能夠反哺當(dāng)?shù)氐墓沤ㄖＷo(hù)與宣傳，使古建筑保護(hù)產(chǎn)生良性循環(huán)。二是古建筑的修繕改造可以通過(guò)虛擬模型進(jìn)行模擬改造，增加修繕改造的容錯(cuò)率。實(shí)地調(diào)研采集得到的數(shù)據(jù)，既能形成可靠的古建筑保護(hù)數(shù)據(jù)集，又能以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行模擬改造，使古建筑保護(hù)形式更加多樣。

(3)推動(dòng)旅游發(fā)展

根據(jù)一項(xiàng)綜合調(diào)查表明，五國(guó)(美、日、英、法、德)訪(fǎng)華旅游動(dòng)機(jī)主要是了解當(dāng)?shù)孛癖娚钗幕蜌v史文化，分別占比100%和80%[3]。文化旅游廣受旅游者青睞的原因在于當(dāng)?shù)靥厣幕c古建群落別具魅力。將VR技術(shù)應(yīng)用傳統(tǒng)建筑上，游客能夠在線(xiàn)上得到沉浸式的古建筑漫游體驗(yàn)，對(duì)實(shí)地旅游將更有興趣。國(guó)內(nèi)對(duì)于VR技術(shù)的研究應(yīng)用要晚于國(guó)外，國(guó)外的VR技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用范圍也較為廣泛。根據(jù)國(guó)外學(xué)者對(duì)于VR技術(shù)在旅游業(yè)中的相關(guān)研究，結(jié)合國(guó)外旅游技術(shù)在自助服務(wù)、移動(dòng)技術(shù)和基于Web技術(shù)幾個(gè)方向的發(fā)展，得出VR技術(shù)使游客的心理印象更加深刻，并具有超強(qiáng)的臨場(chǎng)感的結(jié)論,同時(shí)VR技術(shù)有助于把這些體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為對(duì)品牌的感知印象。VR技術(shù)不僅改變旅游業(yè)的傳統(tǒng)方式，還刺激了旅游業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)[4]。通過(guò)VR技術(shù)推動(dòng)建筑文化旅游發(fā)展，吸引游客的同時(shí)，拉動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜谓?jīng)濟(jì)發(fā)展，從而使居民自發(fā)保護(hù)古建筑。

2 基于VR技術(shù)的建筑可視化設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 實(shí)地測(cè)繪

實(shí)地測(cè)繪是將實(shí)體建筑與場(chǎng)地轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)地測(cè)繪能夠讓設(shè)計(jì)者了解真實(shí)的尺度與空間，明白實(shí)際的建筑細(xì)部構(gòu)造和場(chǎng)地中的特殊場(chǎng)景。在未來(lái)建立數(shù)字模型與VR場(chǎng)景時(shí)，能夠更加還原真實(shí)情況，提高沉浸感。同時(shí)，實(shí)地測(cè)繪的數(shù)據(jù)也將成為歷史建筑與古村落的實(shí)證資料，為歷史文化建筑與歷史文化街區(qū)的修繕與保護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。

2.2 建立虛擬模型

利用實(shí)地測(cè)繪數(shù)據(jù)建立虛擬模型是VR場(chǎng)景設(shè)置的基礎(chǔ)。利用CAD、SketchUp、Rhino、3Dmax等主流軟件，將實(shí)地測(cè)繪得到的數(shù)據(jù)輸入并轉(zhuǎn)化為虛擬模型，能夠得到相當(dāng)仿真的虛擬場(chǎng)景。一些3D軟件能夠放置材料貼圖、設(shè)計(jì)燈光、環(huán)境等，使虛擬模型達(dá)到更加貼近真實(shí)環(huán)境的效果。

2.3 建立VR場(chǎng)景

VR場(chǎng)景是基于VR技術(shù)建筑可視化的效果呈現(xiàn)。建筑的材質(zhì)、環(huán)境、光影、空間都是通過(guò)VR場(chǎng)景來(lái)表達(dá)。目前國(guó)內(nèi)較成熟的軟件有光輝城市、Unity、酷家樂(lè)等。以光輝城市為例，它的Mars能夠設(shè)置材質(zhì)、天氣、光照等效果，并實(shí)時(shí)渲染出來(lái)。同時(shí)也能夠通過(guò)VR設(shè)備在VR模式下進(jìn)行模型搭建、場(chǎng)景編輯、材質(zhì)編輯、交互控制[5]。導(dǎo)出設(shè)置好的全景圖后，通過(guò)它的Venus將全景圖按一定順序組合形成游覽路線(xiàn)，并附上一些可交互的提示按鈕，然后生成二維碼，觀(guān)眾通過(guò)掃碼得到一種簡(jiǎn)單的多平臺(tái)的VR效果體驗(yàn)。在虛擬的場(chǎng)景中，通過(guò)對(duì)材質(zhì)、光影、空間之間的交互。使觀(guān)眾身臨其境感受環(huán)境空間和建筑構(gòu)造，是建立VR場(chǎng)景的重要任務(wù)。

2.4 設(shè)計(jì)流程

通過(guò)以上描述，基于VR技術(shù)的建筑可視化設(shè)計(jì)過(guò)程將經(jīng)歷前期的實(shí)地測(cè)繪和建立虛擬模型、中期調(diào)整材質(zhì)與環(huán)境并生成VR場(chǎng)景、后期組合VR場(chǎng)景形成游覽路徑然后給予觀(guān)眾欣賞。其中，中期和后期的操作可以通過(guò)光輝城市的Mars和Venus軟件完成。整個(gè)操作流程如圖1所示。

圖1 VR作品設(shè)計(jì)流程

3 閩南傳統(tǒng)建筑實(shí)例介紹

浦西城堡坐落于漳州市龍海市的東部，港尾鎮(zhèn)的浦西社，始建于1561年(明朝嘉靖年間)，村內(nèi)建筑布局、建筑風(fēng)格統(tǒng)一，具有閩南文化特色，于2016年被列入我國(guó)傳統(tǒng)村落名錄，是有相當(dāng)?shù)奈幕瘍r(jià)值的歷史村落[6]。城堡內(nèi)的建筑多為古厝的形式，道路呈網(wǎng)格狀，建筑坐北朝南沿道路整齊排列，建筑群部分完好，很好地保留了“水車(chē)堵”“燕尾脊”“博風(fēng)板” 等傳統(tǒng)特色，建筑上保留了較多的色彩豐富的交趾陶花紋裝飾等[7]。但有些古厝因?yàn)槟昃檬藜白匀辉虺霈F(xiàn)了不同程度的損毀。城堡內(nèi)的古厝形式多樣，有南北向的和東西向的，東西向的大多沒(méi)有院落，而南北向的古厝大多有一個(gè)封閉的庭院有較高的私密性，且這樣的做法也使整個(gè)村落在空間布局上有了更多的趣味性。

隨著時(shí)間的推進(jìn)，浦西城堡防御外敵的功能已經(jīng)消散，空間形態(tài)、建筑布局及建筑樣式更多傾向于居住功能。為了適應(yīng)這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)的時(shí)代，通過(guò)建立浦西城堡虛擬模型，并設(shè)計(jì)出具有參觀(guān)價(jià)值的VR體驗(yàn)作品，能夠吸引更多目光，使閩南古村落的保護(hù)受到更多關(guān)注。

3.1 虛擬模型構(gòu)建

以浦西城堡VR的可視化研究為例，首先，需先進(jìn)行浦西城堡實(shí)地勘察調(diào)研，獲取場(chǎng)地及建筑的勘測(cè)數(shù)據(jù)，然后在A(yíng)utoCAD中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，繪制出詳細(xì)的CAD圖紙。圖紙總平內(nèi)容包括各建筑物的位置、道路、交通等的總體布局，建筑細(xì)部圖紙包括柱子柱礎(chǔ)尺寸及位置，門(mén)窗位置尺寸及墻體開(kāi)間進(jìn)深尺寸等。

CAD圖紙繪制完畢后，將繪制的方案導(dǎo)入SketchUp軟件中進(jìn)行建模。使用直線(xiàn)繪制、推拉工具等命令繪制浦西城堡場(chǎng)地模型，再繪制建筑細(xì)部，并對(duì)模型進(jìn)行初步材質(zhì)賦予。然后對(duì)其模型分組命名，再整合到一起。最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察的照片對(duì)整體模型進(jìn)行細(xì)微修正，檢查模型準(zhǔn)確性，保存為“.skp”格式，導(dǎo)入到光輝城市Mars軟件平臺(tái)進(jìn)行可視化操作，如圖2所示。

圖2 CAD方案圖與三維模型效果圖

3.2 可視化設(shè)計(jì)

浦西城堡VR中的可視化設(shè)計(jì)可以更好地將模型展現(xiàn)在用戶(hù)面前。用戶(hù)在掃描二維碼或點(diǎn)擊手機(jī)端的VR作品網(wǎng)址鏈接觀(guān)看浦西城堡普通全景圖時(shí)，點(diǎn)擊場(chǎng)景內(nèi)相應(yīng)的路徑或天氣按鈕，就可以自由漫游浦西城堡，體驗(yàn)不同天氣的古堡氛圍，如圖3所示。如果想要更進(jìn)一步的沉浸式體驗(yàn)，只需在手機(jī)端點(diǎn)擊右下角功能中的VR眼鏡，將手機(jī)插入到VR眼鏡中，配合VR眼鏡就可以觀(guān)到看VR端全景視圖。這些環(huán)境設(shè)計(jì)、材質(zhì)設(shè)計(jì)、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)等可視化設(shè)計(jì)，使得浦西城堡VR作品更有沉浸性和可視性，可以更好表現(xiàn)VR效果。

圖3 浦西城堡鳥(niǎo)瞰圖

(1)環(huán)境設(shè)置

由于浦西城堡的地理位置位于漳州市西北部，屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒，較多降水，所以在VR作品中把晴天、雨天和秋天這3種環(huán)境模板作為浦西城堡VR的特定展示環(huán)境，模擬當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候特色，向用戶(hù)呈現(xiàn)“晴空萬(wàn)里，艷陽(yáng)普照”“天黑黑，要下雨”和“秋意濃，夕陽(yáng)紅”的環(huán)境特點(diǎn)，如圖4所示。模型周?chē)臉?shù)木種類(lèi)也是選用常見(jiàn)的漳州本地樹(shù)木如榕樹(shù)、樟樹(shù)、龍眼樹(shù)等，使得地域與自然協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

圖4 浦西城堡環(huán)境切換

(2)材質(zhì)設(shè)置

一個(gè)好的場(chǎng)景效果，有一半取決于材質(zhì)。材質(zhì)的視覺(jué)效果在可視化設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要地位。因?yàn)镸ars中的材質(zhì)資源很豐富，而且在最開(kāi)始的場(chǎng)地勘察中對(duì)浦西城堡的建筑材料有一定的材種鑒定，所以在Mars里對(duì)導(dǎo)入的浦西城堡SU裸模的材質(zhì)進(jìn)行了相應(yīng)的材質(zhì)參數(shù)調(diào)整。比如浦西城堡用的是本地紅色斗底磚、紅板瓦，杉木檁條等材料，那相應(yīng)的在VR模型中添加的也是相同的或是接近原來(lái)材料的材質(zhì)，力求達(dá)到與現(xiàn)實(shí)一模一樣的效果，提升VR的體驗(yàn)感，如圖5所示。

圖5 Mars編輯斗底磚材質(zhì)

(3)場(chǎng)景設(shè)置

對(duì)真實(shí)環(huán)境的模擬可以使得VR效果更加逼真，場(chǎng)景設(shè)置需要最大程度貼近日常生活。浦西城堡堡內(nèi)按“九宮格”布局，各有南門(mén)、東門(mén)、西門(mén)3個(gè)出入口，街巷整齊、主次分明。所以在制作VR設(shè)置特定場(chǎng)景時(shí)，選取了東門(mén)到西門(mén)和南門(mén)到黃開(kāi)勝名居作為主要的選取場(chǎng)景路段。這兩段路呈交叉十字形，貫穿了整個(gè)浦西城堡，是重要的交通道路。當(dāng)?shù)鼐用褚步?jīng)常坐在路邊乘涼聊天，所以在此設(shè)置場(chǎng)景，最能體現(xiàn)日常生活真實(shí)情境，讓用戶(hù)有一種身臨其境的感覺(jué)。

3.3 交互設(shè)計(jì)

VR技術(shù)不同于傳統(tǒng)技術(shù)，其豐富的交互設(shè)計(jì)讓用戶(hù)沉浸入虛擬環(huán)境。在浦西城堡VR體驗(yàn)漫游時(shí)，用戶(hù)只需輕輕一點(diǎn)就可以切換天氣，轉(zhuǎn)換場(chǎng)景等。使用VR設(shè)備在沉浸式漫游中甚至可以進(jìn)行物品增添、替換材質(zhì)等操作，身臨其境感受環(huán)境變化。利用好交互設(shè)計(jì)，可以帶來(lái)不同的視覺(jué)感受，還原最真實(shí)的空間體驗(yàn)。

(1)天氣切換設(shè)置

不同的天氣就會(huì)呈現(xiàn)不同的場(chǎng)景效果，帶給用戶(hù)的體驗(yàn)效果也不一樣。所以在浦西城堡的VR漫游中，放置了天氣切換按鈕，用戶(hù)在體驗(yàn)VR時(shí)可以根據(jù)不同需求選擇多種天氣效果，使場(chǎng)景隨天氣變化而呈現(xiàn)出豐富的情境。目前浦西城堡VR展示中有晴天、雷雨和繁星這3種天氣模板，在展示中可以通過(guò)點(diǎn)擊或者觸碰按鈕進(jìn)行切換，觀(guān)看在不同天氣下的VR效果。

(2)游覽路徑設(shè)置

VR游覽路線(xiàn)不同于傳統(tǒng)游覽展示路線(xiàn)。在VR游覽路線(xiàn)中，項(xiàng)目被建筑師用計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)在三維的虛擬信息環(huán)境中，用戶(hù)可以自由選擇游覽方向，能夠全面了解空間布局，對(duì)于各個(gè)角落的細(xì)部設(shè)計(jì)也能一目了然。

浦西城堡的虛擬游覽方式主要有兩種：一種是沉浸式漫游，另一種是場(chǎng)景轉(zhuǎn)換式漫游。沉浸式漫游相對(duì)于場(chǎng)景轉(zhuǎn)換式漫游更加自由靈活，通過(guò)鍵盤(pán)鼠標(biāo)或VR設(shè)備就可以在浦西城堡內(nèi)自由行走，沉浸式體驗(yàn)感更強(qiáng)。場(chǎng)景轉(zhuǎn)換式漫游是在浦西城堡內(nèi)選擇幾個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)全景圖，通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)的游覽方式在Venus軟件內(nèi)組合而成，形成便于轉(zhuǎn)發(fā)的二維碼。日常的手機(jī)或者電腦設(shè)備只要掃碼就可以體驗(yàn)到，適合用于展示傳播的用途。用戶(hù)可以根據(jù)自身需求選擇游覽方式，需要立體漫游的效果就選擇沉浸式漫游，想方便快速觀(guān)看重要的節(jié)點(diǎn)效果圖就選擇場(chǎng)景轉(zhuǎn)換式漫游。

3.4 VR作品應(yīng)用成果

當(dāng)完成了浦西城堡VR作品設(shè)計(jì)，可以將之放置在當(dāng)?shù)赜斡[指示牌上，方便游客使用手機(jī)掃碼體驗(yàn)全景視圖。同時(shí)設(shè)置一個(gè)專(zhuān)門(mén)的體驗(yàn)室，提供VR眼鏡基于游客沉浸式體驗(yàn)。另外還可以建立公眾號(hào)、微博等以VR作品進(jìn)行對(duì)外網(wǎng)絡(luò)宣傳，如圖6所示。

圖6 浦西城堡VR作品二維碼路牌和公眾號(hào)意向圖

以浦西城堡的VR作品為契機(jī)，當(dāng)?shù)胤e極開(kāi)展校地合作，通過(guò)院校構(gòu)建學(xué)術(shù)研究體系。浦西城堡是學(xué)校研究古村落演化和閩南傳統(tǒng)文化的寶庫(kù)，學(xué)校研究成果也會(huì)引導(dǎo)浦西城堡進(jìn)行更完善的傳統(tǒng)民居保護(hù)，形成良性循環(huán)。學(xué)生通過(guò)實(shí)地調(diào)研了解古村落，并以此構(gòu)建出VR作品。利用VR技術(shù)將傳統(tǒng)建筑以更新奇的方式展現(xiàn)給人們，能夠提高古建筑的曝光度，吸引更多人去關(guān)注、了解古建筑、古村落的現(xiàn)狀，以期能夠形成人們自發(fā)保護(hù)古建筑的風(fēng)氣。

4 結(jié)語(yǔ)

VR技術(shù)打破了閩南傳統(tǒng)建筑宣傳展示的固有方式，通過(guò)數(shù)字化的運(yùn)用，將閩南建筑文化特征鮮活立體地展示給觀(guān)眾。一定程度上緩解了實(shí)地體驗(yàn)上交通與環(huán)境氣候阻礙、構(gòu)件難復(fù)原、展示內(nèi)容有限等困難。盡管VR技術(shù)在建筑領(lǐng)域已經(jīng)逐漸得到肯定，但在閩南傳統(tǒng)建筑上的應(yīng)用還少之又少。隨著硬件大大提升及VR技術(shù)逐漸穩(wěn)固，將在文化傳播領(lǐng)域占有不可缺少的地位，在對(duì)傳統(tǒng)建筑上的運(yùn)用也會(huì)逐漸普及。