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        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在老舊建筑“虛擬復(fù)原”或改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        2023-09-22 08:15:00劉澤群
        四川水泥 2023年9期
        關(guān)鍵詞:建筑設(shè)計(jì)

        周 磊 劉澤群

        (沈陽理工大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,遼寧 沈陽 110000)

        0 引言

        老舊建筑實(shí)施改造和翻新設(shè)計(jì),既要對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化改造,還要注重老舊建筑蘊(yùn)含的歷史文化和意義,這是老城改造工程中的重難點(diǎn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),對(duì)老舊建筑進(jìn)行虛擬重構(gòu),可以構(gòu)建出3D 虛擬互動(dòng)系統(tǒng),不但可以在系統(tǒng)中保存老舊建筑的原有樣貌,還可以在系統(tǒng)中進(jìn)行改造設(shè)計(jì),直觀展示老舊建筑改造后的效果[1]。如果對(duì)于改造的效果不滿意,還可以重新進(jìn)行改造設(shè)計(jì),變更方式簡便快捷,有利于提高改造設(shè)計(jì)的效率,為老舊建筑的改造設(shè)計(jì)提供了更加科學(xué)和直觀的方法。本文就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在老舊建筑改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

        1 老舊建筑改造的定義及價(jià)值

        1.1 老舊建筑改造的定義

        國際室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)部將老舊建筑改造設(shè)計(jì)定義為:“將一座老舊建筑通過修理或改造,在保留其重要的歷史、建筑和文化價(jià)值特征的同時(shí),實(shí)現(xiàn)有效的、現(xiàn)時(shí)的用途,這一轉(zhuǎn)化的行為或過程”[2]。

        《中國既有建筑改造政策和市場(chǎng)化運(yùn)作》一文,對(duì)當(dāng)前國內(nèi)老舊建筑最常用的一些界定做了較為全面的梳理:

        (1)在城鎮(zhèn)地區(qū),建成并交付運(yùn)營的新建筑物屬于老建筑;

        (2)已建成且已使用超過兩年的為老樓;

        (3)當(dāng)一棟新的房屋完工并交付使用后,由于人類和自然等原因,房屋的物理性質(zhì)與房屋用戶的要求和房屋的安全性標(biāo)準(zhǔn)之間有差異,需要進(jìn)行維修、改建或者改建的房屋被稱作“老房屋”[3]。

        1.2 老舊建筑改造的價(jià)值

        對(duì)老舊建筑物進(jìn)行改造,改造后的老舊建筑不僅有其歷史和藝術(shù)價(jià)值,還蘊(yùn)藏著極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,并將其恢復(fù)再用,作為推動(dòng)城市建設(shè)與社會(huì)振興的有效手段。

        1.2.1 歷史價(jià)值——城市文脈的延續(xù)

        與一些特定時(shí)期和特定人物有關(guān)的建筑,它們不但記載了有關(guān)歷史,更是民族奮斗的載體。在這些空置的老舊建筑中,有些是與重要的歷史事件、重要的人物相關(guān),有些已成為“文化遺產(chǎn)”。這些老舊建筑折射出了一定時(shí)期人們的思維方式和技術(shù)水平。正因如此,這些老舊建筑就成了衡量城市歷史價(jià)值的重要組成部分。

        1.2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值——舊有資源利用

        廢棄的工廠大樓材質(zhì)堅(jiān)固、空間結(jié)構(gòu)簡潔,有高挑的支撐和寬闊的空間,易于被改建和重新使用。若對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更新,既能節(jié)約拆遷費(fèi)用,又能為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這可以為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新動(dòng)力,同時(shí)還可以增加就業(yè)場(chǎng)所,有效減輕社會(huì)人口的增長帶來的就業(yè)壓力。

        1.2.3 精神藝術(shù)價(jià)值——展示建筑美學(xué)

        老舊建筑反映著一個(gè)地區(qū)在一定時(shí)期內(nèi)的建筑風(fēng)格,因此,對(duì)老舊建筑的改建和使用,就是一種藝術(shù)創(chuàng)造。在原來的陳設(shè)上,經(jīng)過改建或加建,改變建筑的立面、空間和建筑的體量,引進(jìn)新材料、新色彩等,讓這些老舊建筑在經(jīng)過改建之后,不僅可以展現(xiàn)出原來的工業(yè)美學(xué),還可以展現(xiàn)出古老的建筑韻味,同時(shí)還可以營造出濃郁的藝術(shù)氛圍。

        2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況

        2.1 基本概念

        “虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念源于英語中的“Virtual Reality”,其簡稱為VR。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),是在計(jì)算機(jī)的軟件和硬件及各類傳感器的支撐下,通過虛擬模擬的方法,為觀看者創(chuàng)建一個(gè)可以實(shí)時(shí)地反映出實(shí)體對(duì)象的改變與相互作用的虛擬世界,讓使用者可以在視覺、聽覺及觸覺等多種感知方式與虛擬世界展開更加自然的互動(dòng)。

        虛擬現(xiàn)實(shí)的基本理念是:借助各種感知裝置,將使用者“投入”到一個(gè)仿真的場(chǎng)景中,從而實(shí)現(xiàn)使用者與這個(gè)場(chǎng)景之間的自然互動(dòng)。

        2.2 主要特點(diǎn)

        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一系列高新技術(shù)的組合體,具有感知性、交互性、抽象性和沉浸性的特點(diǎn),為人們直觀地感受微觀和宏觀物體的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)或規(guī)律,提供了途徑。

        2.2.1 感知性

        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的作用就是將人們的視覺、聽覺、觸覺等感官系統(tǒng)充分利用,以此來對(duì)物體進(jìn)行認(rèn)知,實(shí)現(xiàn)全方位觀察或操作的目的。當(dāng)前,在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中,人類的感官系統(tǒng)并未充分利用起來,而在將來,感官系統(tǒng)將會(huì)得到更多的利用。

        2.2.2 交互性

        “交互”是借助科技手段營造一個(gè)虛擬的環(huán)境,將信息從一個(gè)終端傳送到另一個(gè)終端,再由“大腦”做出反應(yīng),從而確保使用者體驗(yàn)的真實(shí)、準(zhǔn)確和及時(shí)性,同時(shí)也能滿足使用者與這個(gè)世界中的人物或物品的信息交互需求。

        2.2.3 抽象性

        通過虛擬環(huán)境的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的抽象,就是為了讓人能夠在虛擬環(huán)境中感受到“真實(shí)”的景象,從而擴(kuò)大認(rèn)識(shí)范圍。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說,他們要對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中所發(fā)生的事情進(jìn)行認(rèn)識(shí),并對(duì)其進(jìn)行抽象,借助電腦來完成虛擬世界的構(gòu)建。

        2.2.4 沉浸性

        沉浸性是當(dāng)參與者置身于虛擬環(huán)境中時(shí),其感覺系統(tǒng)以一種與在真實(shí)環(huán)境中相同的方式處理來自虛擬世界的視覺和其他感知數(shù)據(jù),從而提高使用者在使用時(shí)的代入感。最好的沉浸性就是讓使用者的視覺、聽覺和其他感覺都融入到這個(gè)虛擬的環(huán)境中去。

        3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在老舊建筑保護(hù)中的優(yōu)勢(shì)

        利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),對(duì)老舊建筑進(jìn)行虛擬重構(gòu),構(gòu)建出一個(gè)3D 的虛擬互動(dòng)系統(tǒng),不但可以保存老舊建筑的原有影響,還可以在虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行改造設(shè)計(jì),為老舊建筑的改造設(shè)計(jì)提供了更加科學(xué)和直接的手段。

        3.1 提升對(duì)老舊建筑的認(rèn)識(shí)

        將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于對(duì)老舊建筑的改造設(shè)計(jì),能夠通過該系統(tǒng)準(zhǔn)確而逼真地模擬出老舊建筑的原貌,包括建筑的結(jié)構(gòu)布局、材料、紋理,以及周圍的環(huán)境,甚至是不同季節(jié)、一天中的不同時(shí)間段的光影效果,都會(huì)在虛擬系統(tǒng)中被真實(shí)地顯現(xiàn)出來。觀看的人可以在這座老舊建筑中自由地穿梭,甚至還可以隨意地飛行,可以隨意地移動(dòng)到任何一個(gè)地方,可以從各個(gè)角度觀察這座老舊建筑。這樣,就可以讓改造設(shè)計(jì)人員更加全面、深入地認(rèn)識(shí)該建筑。

        3.2 增強(qiáng)對(duì)老舊建筑的保護(hù)

        作為文化遺產(chǎn)的老舊建筑中有很多的易損構(gòu)造,在改造設(shè)計(jì)過程中很可能會(huì)出現(xiàn)脆化、脫色、剝落等問題,即使經(jīng)過了人為的修補(bǔ),也很難被長久地作為文化遺產(chǎn)應(yīng)用到研究和展覽中去。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用,可以將老舊建筑的各個(gè)方面都完整地、多角度地進(jìn)行展示,能夠幫助改造設(shè)計(jì)人員清楚地掌握易損構(gòu)造和易損部位,有利于老舊建筑的改造和保護(hù),有助于延長文物建筑的使用期限。

        3.3 深入挖掘歷史文化遺存

        在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中,可以以考古研究資料和文獻(xiàn)記錄為基礎(chǔ),對(duì)還沒有發(fā)掘或已經(jīng)泯滅了的建筑遺址、遺存進(jìn)行仿真分析。并且通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將這些文物信息進(jìn)行統(tǒng)一的集成,在不對(duì)建筑遺產(chǎn)自身的安全性造成任何影響的情況下,進(jìn)行全方位的展示。

        在虛擬的建造環(huán)境中,能夠容納大量的有關(guān)目標(biāo)的信息,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的集成和共享[4]。可以根據(jù)具體的歷史建筑特點(diǎn),構(gòu)建與其有關(guān)的信息數(shù)據(jù)庫。借助電腦和互聯(lián)網(wǎng),將大量的文物信息進(jìn)行整合,再借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),對(duì)大量的文物信息進(jìn)行更加全面、生動(dòng)、逼真的展現(xiàn),讓這些文物信息擺脫了地理上的局限,達(dá)到了信息的分享,讓這些信息能夠被所有的人所“擁有”。

        4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在老舊建筑改造中的應(yīng)用案例

        在老舊建筑改造設(shè)計(jì)中,往往會(huì)遇到一些很難符合客戶要求的工程項(xiàng)目,要經(jīng)過反復(fù)修改,最終使其符合客戶要求。而在計(jì)算機(jī)輔助下,建立3D 模型,不但能模擬出老舊建筑的樣子,還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)老舊建筑的改造升級(jí),能夠突破現(xiàn)實(shí)的壁壘在虛擬建筑中大膽構(gòu)想;對(duì)于歷史建筑,還能夠完整地還原歷史風(fēng)貌。

        4.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圓明園遺址修復(fù)中的作用

        1860 年至1928 年,圓明園遭遇了“火劫”“木劫”和“石劫”,徹底蕩然無存,留下的只有瓦礫。2012年在原址上對(duì)劫后圓明園的遺址進(jìn)行了修繕(見圖1 所示),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在其中起到了重要的作用。

        圖1 圓明園遺址

        圖2 巴黎圣母院

        圓明園的“虛擬復(fù)原”計(jì)劃由梁思成的弟子郭黛姮率領(lǐng)的清華研究小組展開,歷時(shí)15 年,將所有已知的景區(qū)資料進(jìn)行整理,到現(xiàn)在為止,已經(jīng)有六成以上的景區(qū)在虛擬世界中被精確地還原出來。通過分析各樓閣的形態(tài)特點(diǎn)和建筑構(gòu)造,并找出整個(gè)園林中各大水系的變動(dòng)模式。同時(shí),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也被運(yùn)用到了圓明園的“虛擬復(fù)原”中,每一個(gè)建筑都需要經(jīng)過電腦編程,建筑的每一個(gè)角落都要經(jīng)過精心的設(shè)計(jì),再加上虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)時(shí)渲染,讓視頻中的整個(gè)建筑看起來更加的宏偉壯觀。經(jīng)過上萬份歷史文件的收集與修復(fù)、數(shù)千份設(shè)計(jì)手稿的整理,近2000 個(gè)模擬圓明園的建筑模型的建立,以及120 個(gè)不同的六個(gè)歷史時(shí)期的場(chǎng)景的整合,終于讓這個(gè)被稱為“萬園之園”的圓明園,再次通過視頻呈現(xiàn)出來。

        研究人員將數(shù)字模擬和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)建筑技術(shù)結(jié)合起來,以數(shù)字圖像與資訊的方式,盡可能地在視頻中恢復(fù)圓明園的原始風(fēng)貌,讓參觀者可以在圓明園的廢墟中,通過特定的互動(dòng)裝置,體驗(yàn)到曾經(jīng)的圓明園風(fēng)采。

        4.2 用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還原巴黎圣母院

        巴黎圣母院坐落在塞納河畔的法國巴黎城的中心,巴黎的教堂是在1163 年開始建造的,1345 年竣工。2018 年4 月發(fā)生的一起火災(zāi),導(dǎo)致巴黎大教堂的尖塔和圓頂全部被焚毀。按照相關(guān)部門和專家的估計(jì),整個(gè)維修工作還需要5 年左右的時(shí)間,但是,因?yàn)槟壳暗募夹g(shù)難度,整個(gè)維修工作還會(huì)被推遲。

        這場(chǎng)大火造成巴黎圣母院的整個(gè)圓頂都被焚毀、三個(gè)主梁拱門坍塌、之前用來加固圓頂?shù)闹Ъ芤脖环贇Р⒃斐纱罅拷Y(jié)構(gòu)部件的損壞[5]。在施工過程中,從零散的建筑構(gòu)件、雕塑、裝飾線腳等材料中,識(shí)別出可以進(jìn)行修補(bǔ)再利用并進(jìn)行替換的構(gòu)件,是一件十分復(fù)雜而困難的工作。

        運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),在計(jì)算機(jī)中錄入各種建筑構(gòu)件、結(jié)構(gòu)部件信息,可以讓工匠們?cè)谝院蟮墓ぷ髦忻鞔_需要開展的工作。在虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬重建中進(jìn)行建筑建模假設(shè),模擬可能發(fā)生的狀況,以最大限度地加速修繕進(jìn)程。在此過程中還能建立網(wǎng)上旅游線路,是減少建筑物損壞、保存文物的最佳途徑。

        5 結(jié)束語

        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由于具有感知性、交互性、抽象性和沉浸性,能夠使老舊建筑在3D虛擬世界中更加完整、更加全面地展現(xiàn)出來,實(shí)現(xiàn)對(duì)老舊建筑的改造設(shè)計(jì)。在“虛擬世界”中對(duì)老舊建筑物進(jìn)行改造,不但可以再現(xiàn)真實(shí)的建筑物,而且還可以幫助人們?cè)谔摂M世界中進(jìn)行創(chuàng)作。未來,人們對(duì)建筑物的認(rèn)識(shí)會(huì)越來越深刻,這對(duì)建筑師提出了更高的要求,促使他們?cè)诶吓f建筑改造過程中積極地運(yùn)用各種先進(jìn)技術(shù),合理選擇設(shè)計(jì)方法、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,滿足對(duì)于老建筑改造設(shè)計(jì)的需求。

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