摘要：在數(shù)字化時代浪潮的推動下，UE引擎技術的強大功能逐漸成為各個領域的熱門工具。聚焦于我國豐富的鄉(xiāng)村古建筑遺產(chǎn)，UE引擎技術在可視化表現(xiàn)方面展現(xiàn)出巨大的潛力與應用價值。通過對鄉(xiāng)村古建筑進行精細的數(shù)字化建模，UE引擎為傳統(tǒng)建筑的魅力重現(xiàn)提供了全新的視角和手段。文章首先梳理了UE引擎的基本概念及發(fā)展歷程，其次深入探討了UE引擎技術在鄉(xiāng)村古建筑可視化表現(xiàn)中的創(chuàng)新探索，以期讓這些古建筑的文脈傳承在虛擬世界中煥發(fā)出新的生機。

中華民族的文化底蘊深厚且多樣，跨越了漫長的歷史歲月，留下了遍布各地的古建筑群落。作為文化的一種重要載體，它們記錄了歷史變遷，生動地反映出地方特色和民俗風情，具有豐富的文化意義和歷史價值，在起到傳承中華文明的關鍵橋梁作用時，也承擔著弘揚民族精神、增強民族自豪感的積極作用。保護好這些建筑，就是保護了鄉(xiāng)村的文化根基，也為鄉(xiāng)村振興提供了文化底蘊和精神支柱。

20世紀80年代，我國頒布了《中華人民共和國文物保護法》，明確了文物保護的重要性，其中包括將傳統(tǒng)村落作為一種文物進行保護，特別是鄉(xiāng)村古建筑群落。進入21世紀，尤其是近年來，國家加大了對傳統(tǒng)村落保護的支持力度，將傳統(tǒng)村落保護作為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要部分。通過制定保護規(guī)劃、加強基礎設施建設、推動文化傳承和發(fā)展等措施，努力實現(xiàn)鄉(xiāng)村的可持續(xù)發(fā)展。2019年為了貫徹落實鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，文化和旅游部辦公廳、國家發(fā)展改革委辦公廳發(fā)布《關于開展全國鄉(xiāng)村旅游重點村名錄建設工作的通知》，從遴選標準來看，對于具有典型示范和帶動引領作用的鄉(xiāng)村提出了應具備豐富的文旅資源、保護自然與傳統(tǒng)文化、發(fā)展特色民宿、成熟旅游產(chǎn)品、完善基礎設施、顯著帶動就業(yè)與村民致富的要求。在此背景下，如何運用好數(shù)字技術賦能鄉(xiāng)村古建筑，為各地鄉(xiāng)村文旅建設提供形式多樣的數(shù)字內(nèi)容，推動文化旅游的融合發(fā)展成為當下的熱門焦點。

鄉(xiāng)村古建筑作為中華民族傳統(tǒng)文化的載體，不僅展現(xiàn)了地域特色和歷史脈絡，更承載著無數(shù)先人的智慧與情感。然而，將這些珍貴的古建筑轉化為數(shù)字化的可視形態(tài)，面臨著一系列不容忽視的挑戰(zhàn)。在這一領域，UE引擎技術以其獨特的優(yōu)勢，為解決這些挑戰(zhàn)提供了新的視角和方法。

UE引擎的基本概念及發(fā)展歷程

UE引擎的基本概念

隨著科技的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術在各個領域的應用日益廣泛，其中，UE（Unreal Engine，虛幻引擎）作為一種功能強大的游戲引擎，逐漸在數(shù)字化呈現(xiàn)領域嶄露頭角。UE是由Epic Games開發(fā)的一款游戲開發(fā)引擎，它不僅被廣泛應用于游戲制作領域，還因其出色的視覺效果和實時渲染能力，逐漸拓展到了影視、建筑可視化、教育、軍事模擬等多個行業(yè)。UE引擎以其高質(zhì)量的畫面效果、靈活的開發(fā)環(huán)境、豐富的功能模塊、強大的編輯器功能和高度的可定制性成了數(shù)字化呈現(xiàn)和虛擬現(xiàn)實技術的首選工具，并受到業(yè)界青睞。

UE引擎的發(fā)展歷程

UE引擎的成長歷程可以劃分為三個關鍵時期。在最初的發(fā)展階段（1998—2004年），Epic Games于1998年推出了基于UE引擎開發(fā)的首款游戲——《虛幻競技場》。該游戲憑借其突破性的3D圖形效果和吸引人的多人在線對戰(zhàn)模式，取得了巨大的市場成功，為UE引擎的長遠發(fā)展打下了堅實的基礎。在逐漸成熟階段（2004—2013年），隨著技術的持續(xù)進步和引擎功能的完善，陸續(xù)推出了2個版本。這一時期的UE引擎在游戲產(chǎn)業(yè)中的應用逐漸增多，支撐了許多知名游戲的開發(fā)工作。2014年至今，UE引擎已經(jīng)進入全面發(fā)展和應用拓展的新階段。其在當年發(fā)布的UE4，支持了跨平臺和全方位功能的游戲開發(fā)，不僅在游戲開發(fā)市場持續(xù)鞏固其領先地位，還積極探索并涉足影視制作、虛擬現(xiàn)實等新的應用領域。經(jīng)過不斷的迭代和升級，UE引擎已經(jīng)成為游戲開發(fā)、影視制作、建筑可視化等領域廣泛使用的一款強大的實時渲染引擎。

UE引擎在鄉(xiāng)村古建筑可視化中的優(yōu)勢

傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技相結合，實現(xiàn)文化資源的數(shù)字化保護和傳承，為加強鄉(xiāng)村文化建設提供了新的方式。借助UE引擎技術，我們不僅可以生動展示古建筑的虛擬視覺，還可以促進文化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升鄉(xiāng)村地區(qū)的經(jīng)濟效益。UE引擎技術以其獨特的表現(xiàn)手法和豐富的展現(xiàn)形式，為鄉(xiāng)村文化建設提供了新的動力。

真實地模擬與還原古建筑面貌

UE引擎的核心特點就是強大的圖形渲染功能，支持高級的光線追蹤技術。在引擎中導入三維建模與高精度掃描的模型資產(chǎn)，開展真實場景的數(shù)字重建，運用其模擬真實世界中的光線行進路徑功能，可呈現(xiàn)出更加真實、細膩的光照效果。從古建筑的外觀到內(nèi)部構造，從石磚的紋理到屋檐的細節(jié)，結合其提供的高級紋理處理技術，使建筑模型表面更加逼真，質(zhì)感更佳。從而真實還原歷史風貌，精確模擬出自然環(huán)境效果，表現(xiàn)鄉(xiāng)村古建筑的質(zhì)感與細節(jié)，使建筑與環(huán)境的融合更加自然，增強場景的沉浸感。

具備完善的動畫體系

UE引擎提供了一套全面的動畫系統(tǒng)，包含動畫藍圖、動畫序列、骨架、骨架網(wǎng)格體、動畫混合等，支持復雜的人物和場景動畫制作。開發(fā)者能夠便捷地制作出流暢而逼真的動畫效果，為作品增添豐富的動態(tài)元素。

強大的交互編輯工具

交互式瀏覽與探索是當下數(shù)字化呈現(xiàn)的一種重要手段。UE引擎為我們提供了便捷的交互設計制作環(huán)境。運用UE引擎能制作出高品質(zhì)的交互作品，讓觀眾能夠自由穿梭于古建筑之間，感受其內(nèi)部的布局與氛圍。同時，融合虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術，為用戶帶來更為豐富的體驗。在虛擬現(xiàn)實中，觀眾可以身臨其境地漫步于古建筑之中；而在增強現(xiàn)實中，古建筑的信息和故事將以數(shù)字化的形式疊加在真實環(huán)境中，讓歷史變得觸手可及。

這些核心特性使得UE引擎在古建筑的數(shù)字化保護和數(shù)字化應用中越來越受到關注。通過UE引擎的可視化表現(xiàn)，古建筑的三維模型不僅展現(xiàn)出極高的細節(jié)程度，還在視覺效果上實現(xiàn)了與現(xiàn)實環(huán)境的無縫對接。沉浸式的體驗，讓用戶在探索古建筑時能夠獲得更加真實和直觀的感受。

UE引擎技術在鄉(xiāng)村古建筑可視化中的具體應用方法

古建筑與環(huán)境的數(shù)據(jù)采集

在開展鄉(xiāng)村古建筑三維數(shù)字化建模前，需要做好一系列的數(shù)據(jù)采集工作，以便更準確地還原古建筑的歷史風貌，包含地貌地形數(shù)據(jù)、古建筑圖像數(shù)據(jù)、表面紋理數(shù)據(jù)等。在這一過程中，可以采用多種方法，如運用三維激光掃描技術，對古建筑進行掃描，獲取大量的三維點云（3D Point Cloud）數(shù)據(jù)。三維點云是一種用于表示三維空間中對象或場景的數(shù)據(jù)結構。在最基礎的形式中，它是一個包含多個三維坐標點（X，Y，Z）的集合。點云是空間中的一組數(shù)據(jù)點，這些點包含了豐富的信息，包括三維坐標（X，Y，Z）、顏色、分類值、強度值、時間等。點云是在同一空間參考系下表達目標空間分布和目標表面特性的海量點集合。因此，點云數(shù)據(jù)可以精確地捕捉建筑物的形狀和尺寸，為后續(xù)的三維建模提供基礎。還可以通過攝影技術，拍攝大量的古建筑照片，多角度地捕捉細節(jié)，方便為后續(xù)的三維建模階段提供大量的圖像參考。同時，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取，利用互聯(lián)網(wǎng)上已有的地形高度圖等數(shù)據(jù)，運用軟件直接生成目標地的三維地形。

古建筑紋理信息的采集也是三維建模過程中的重要環(huán)節(jié)，能為三維模型提供更加真實的古建筑外觀紋理和細節(jié)。通常需要根據(jù)古建筑的特點，做好采集范圍和內(nèi)容的計劃。采用高分辨率數(shù)碼相機、無人機、三維掃描儀等圖像拍攝工具進行表面紋理和色彩信息的采集。采集過程中需要充分考慮光照條件、天氣狀況等環(huán)境因素對圖像采集工作的影響。對古建筑的不同部位進行多角度、多層次拍攝，確保能夠獲取全面的紋理信息。也要對建筑的細部特征進行特寫拍攝，如雕刻、花紋等。采集古建筑圖像和結構數(shù)據(jù)的工作不僅需要田野考察和拍攝，也需要后續(xù)的調(diào)整和比對，對圖像進行銳化、去噪等處理，提高紋理的清晰度，調(diào)整圖像的色彩、亮度、對比度，使紋理更加真實自然。

總而言之，獲取古建筑的圖像數(shù)據(jù)、三維模型參考數(shù)據(jù)以及地形地貌數(shù)據(jù)是一個多階段、多技術的綜合過程，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法和技術。

場景建模

中國鄉(xiāng)村古建筑的結構類型豐富多樣，體現(xiàn)了中國悠久的歷史文化和各地不同的地理環(huán)境、風俗習慣。有抬梁式結構、穿斗式結構、井干式結構、干欄式建筑、土樓建筑、磚石結構等。這些不同的建筑結構決定了三維模型的制作難度，因此在軟件中搭建模型是一個較為復雜的過程。現(xiàn)在的三維模型制作軟件有很多，通常會選用如Autodesk公司的3ds max、Maya等軟件，以及Steam旗下的Blender軟件?；谲浖拈_源以及自由下載使用和修改源代碼的靈活性與自由性，Blender軟件越來越受到從事三維建模人員的喜愛。其具備了建模、雕刻、UV映射、貼圖、綁定、蒙皮、動畫、粒子系統(tǒng)到物理模擬等一系列功能，幾乎涵蓋了3D創(chuàng)作的所有方面。通常我們采用以上三款軟件來進行鄉(xiāng)村古建筑的模型制作工作。古建筑的結構形態(tài)通常較為規(guī)整，包括墻壁、柱子、窗戶、通道、臺階等。在三維軟件中運用多邊形建模的方法開展模型制作工作。而相關地貌環(huán)境的天空、云霧、山石、煙氣、花草樹木等模型，采用傳統(tǒng)的建模方式來實現(xiàn)就顯得比較困難，而這些在UE引擎中實現(xiàn)起來會相對便捷。一般采用HDRI環(huán)境、UE的粒子系統(tǒng)以及實物掃描資產(chǎn)的導入來實現(xiàn)，對于特定的樹木造型，則會采用Speedtree來進行樹木的制作。在三維模型構建完成之后，為確保離線渲染與實時渲染都能達到較高的流暢度，還需要對那些復雜的模型進行優(yōu)化處理。主要原因是，在需要實時渲染的運行場景下，它能夠確保圖像顯示流暢，同時維持漫游環(huán)境的高幀率。通常我們會采用主次原則，優(yōu)化場景內(nèi)模型的數(shù)量和多邊形面數(shù)。運用高低模烘焙的方法，實現(xiàn)模型面數(shù)的最優(yōu)化，同時也能保障細節(jié)紋理的高精度顯示，以此降低資源數(shù)據(jù)的無效度，實現(xiàn)整體模型數(shù)據(jù)最優(yōu)化。

模型貼圖制作與紋理映射

貼圖的制作是將圖像或者圖案“貼”到三維模型表面的過程，貼圖的使用極大地提升了模型的真實感和視覺效果。這些圖像可以是各種圖案、材質(zhì)或者照片，它們能夠為模型提供細節(jié)，如木紋、金屬質(zhì)感以及復雜的表面裝飾。對鄉(xiāng)村古建筑而言，由于經(jīng)過長時間的風吹雨淋和人為使用，會呈現(xiàn)出一些臟跡、劃痕、磨損、殘缺等自然現(xiàn)象。這給我們制作模型貼圖帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，運用紋理映射來制作三維模型貼圖放入方式應運而生。將貼圖分為顏色、法線、AO（環(huán)境光遮蔽）、金屬度、粗糙度、高度等，分別來控制對象的基礎顏色、表面光澤、反射折射、凹凸、透明等信息，最終實現(xiàn)古建筑模型的質(zhì)感、自然的光照和陰影效果等。

數(shù)字空間漫游與交互合成

完成以上一系列的工作后，最終將進入動畫、虛擬漫游以及交互合成的工作。UE引擎提供了非常便捷的動畫制作模塊以及虛擬漫游交互的功能?？梢詣?chuàng)作第一人稱的場景虛擬漫游動畫，也可以導入角色按劇情創(chuàng)作三維動畫。此外，在UE引擎內(nèi)可以搭建交互式的攝像機，將虛擬角色與鄉(xiāng)村古建筑場景相融合。利用引擎的交互功能模塊，可以設置外部控制器來控制虛擬角色在虛擬場景中的移動。在交互式的數(shù)字古建筑作品中，觀眾還可以自由調(diào)整視角，從不同角度欣賞古建筑的每一處細節(jié)，這種個性化的體驗極大地提升了大眾的視覺體驗感。顯而易見，UE引擎技術的應用不僅高度還原了古建筑的原貌，還通過現(xiàn)代科技手段，讓這些鄉(xiāng)村古建筑煥發(fā)出新的生機，為傳統(tǒng)與現(xiàn)代的融合提供了有力支持。

我們相信，隨著圖形圖像技術的不斷迭代更新，UE引擎的渲染能力和真實性將進一步提升，借助UE引擎強大的圖形渲染能力，古建筑得以在虛擬世界中生動呈現(xiàn)并煥發(fā)新生?？梢灶A見的是，未來的UE引擎將在保護、展示和傳承鄉(xiāng)村古建筑文化中發(fā)揮越來越關鍵的作用。

本文為2021年度浙江藝術職業(yè)學院一般課題“UE4引擎技術在鄉(xiāng)村文旅的古建筑數(shù)字化呈現(xiàn)中的應用研究”課題成果，項目編號：ZX202104001。

（作者單位：浙江藝術職業(yè)學院）