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[本文系浙江省文化廳科研項目：南宋建筑群落與生態的數字化虛擬重建研究項目研究成果]
摘要：2016年稱為 VR 技術元年，未來世界虛擬現實技術會越來越深入我們的生活。虛擬現實技術作為古建筑的數字保護已經有很長的時間，如何利用新技術保護我們的古建筑，以及在古建筑保護中數字技術如何從數據采集到數字建模，最終一個具有實時交互功能的系統。本文從技術實現的角度闡述了這一過程和可行性論述。
關鍵詞：虛擬現實；數字建模；古建筑數據庫
一、前期數據采集是古建筑群生態數字系統的基礎
古建筑信息是空間位置信息與屬性信息的有機結合，一個完善的古建筑數據庫必須以這兩種信息源為基礎，建立空間數據庫和屬性數據庫。前者由遙感影像圖、建筑平面圖以及歷史資料中的相關圖形等空間數據組成；后者的信息來源就相對廣泛了，通過現場采集、與史文獻統計數據采集等，需要對建筑樣式、建筑結構構件、建筑裝飾紋理、建筑周邊自然環境以及建筑在自然環境中的雄偉風采，建筑文化遺產的虛擬重建必須尊重文化遺產的真實性，容不得絲毫的任意發揮。否則就失去了重建文化遺產的意義，因此全面的資料搜集工作是制作的基礎。
從獲取素材的屬性上來分主要由位圖數據和矢量數據組成，位圖數據主要包括遙感影像圖等。矢量數據則以單個地學實體為獨立單元，利用點、線、面等幾何要素精確表達建筑物的邊界和內部體元；要素間的拓撲關系由數據結構顯式存儲，可實現建筑物內部要素間拓撲關系的快速檢索和查詢。矢量數據主要包括由激光掃描得到的點云數據、三維模型、相關單位的CAD圖紙等。
二、數字模型庫是古建筑群生態數字系統的內容實現
虛擬現實系統要求實時動態逼真地模擬環境，考慮到硬件的限制和虛擬現實系統的實時性的要求，虛擬現實系統的建模與以造型為主的動畫建模方法有著顯著的不同，建模大都采用模型分割、紋理映射等技術。3DSMAX建模軟件的使用非常廣泛，具有可操作性強、功能強大、模型精細逼真、質感強等特點，目前虛擬場景的構造主要有以下途徑：基于模型的方法和IBR（基于圖像的繪制）方法兩種。這兩種方法都可以在3DS MAX中加以實現和驗證，下面具體展開說明。
（一）利用3D MAX的多邊形建模方法建立模型庫
多邊形建模技術是最早采用的一種建模技術，它的思想很簡單，就是用小平面來模擬曲面，從而制作出各種形狀的三維物體，小平面可以是三角形、矩形或其他多邊形但實際中多是三角形或矩形。使用多邊形建?？梢酝ㄟ^直接創建基本的幾何體，再根據要求采用修改器調整物體形狀或通過使用放樣、曲面片造型、組合物體來制作虛擬現實作品。多邊形建模的主要優點是簡單、方便和快速但它難于生成光滑的曲面，故而多邊形建模技術適合于構造具有規則形狀的物體，如大部分的人造物體，同時可根據虛擬現實系統的要求，僅僅通過調整所建立模型的參數就可以獲得不同分辨率的模型，以適應虛擬場景實時顯示的需要。
（二）基于圖像的繪制方法建立模型庫
傳統圖形繪制技術均是面向景物幾何而設計的，因而繪制過程涉及到復雜的建模、消隱和光亮度計算。盡管通過可見性預計算技術及場景幾何簡化技術可大大減少需處理景物的面片數目，但對高度復雜的場景，現有的計算機硬件仍無法實時繪制簡化后的場景幾何。因而我們面臨的一個重要問題是如何在具有普通計算能力的計算機上實現真實感圖形的實時繪制。
三、引擎嵌入是古建筑群生態數字系統的交互核心
虛擬現實是以觀者為第一視角，具有強烈的用戶體驗和交互功能。其核心就是引擎的嵌入。所有的畫面實現都是依托引擎的實時渲染，模型庫中的素材都需要導入到引擎，再進行交互等功能的制作。以下為引擎導入中的核心設置。
（一）貼圖烘焙
貼圖烘焙是將光影效果渲染作為對象的紋理。烘焙操作是整個VR制作過程里比較關鍵的一步，也是決定最終的虛擬現實表現質量的關鍵在VR軟件中進行攝像機瀏覽的時候，軟件并不進行真實的光線追蹤渲染，僅僅渲染某一個角度不受任何燈光影響的物體表面紋理效果影響貼圖烘焙質量的因素包括烘焙貼圖的尺寸以及烘焙貼圖的方式。目前軟件主要提供CompleteMap和LightingMap方式，一次GI采用irradi-ance map（發光貼圖），二次GI采用Light cache（燈光緩存）。在irradiance map的采用模式中，采用Multi-frame incremental的模式，該模式的特點是對于動畫的關鍵幀進行采用的添加，以動畫的第一幀為基準，逐漸添加新的采樣，該模式可以保證在視角足夠的情況下得到較好視角的貼圖烘焙效果。
（二）攝像機交互式設計
VR軟件最基本的攝像機交互設計包括：攝像機交互、攝像機碰撞交互。攝像機的交互指的是通過鼠標或鍵盤完成攝像機視點位置的變化以及攝像機方向的變化。碰撞交互指的是為防止軟件的模擬角色超越對象。在VR制作的虛擬現實中，用戶可以使用預設相機根據系統設置好的動畫路徑，進行游覽和采用自由相機模式在場景中進行游覽兩種模式實現攝像機交互。
（三）交互設計
交互事件，指的是設置鼠標或鍵盤的響應事件。默認情況下，系統已經有了鍵盤W（前進）、S（后退）、A（左轉）、D（右轉）的交互功能，除此之外也可以通過單擊二維界面里的按鈕達到交互功能。VRP的交互設計主要設置針對用戶界面的點擊設計響應事件。
（四）編譯輸出
VRP可以編譯輸出為EXE格式的可執行文件，該文件不需要安裝任何其他軟件支持就可以在任何的PC電腦上運行。
古建筑群數字化復原系統有效的填補了傳統文化遺產保護中對于動態的文化遺產保護的不足。古建筑群及環境系統有效的將古建筑及周邊的環境一起保存下來通過交互的方式展現。將文化遺產存儲為數字方式，還可以永久的保護文化遺產，方便以后學者研究。
【參考文獻】
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