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摘 要：通过与虚拟现实技术相结合，以山西传统建筑保护为方向深入分析和研究，对山西传统建筑保护进行实际应用与探索，创新传统建筑传承与保护方式。应用文献分析法、实地调研法、个案分析法等方法进行分析研究。山西传统建筑能够通过虚拟现实技术更好地呈现出来，促进文化的传播。有利于山西传统建筑文化的传承与保护，创新了文化传播方式，实现了对中华优秀传统文化的传承与创新。
关键词：虚拟现实技术;山西传统建筑;建筑保护
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）06-0150-04
The Application Research of Virtual Reality Technology in the
Shanxi Traditional Buildings Protection
YANG Hua
（Shanxi Technology and Business College，Taiyuan 030006，China）
Abstract：Through the combination with virtual reality technology，taking the protection of traditional buildings in Shanxi as the direction for in-depth analysis and research，this paper makes practical application and exploration on the protection of traditional buildings in Shanxi，and innovates the inheritance and protection methods of traditional buildings. The methods of literature analysis，field research，case analysis and so on are used for the analysis and research. Shanxi traditional buildings can be better presented through virtual reality technology to promote the spread of culture. It is conducive to the inheritance and protection of Shanxi traditional architectural culture，innovates the ways of cultural communication，and realizes the inheritance and innovation of the excellent traditional culture of China.
Keywords：virtual reality technology;Shanxi traditional building;building protection
0 引 言
近年来，随着我国虚拟现实技术的不断发展，传统建筑保护中越来越多的将该技术运用于传统建筑保护，该技术的应用打破了传统主观视角，让用户更多地参与其中。本文主要研究虚拟现实技术对于山西传统建筑的保护。更好地促进了传统建筑文化传播，对后续的相关研究起到借鉴作用。文章以山西应县木塔和代县文庙为例，应用虚拟现实技术对山西传统建筑进行传承与保护。前期课题《虚拟现实技术在数字媒体艺术教学中的应用研究》的研究成果为本论文研究基础，作者参与省级传统文化科研项目、校级相关教改项目、发表过多篇相关科研论文。这些研究为本文所做研究奠定了基础。学校对虚拟现实技术、传统文化传承方面，先后进行了实验室的建设，加强校企合作，这些也为本论文研究提供有利的支撑。
1 虛拟现实技术的应用模式
1.1 三维重建方式
通过三维建模对要展示的场景和物体进行模拟，导入虚拟现实设备中，通过软件制作三维场景漫游。这种方式在早期文化保护传播中出现较多。这类制作方式的优点在于场景细节制作得精致，给人带来非常丰富视觉感受;缺点在于三维模型的制作与三维动画的制作工作量十分巨大，三维模型与实景在真实感上还有一定差距，三维动画制作难度很高[1]。
1.2 全景拍摄方式
近几年全景技术快速发展。全景展示具有沉浸感强、可任意视角观察、细节丰富、制作周期较短、空间关系明确等优势。制作过程用相机拍摄同一场景多个角度的画面，再用后期的软件拼接成全景图片;或者使用专门的多镜头VR相机，拍摄实现机内拼接，形成全景图片或视频，最后得到2：1的全景视频或图片，运用720全景软件进行展示及互动。
本文主要以山西传统建筑应县木塔和代县文庙为例，应用三维模型制作、三维动画效果展示，结合全景技术对山西传统建筑进行展示制作。应用虚拟现实对山西传统建筑保护与传承[2]。
2 虚拟现实技术实现方式
2.1 运用虚拟现实技术对山西传统建筑保护思路
山西传统建应县木塔和代县文庙历史悠久，文化底蕴深厚。运用计算机对重要建筑进行数字化重建，制作虚拟漫游场景，结合全景拍摄，制作虚拟的文化体验空间。通过结合虚拟现实技术与山西传统建筑，通过全景展示以及虚拟漫游三维动画，对传统文化进行传承，对山西传统建筑进行保护。文章从三维制作流程和720全景技术进行论述。 该案例实现了自动漫游、自主漫游、实时导航等。与传统数字媒体记录方式相比较，虚拟现实技术更具有优势，更能体现沉浸与互动的特征，应用在各类文化遗产保护之中。
2.2 虚拟现实技术的实现方案
虚拟现实技术的实现主要通过全景拍摄和三维空间数字化重建2个部分来完成。
2.2.1 三维空间数字化重建
首先进行虚拟建筑空间的构建，进行数据的测绘，图像化处理，再进行模型的制作、贴图制作、材质灯光制作，最后进行虚拟漫游场景制作。通过对建筑照片与资料的前期收集，利用3ds Max软件生成该建筑虚拟场景，其中复杂场景模型，适当地用贴图来代替，降低空间漫游的卡顿感。虚拟空间制作完成后，调整渲染设置摄影机类型为球形调整视野参数，渲染生成全景图，为制作漫游路线作铺垫。
三维空间数字化重建是利用三维电脑软件对模型进行搭建，摄像机在三维场景模型中进行运动拍摄，预览动画，可以制作镜头的推、拉、摇、移等操作[3]。
2.2.1.1 模型搭建
模型搭建在3ds Max软件中实现，该软件广泛应用于动画场景、角色中，能将现实中场景或建筑等，在软件中等比还原。3ds Max软件在制作过程中有四视图，结合四个视图观看能够细致的观看制作模型。
运用3ds Max软件对虚拟场景进行搭建，精准地模拟现实环境中的场景，创建三维模型。利用多边形建模，模型制作较为规则、无曲面的设计情况下，可以够适用于这种建模技方式。二维线建模，应用线进行图形的二维绘制，结合修改器命令对二维图形进行三维制作。编辑多边形模型制作，应用不规则的形状较复杂的模型设计。以及多种组合建模的方式。结合不同的创建功能，实现对场景模型的制作，如图1所示。
2.2.1.2 图像处理
模型表现中图像是非常重要的，图像的质量也决定了最后输出的虚拟场景的整体效果，对于贴图的处理需要运用VR材质、贴图及VR渲染器来进行处理，如图2所示。在渲染设置中选择渲染器为VR渲染器，对公用、V-Ray、GI、设置等进行参数调整。对场景中的材质进行设置，材质球选择VR材质，根据场景中物体材质要求对漫反射、反射等进行设置，以此达到较真实的效果。
2.2.1.3 虚拟漫游
虚拟漫游应用3ds Max软件关键帧动画进行制作，VR渲染输出动画，应用AE软件进行后期合成。将做好的模型场景进行漫游动画的制作，利用虚拟摄影机对场景进行拍摄，这是实现虚拟场景漫游的关键一步。在模型制作完成后，材质、灯光的制作要结合场景进行整体调整，达到最终效果。在三维动画场景设计中运用虚拟漫游技术，可以帮助参与者从多角度观察，得出最佳观看效果。
2.2.2 全景制作
主要通过单反相机、全景相机等设备进行拍摄生成全景图。整理拍摄的照片，整理后的拍摄图片批量导入PTGui软件进行全景图的拼接，全景图导入Photoshop进行最后的修改，最终生成调整好的全景图。拍摄时要考虑顺序，首先对历史脉络进行资料收集前期的了解，其次考虑到建筑的历史风貌、文化价值和艺术观赏性。
2.2.2.1 拍摄策划
拍摄策划是全景制作的重要工作之一，是全景制作的关键环节。首先结合拍摄要求与建筑的特点，在拍摄策划要求的基础上，探索并制定适合山西传统建筑的策划方案。
组织摄制小组、确定拍摄的时间和地点、确定拍摄对象的联系性、明确拍摄的内容与流程、制定分镜头脚本等。考虑全景拍摄的要求，需要考虑拍摄方法对拍摄时间地点、场景布置、分镜头设计等方面的影响和改变，从建筑的特点出发，考虑拍摄对象选择、拍摄环境选择等。
2.2.2.2 现场调度与拍摄
全景拍摄技术为360度无死角拍摄，常用的拍摄方式为一镜到底的拍摄方式，对拍摄现场的调度和拍摄技术都有要求[4]。全景拍摄的现场调度需要结合具体建筑的特点进行规划。不破坏现场真实的环境，道具与器材的应用要合理，使用自然光和合理的反射光进行照明，在满足画质要求的前题下，以易操作、轻量器材为主要原则。不采用变焦镜头，其次使用小光圈大景深的镜头，这样拍摄时可获得较清晰的视野。
2.2.2.3 后期制作与信息整合
前期拍摄完成后应用PTGui软件，对前期拍摄的多角度独立画面进行360度全景拼接，并对变形的画面进行修正，修正画面的各类缺陷，如图3所示。拼接好的全景图导入到720云全景系统进行全局设置、视角等调整，最后进行全景展示，如图4所示。全景画面拼接的方式分为机内拼接和后期拼接两类。一体化VR摄像机一般设置了机内同步拼接，拍摄完成即可导出拼接完成全景圖。一体化VR摄像机特点是方便快捷，拼接效率较高。缺点受设备限制，生成的画面质量一般不高。后期拼接的方式需要在专门的软件中制作，优点是能够拼接更大画幅、更高画质的全景图像。缺点操作烦琐、接缝和变形处理比较困难[5]。
之后对相关的文字、图片资料使用后期特效将其添加到画面中，进一步补充全景信息内容;最终输出全景视频，可进行播放、互动等。进行回放测试，对沉浸感、画面细节、视角等方面进行综合评价，分析全景表现中出现的问题和优缺点，对出现的问题进行纠正。
3 结 论
综上所述，山西传统建筑传承与保护，以结合虚拟现实技术为手段，以更好地展示传统文化为切入点，通过全景视频和虚拟漫游对传统建筑进行展示。本文研究相关的技术方法以及文化传承与保护策略，可以对传统文化的传承、保护和发展起到参考作用，为山西传统建筑的数字化表现注入新的活力。
参考文献：
[1] 廖斯羽.虚拟现实技术的特点及应用 [J].科技传播，2018，10（21）：127-128+135.
[2] 王捷妮.关于虚拟现实技术在古迹研究中的文献综述 [J].传媒论坛，2020，3（6）：139-140.
[2] 王捷妮.关于虚拟现实技术在古迹研究中的文献综述 [J].传媒论坛，2020，3（6）：139-140.
[3] 王潇.虚拟现实技术在三维动画制作中的应用 [J].信息与电脑（理论版），2017，（2）：86-87.
[4] 王鸿飞.浅析360全景技术及其应用 [J].广东科技，2012，21（15）：214.
[5] 李云伟.全景图技术的研究 [D].武汉：华中科技大学，2007.
作者简介：杨华（1985—），女，汉族，山东滕州人，讲师，中级工程师，硕士，研究方向：数字媒体艺术。
关键词：虚拟现实技术;山西传统建筑;建筑保护
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）06-0150-04
The Application Research of Virtual Reality Technology in the
Shanxi Traditional Buildings Protection
YANG Hua
（Shanxi Technology and Business College，Taiyuan 030006，China）
Abstract：Through the combination with virtual reality technology，taking the protection of traditional buildings in Shanxi as the direction for in-depth analysis and research，this paper makes practical application and exploration on the protection of traditional buildings in Shanxi，and innovates the inheritance and protection methods of traditional buildings. The methods of literature analysis，field research，case analysis and so on are used for the analysis and research. Shanxi traditional buildings can be better presented through virtual reality technology to promote the spread of culture. It is conducive to the inheritance and protection of Shanxi traditional architectural culture，innovates the ways of cultural communication，and realizes the inheritance and innovation of the excellent traditional culture of China.
Keywords：virtual reality technology;Shanxi traditional building;building protection
0 引 言
近年来，随着我国虚拟现实技术的不断发展，传统建筑保护中越来越多的将该技术运用于传统建筑保护，该技术的应用打破了传统主观视角，让用户更多地参与其中。本文主要研究虚拟现实技术对于山西传统建筑的保护。更好地促进了传统建筑文化传播，对后续的相关研究起到借鉴作用。文章以山西应县木塔和代县文庙为例，应用虚拟现实技术对山西传统建筑进行传承与保护。前期课题《虚拟现实技术在数字媒体艺术教学中的应用研究》的研究成果为本论文研究基础，作者参与省级传统文化科研项目、校级相关教改项目、发表过多篇相关科研论文。这些研究为本文所做研究奠定了基础。学校对虚拟现实技术、传统文化传承方面，先后进行了实验室的建设，加强校企合作，这些也为本论文研究提供有利的支撑。
1 虛拟现实技术的应用模式
1.1 三维重建方式
通过三维建模对要展示的场景和物体进行模拟，导入虚拟现实设备中，通过软件制作三维场景漫游。这种方式在早期文化保护传播中出现较多。这类制作方式的优点在于场景细节制作得精致，给人带来非常丰富视觉感受;缺点在于三维模型的制作与三维动画的制作工作量十分巨大，三维模型与实景在真实感上还有一定差距，三维动画制作难度很高[1]。
1.2 全景拍摄方式
近几年全景技术快速发展。全景展示具有沉浸感强、可任意视角观察、细节丰富、制作周期较短、空间关系明确等优势。制作过程用相机拍摄同一场景多个角度的画面，再用后期的软件拼接成全景图片;或者使用专门的多镜头VR相机，拍摄实现机内拼接，形成全景图片或视频，最后得到2：1的全景视频或图片，运用720全景软件进行展示及互动。
本文主要以山西传统建筑应县木塔和代县文庙为例，应用三维模型制作、三维动画效果展示，结合全景技术对山西传统建筑进行展示制作。应用虚拟现实对山西传统建筑保护与传承[2]。
2 虚拟现实技术实现方式
2.1 运用虚拟现实技术对山西传统建筑保护思路
山西传统建应县木塔和代县文庙历史悠久，文化底蕴深厚。运用计算机对重要建筑进行数字化重建，制作虚拟漫游场景，结合全景拍摄，制作虚拟的文化体验空间。通过结合虚拟现实技术与山西传统建筑，通过全景展示以及虚拟漫游三维动画，对传统文化进行传承，对山西传统建筑进行保护。文章从三维制作流程和720全景技术进行论述。 该案例实现了自动漫游、自主漫游、实时导航等。与传统数字媒体记录方式相比较，虚拟现实技术更具有优势，更能体现沉浸与互动的特征，应用在各类文化遗产保护之中。
2.2 虚拟现实技术的实现方案
虚拟现实技术的实现主要通过全景拍摄和三维空间数字化重建2个部分来完成。
2.2.1 三维空间数字化重建
首先进行虚拟建筑空间的构建，进行数据的测绘，图像化处理，再进行模型的制作、贴图制作、材质灯光制作，最后进行虚拟漫游场景制作。通过对建筑照片与资料的前期收集，利用3ds Max软件生成该建筑虚拟场景，其中复杂场景模型，适当地用贴图来代替，降低空间漫游的卡顿感。虚拟空间制作完成后，调整渲染设置摄影机类型为球形调整视野参数，渲染生成全景图，为制作漫游路线作铺垫。
三维空间数字化重建是利用三维电脑软件对模型进行搭建，摄像机在三维场景模型中进行运动拍摄，预览动画，可以制作镜头的推、拉、摇、移等操作[3]。
2.2.1.1 模型搭建
模型搭建在3ds Max软件中实现，该软件广泛应用于动画场景、角色中，能将现实中场景或建筑等，在软件中等比还原。3ds Max软件在制作过程中有四视图，结合四个视图观看能够细致的观看制作模型。
运用3ds Max软件对虚拟场景进行搭建，精准地模拟现实环境中的场景，创建三维模型。利用多边形建模，模型制作较为规则、无曲面的设计情况下，可以够适用于这种建模技方式。二维线建模，应用线进行图形的二维绘制，结合修改器命令对二维图形进行三维制作。编辑多边形模型制作，应用不规则的形状较复杂的模型设计。以及多种组合建模的方式。结合不同的创建功能，实现对场景模型的制作，如图1所示。
2.2.1.2 图像处理
模型表现中图像是非常重要的，图像的质量也决定了最后输出的虚拟场景的整体效果，对于贴图的处理需要运用VR材质、贴图及VR渲染器来进行处理，如图2所示。在渲染设置中选择渲染器为VR渲染器，对公用、V-Ray、GI、设置等进行参数调整。对场景中的材质进行设置，材质球选择VR材质，根据场景中物体材质要求对漫反射、反射等进行设置，以此达到较真实的效果。
2.2.1.3 虚拟漫游
虚拟漫游应用3ds Max软件关键帧动画进行制作，VR渲染输出动画，应用AE软件进行后期合成。将做好的模型场景进行漫游动画的制作，利用虚拟摄影机对场景进行拍摄，这是实现虚拟场景漫游的关键一步。在模型制作完成后，材质、灯光的制作要结合场景进行整体调整，达到最终效果。在三维动画场景设计中运用虚拟漫游技术，可以帮助参与者从多角度观察，得出最佳观看效果。
2.2.2 全景制作
主要通过单反相机、全景相机等设备进行拍摄生成全景图。整理拍摄的照片，整理后的拍摄图片批量导入PTGui软件进行全景图的拼接，全景图导入Photoshop进行最后的修改，最终生成调整好的全景图。拍摄时要考虑顺序，首先对历史脉络进行资料收集前期的了解，其次考虑到建筑的历史风貌、文化价值和艺术观赏性。
2.2.2.1 拍摄策划
拍摄策划是全景制作的重要工作之一，是全景制作的关键环节。首先结合拍摄要求与建筑的特点，在拍摄策划要求的基础上，探索并制定适合山西传统建筑的策划方案。
组织摄制小组、确定拍摄的时间和地点、确定拍摄对象的联系性、明确拍摄的内容与流程、制定分镜头脚本等。考虑全景拍摄的要求，需要考虑拍摄方法对拍摄时间地点、场景布置、分镜头设计等方面的影响和改变，从建筑的特点出发，考虑拍摄对象选择、拍摄环境选择等。
2.2.2.2 现场调度与拍摄
全景拍摄技术为360度无死角拍摄，常用的拍摄方式为一镜到底的拍摄方式，对拍摄现场的调度和拍摄技术都有要求[4]。全景拍摄的现场调度需要结合具体建筑的特点进行规划。不破坏现场真实的环境，道具与器材的应用要合理，使用自然光和合理的反射光进行照明，在满足画质要求的前题下，以易操作、轻量器材为主要原则。不采用变焦镜头，其次使用小光圈大景深的镜头，这样拍摄时可获得较清晰的视野。
2.2.2.3 后期制作与信息整合
前期拍摄完成后应用PTGui软件，对前期拍摄的多角度独立画面进行360度全景拼接，并对变形的画面进行修正，修正画面的各类缺陷，如图3所示。拼接好的全景图导入到720云全景系统进行全局设置、视角等调整，最后进行全景展示，如图4所示。全景画面拼接的方式分为机内拼接和后期拼接两类。一体化VR摄像机一般设置了机内同步拼接，拍摄完成即可导出拼接完成全景圖。一体化VR摄像机特点是方便快捷，拼接效率较高。缺点受设备限制，生成的画面质量一般不高。后期拼接的方式需要在专门的软件中制作，优点是能够拼接更大画幅、更高画质的全景图像。缺点操作烦琐、接缝和变形处理比较困难[5]。
之后对相关的文字、图片资料使用后期特效将其添加到画面中，进一步补充全景信息内容;最终输出全景视频，可进行播放、互动等。进行回放测试，对沉浸感、画面细节、视角等方面进行综合评价，分析全景表现中出现的问题和优缺点，对出现的问题进行纠正。
3 结 论
综上所述，山西传统建筑传承与保护，以结合虚拟现实技术为手段，以更好地展示传统文化为切入点，通过全景视频和虚拟漫游对传统建筑进行展示。本文研究相关的技术方法以及文化传承与保护策略，可以对传统文化的传承、保护和发展起到参考作用，为山西传统建筑的数字化表现注入新的活力。
参考文献：
[1] 廖斯羽.虚拟现实技术的特点及应用 [J].科技传播，2018，10（21）：127-128+135.
[2] 王捷妮.关于虚拟现实技术在古迹研究中的文献综述 [J].传媒论坛，2020，3（6）：139-140.
[2] 王捷妮.关于虚拟现实技术在古迹研究中的文献综述 [J].传媒论坛，2020，3（6）：139-140.
[3] 王潇.虚拟现实技术在三维动画制作中的应用 [J].信息与电脑（理论版），2017，（2）：86-87.
[4] 王鸿飞.浅析360全景技术及其应用 [J].广东科技，2012，21（15）：214.
[5] 李云伟.全景图技术的研究 [D].武汉：华中科技大学，2007.
作者简介：杨华（1985—），女，汉族，山东滕州人，讲师，中级工程师，硕士，研究方向：数字媒体艺术。