東南大學(xué)成賢學(xué)院 郭城

我國歷史遺留下的很多建筑瑰寶因各種原因遭到不同程度的破壞甚至消失，復(fù)原這些建筑遺產(chǎn)并加以保護(hù)意義重大。以計(jì)算機(jī)技術(shù)興起和發(fā)展為基礎(chǔ)的數(shù)字化技術(shù)為建筑遺產(chǎn)的復(fù)原和保護(hù)提供了新思路：收集建筑遺產(chǎn)及與之相關(guān)的資料，根據(jù)整理的資料制作成三維建筑漫游動(dòng)畫影片，再進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的制作。如此，數(shù)字化技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)損毀或消失建筑的三維立體可視化再現(xiàn)，又能給研究者提供身臨其境的體驗(yàn)，更利于長期安全保護(hù)。

中華民族具有悠久的文化歷史，給人類留下了豐富的建筑遺產(chǎn)，這些建筑遺產(chǎn)不僅作為建筑實(shí)體存在而具備價(jià)值，更是承載了寶貴的歷史文化信息。保護(hù)和研究建筑遺產(chǎn)體現(xiàn)了對(duì)中華民族歷史的尊重，具有極強(qiáng)的文化價(jià)值和意義。然而，由于種種原因，許多珍貴的建筑遺產(chǎn)遭到了破壞和損毀。如何修繕、復(fù)原并保護(hù)那些已經(jīng)損毀或消失的建筑顯得尤其重要。

數(shù)字化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展為建筑復(fù)原保護(hù)提供了全新的思路和方法。依據(jù)歷史資料，通過數(shù)字技術(shù)復(fù)原城墻、宮殿等消失的古代建筑，修復(fù)損毀的文物、字畫等歷史瑰寶。虛擬數(shù)字的形式使得這些建筑、文物的保存變得安全長久，便于相關(guān)領(lǐng)域的專家隨時(shí)調(diào)閱研究。

1 數(shù)字化技術(shù)與建筑復(fù)原保護(hù)

數(shù)字化技術(shù)（Digital Technology）是以計(jì)算機(jī)為載體，通過計(jì)算機(jī)手段實(shí)現(xiàn)各種目的的技術(shù)。近年數(shù)字化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，很多專家和學(xué)者也將這種技術(shù)應(yīng)用至建筑復(fù)原的研究，特別是三維數(shù)字技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

1.1 三維數(shù)字技術(shù)與建筑復(fù)原保護(hù)

隨著社會(huì)進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展，靜態(tài)平面的二維圖形和文字資料由于具有抽象大于具象的硬傷，難以給研究者帶來豐富的形象感受，不利于建筑遺產(chǎn)的保護(hù)和創(chuàng)新，不能滿足龐大的市場需求。通過三維數(shù)字技術(shù)依據(jù)相關(guān)歷史文化資料進(jìn)行建筑模型的重新構(gòu)建，再配合材質(zhì)貼圖、燈光效果、動(dòng)畫效果等，實(shí)現(xiàn)損毀或消失建筑的三維立體可視化再現(xiàn)，讓原本殘缺或不存在的建筑從文獻(xiàn)資料里重現(xiàn)于人間，為研究者和廣大人民群眾提供豐富詳細(xì)的建筑細(xì)節(jié)和直觀具象的體驗(yàn)與感受。由于虛擬數(shù)字化的作品便于保存，不易遭到破壞，使三維數(shù)字技術(shù)成為建筑復(fù)原和保護(hù)的一個(gè)極其重要的方法。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與建筑復(fù)原保護(hù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，縮寫為VR），是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，是一種創(chuàng)造和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。

通過三維數(shù)字技術(shù)復(fù)原出相關(guān)歷史建筑的模型和場景，在觀察和研究時(shí)是處于客觀的上帝視角。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸感、交互性和構(gòu)想性的特點(diǎn)，研究者或用戶能夠以第一人稱主觀視角的方式置身于歷史建筑和場景中，達(dá)到“身臨其境”的效果。這樣的效果和感受比單純的三維可視化觀察又更進(jìn)一步：通過虛擬現(xiàn)實(shí)能夠最大程度地貼近歷史建筑，感知其文化內(nèi)涵和意境，這樣更加利于研究、傳承其文化內(nèi)涵。

所以，數(shù)字化技術(shù)中三維數(shù)字技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用能夠有效重建和復(fù)原許多歷史建筑遺跡，通過“身臨其境”的沉浸互動(dòng)效果使這些建筑最大限度得到認(rèn)知、研究和保存。

2 數(shù)字化技術(shù)在建筑復(fù)原保護(hù)中的應(yīng)用

本文將以南通伶工學(xué)社的數(shù)字化復(fù)原和保護(hù)為例，具體闡述如何將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用在建筑復(fù)原保護(hù)中。

2.1 項(xiàng)目簡介

伶工學(xué)社于1919年由著名教育家、實(shí)業(yè)家、政治家張謇在江蘇南通創(chuàng)辦，是一所新型的戲劇學(xué)校，旨中國戲劇發(fā)展的重要見證，至2019年有整100年的歷史。

百年前的伶工學(xué)社已經(jīng)不復(fù)存在，所以本次項(xiàng)目以伶工學(xué)社建筑的復(fù)原為切入點(diǎn)，通過建筑的三維數(shù)字化展現(xiàn)伶工學(xué)社及戲劇發(fā)展的百年變遷，將其制作成三維建筑動(dòng)畫視頻，并用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)“VR伶工學(xué)社”，使人們通過三維動(dòng)畫具體了解伶工學(xué)社及戲劇文化的發(fā)展歷史，通過“VR伶工學(xué)社”實(shí)現(xiàn)“云參觀”伶工學(xué)社的建筑風(fēng)貌，“云參與”伶工學(xué)社舉辦的各種戲劇活動(dòng)。不僅使伶工學(xué)社的建筑在互聯(lián)網(wǎng)云端得以復(fù)原和保護(hù)，也更能傳承伶工學(xué)社真正的核心點(diǎn)——戲劇文化，這對(duì)于以戲劇為代表的日趨式微的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的傳承與保護(hù)也具有很大的意義。

種苗移栽前10～20天對(duì)種植地挖穴，行距2.5～3米、株距1.5～2米，穴徑40～50厘米、穴深30～40厘米，打穴時(shí)表土、心土分開。每穴分層施入腐熟農(nóng)家肥5公斤+45%復(fù)合肥0.25公斤?；靥顣r(shí)先表土，后心土，并使土肥混合。

2.2 數(shù)字化復(fù)原制作過程

此次數(shù)字化建筑復(fù)原研究與制作將會(huì)形成兩項(xiàng)成果：(1)數(shù)字化三維建筑漫游動(dòng)畫展現(xiàn)百年伶工學(xué)社場景及我國戲劇藝術(shù)興衰歷史；(2)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造“VR伶工學(xué)社”，實(shí)現(xiàn)伶工學(xué)社的“云參觀”和“云瀏覽”。

具體研究與制作過程如下：

(1)項(xiàng)目前期階段，通過查閱文獻(xiàn)、現(xiàn)場測(cè)量、走訪等方法搜集了大量有關(guān)伶工學(xué)社的文字、圖片以及視頻資料，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)這些資料充分研究后進(jìn)行歸納總結(jié)，提煉出有用的部分。筆者帶領(lǐng)學(xué)生親臨伶工學(xué)社現(xiàn)場，采用測(cè)繪測(cè)量法采集現(xiàn)有伶工學(xué)社建筑（改革開放后復(fù)建）數(shù)據(jù)，并用AutoCAD軟件繪制出建筑的平立面圖。相關(guān)資料的搜集整理以及建筑平立面圖的繪制，為之后百年前伶工學(xué)社的建筑復(fù)原打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)根據(jù)搜集整理的資料制作出三維建筑漫游動(dòng)畫的分鏡腳本。這是關(guān)鍵的一步，因?yàn)橛捌暮脡耐Q于腳本的質(zhì)量。分鏡腳本需要體現(xiàn)出伶工學(xué)社作為中國戲劇發(fā)展的重要一環(huán)，見證了張謇、歐陽予倩、梅蘭芳等前輩大家為戲劇文化的傳承發(fā)展做出的努力，并映射出百年以來中國戲劇藝術(shù)發(fā)展的浮塵興衰。本片要做到利用視聽語言的藝術(shù)感染力與戲劇行內(nèi)人士產(chǎn)生共情，使他們觀看之后收獲感動(dòng)與認(rèn)同，與戲劇外行人士產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)，使他們觀看之后對(duì)伶工學(xué)社及戲劇藝術(shù)產(chǎn)生興趣。

(3) 使用3DS Max軟件進(jìn)行伶工學(xué)社建筑三維模型的創(chuàng)建。根據(jù)AutoCAD軟件繪制出的建筑平立面圖，使用樣條線建模為主，實(shí)體建模為輔的方式來進(jìn)行建模。在對(duì)建筑造型進(jìn)行雕刻時(shí)注意區(qū)分現(xiàn)有伶工學(xué)社建筑與百年前伶工學(xué)社建筑在造型風(fēng)格等細(xì)節(jié)上的區(qū)別，根據(jù)歸納整理的歷史資料合理構(gòu)建出百年前伶工學(xué)社建筑的場景與造型。同時(shí)需要注意單個(gè)建筑與整體場景的關(guān)系、室內(nèi)戲臺(tái)與室外戲臺(tái)的區(qū)別等建模要點(diǎn)，最終呈現(xiàn)出伶工學(xué)社整體場景的三維模型。

(4)完成模型后，使用3DS Max軟件中的材質(zhì)球功能為建筑模型添加貼圖和材質(zhì)。貼圖和材質(zhì)的制作依據(jù)來源于前期準(zhǔn)備階段搜集整理的相關(guān)資料。調(diào)整材質(zhì)球的漫反射、高光反射、折射等數(shù)值，并綜合運(yùn)用自發(fā)光材質(zhì)、多維子材質(zhì)、衰減貼圖、黑白貼圖、烘焙貼圖等功能，制作出符合歷史時(shí)代特征的伶工學(xué)社建筑質(zhì)感，貼圖和材質(zhì)的歷史感力求真實(shí)且有據(jù)可考。

(5)伶工學(xué)社建筑場景的三維模型、貼圖、材質(zhì)制作完成后，項(xiàng)目的基礎(chǔ)部分已經(jīng)完成，接下來根據(jù)成果需求的不同可以應(yīng)用在三維建筑漫游動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)場景兩個(gè)不同領(lǐng)域。為了完成三維建筑漫游動(dòng)畫，在制作好的場景中利用3DS Max軟件中的燈光系統(tǒng)創(chuàng)建合適的燈光，模擬真實(shí)場景中的太陽光、月光、燭火、燈籠等光源，最終達(dá)到真實(shí)的光感效果。之后在3DS Max中創(chuàng)建攝像機(jī)，并根據(jù)前期擬定好的分鏡腳本來制作攝像機(jī)鏡頭動(dòng)畫，經(jīng)過電腦渲染后得到三維動(dòng)畫序列幀。

(6)使用Adobe After Effects軟件對(duì)渲染出的序列幀進(jìn)行后期制作，其中包括調(diào)色、合成、特效等步驟，通過后期制作可以得到符合百年伶工學(xué)社歷史厚度和質(zhì)感的鏡頭畫面：例如，百年前建筑與周邊環(huán)境的風(fēng)格、隨著時(shí)間流逝逐漸老化的道具，春夏秋冬四季變換等。在處理完所有動(dòng)畫序列幀后，使用Adobe Premier軟件對(duì)這些序列幀進(jìn)行剪輯、配樂、音效等工序的制作，使影片具有相應(yīng)的節(jié)奏和敘事，最終輸出成一部完整的伶工學(xué)社三維建筑漫游動(dòng)畫影片。

1）第一種做法為720全景漫游：在3DS Max軟件中利用已經(jīng)制作好燈光的場景，創(chuàng)建全景攝像機(jī)，通過全景攝像機(jī)渲染得到720°全景圖，運(yùn)用當(dāng)前十分普及的全景制作軟件將720°全景圖制作成可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊滑動(dòng)自由瀏覽的720°全景漫游VR。這種全景VR的優(yōu)點(diǎn)是文件小、啟動(dòng)方便，便于傳播，微信、朋友圈就能互相發(fā)送并點(diǎn)開瀏覽觀看。缺點(diǎn)是由于虛擬現(xiàn)實(shí)的主體是由全景圖片構(gòu)成，細(xì)節(jié)相對(duì)不夠深入。同時(shí)只能由鼠標(biāo)在某個(gè)特定點(diǎn)滑動(dòng)點(diǎn)擊瀏覽場景，不能像第一人稱視角射擊游戲那樣任意瀏覽場景的各個(gè)角落，所以VR的自由度相對(duì)較低。

2）第二種做法是將已經(jīng)制作好的三維模型導(dǎo)入相關(guān)引擎軟件，如：虛幻引擎、Unity3D等軟件，利用引擎制作真實(shí)的VR場景。用引擎制作的優(yōu)點(diǎn)在于虛擬現(xiàn)實(shí)場景中體驗(yàn)者可以隨心所欲地自由瀏覽，不受任何限制。再搭配上VR頭盔、萬向行走儀等專業(yè)設(shè)備，完全可以在感官和身體活動(dòng)雙重層面上達(dá)到身臨其境的效果。真實(shí)的VR場景能夠讓體驗(yàn)者的互動(dòng)感受達(dá)到最佳，但缺點(diǎn)是文件比第一種720°全景VR要大得多，不利于廣泛、快速傳播。

3 伶工學(xué)社數(shù)字化復(fù)原項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)與存在的問題

本次項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于以百年前伶工學(xué)社的建筑場景復(fù)原為切入點(diǎn)，以三維建筑漫游動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)成果作為手段，在復(fù)原保護(hù)建筑的同時(shí)推廣和發(fā)展戲劇文化，用數(shù)字化和虛擬現(xiàn)實(shí)的方式使年輕一代人主動(dòng)自愿的接觸并喜愛戲劇，再通過網(wǎng)絡(luò)傳播不斷擴(kuò)大受眾數(shù)量，增強(qiáng)戲劇文化的影響力，以達(dá)到發(fā)展戲劇文化的目的。這樣一種通過建筑的復(fù)原和保護(hù)升華至文化的傳承與發(fā)展的創(chuàng)新方法可以為許多日趨式微的中華民族非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的傳承提供全新的思路。

在整個(gè)伶工學(xué)社數(shù)字化復(fù)原研究和實(shí)踐過程會(huì)遇到很多問題，主要有：

3.1 軟件聯(lián)動(dòng)

制作過程中使用了不同公司不同種類的制作軟件，使用不同軟件相互配合聯(lián)動(dòng)，所以各軟件之間的配合兼容非常重要，其中不可避免的素材多次的輸入輸出會(huì)導(dǎo)致畫面分辨率下降，軟件與軟件之間視頻碼率格式是否支持轉(zhuǎn)化，最終輸出的影片能否流暢無誤的播放，都離不開軟件與軟件之間的配合程度與使用者的熟練程度。

3.2 真實(shí)詳盡的資料搜集和體現(xiàn)

資料搜集最大的難度在于資料的詳細(xì)性和真實(shí)性。所以單單從網(wǎng)上查找資料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，網(wǎng)上的一些資料數(shù)量稀少且半真半假，真實(shí)性無法得到保證，這對(duì)于想要真實(shí)還原百年前伶工學(xué)社的風(fēng)貌來說是完全不夠的。基于此問題，我們聯(lián)系到了南通文化館及伶工學(xué)社相關(guān)負(fù)責(zé)人，通過官方渠道獲得了官方保存的大量珍貴翔實(shí)的一手資料，并親至南通市對(duì)現(xiàn)存伶工學(xué)社社址進(jìn)行了實(shí)地測(cè)繪考察，力求所有資料數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確。

3.3 三維建筑場景時(shí)代感的把控

由于本項(xiàng)目是根據(jù)歷史資料以及改革開放后復(fù)建的一部分伶工學(xué)社為基礎(chǔ)來還原百年前的伶工學(xué)社風(fēng)貌，所以如何在模型、材質(zhì)、貼圖等細(xì)節(jié)上盡量貼近歷史、還原歷史和如何根據(jù)現(xiàn)有資料和建筑表現(xiàn)出百年前建筑的時(shí)代感和質(zhì)感在技術(shù)上都需要有所創(chuàng)新和突破。

3.4 VR伶工學(xué)社的運(yùn)營維護(hù)

由于本項(xiàng)目的成果之一：VR伶工學(xué)社不僅僅是單純的虛擬現(xiàn)實(shí)漫游場景，同時(shí)還承載了線上同步參與戲劇活動(dòng)的任務(wù)，所以及時(shí)更新相關(guān)活動(dòng)內(nèi)容、VR伶工學(xué)社程序的日常維護(hù)、線上推廣、受眾數(shù)量的擴(kuò)散等問題是該項(xiàng)目在完成后的后續(xù)運(yùn)營所要面臨的問題。

針對(duì)以上問題，我們?cè)陧?xiàng)目實(shí)施前就需要不斷訓(xùn)練實(shí)施者對(duì)所需軟件的熟練程度，通過不同的項(xiàng)目實(shí)踐以做代練，不斷增加軟件使用技能。而對(duì)于場景建筑時(shí)代感的把控，我們需要在項(xiàng)目制作過程中做到尊重歷史、尊重資料，綜合運(yùn)用自發(fā)光材質(zhì)、多維子材質(zhì)、衰減貼圖、黑白貼圖、烘焙貼圖等功能，耐心細(xì)致的制作歷史質(zhì)感所需的一切細(xì)節(jié)。在這過程中我們需要不斷試錯(cuò)并不斷總結(jié)，最終得到一套行之有效的理念和方法。而對(duì)于VR伶工學(xué)社的運(yùn)營維護(hù)問題，我們可以利用跨專業(yè)合作的方式與計(jì)算機(jī)信息工程等專業(yè)的老師與同學(xué)進(jìn)行合作，取長補(bǔ)短，共同對(duì)VR伶工學(xué)社程序?qū)崿F(xiàn)長久有效地運(yùn)營維護(hù)。

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)字化技術(shù)為建筑的復(fù)原和保護(hù)提供了嶄新的方法和思路，虛擬數(shù)字產(chǎn)品易于保存?zhèn)鞑サ奶刭|(zhì)更使其具有劃時(shí)代的意義。同時(shí)，以此衍生的思路對(duì)于以戲劇為代表的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的傳承與發(fā)展也具有重大意義。