技術流：用VR還原鼓浪嶼古建築區

對於中國的古建築，總有那麼一群人執著於它原來的樣子。尤其是祖祖輩輩生活在當地的人，更是對當地古老的建築有著獨特而濃厚的情感，然而這些古建築卻也是一種不可再生的文化資源。

2015年春，廈門大學建築與土木工程學院的老師找到指揮家VR，希望借用VR科技來「還原」這個鼓浪嶼上的老建築區-海天堂構。去追憶百年前這裡發生的故事和歷史的變遷，能夠給現代人以更好的方式向古建築致敬。

同年5月份，指揮家VR經過前期的收集古建築資料，到後來的建模、視覺處理等反覆的修改和打磨，終於將這部具有跨時代、附有穿越歷史意義的古建築還原項目-海天堂構帶到了大家面前

（視頻截圖）

那麼，近百年前的鼓浪嶼上的老建築，究竟是如何被「還原」的呢？今天的「指揮學堂」就專門開了一堂「鼓浪嶼老建築區還原」的小課堂，特意找來了當時負責這個項目的場景設計師、建模師們帶來了以下技術分享：

如何理解「VR還原技術」？

科學技術越發展,社會越進步,傳統的東西對於我們就顯得更加珍貴。通過現場測量數據，三維模型進行重建和渲染，對文化遺產的數字復原、保護提供了技術方面的支撐。

具體操作流程

一、收集資料

1.收集整理文獻資料

為了更好、更全面地理解古建築文化遺產的背景以及它的建築結構，做好相關資料的收集工作必須要放在首位。由於時間比較久遠，可查閱到所有關於鼓浪嶼的歷史建築材料非常有限，通過廈門大學建築與工程學院老師們的配合查找，加之網上搜索、歷史博物館的查閱，指揮家VR獲得了小部分古建築的歷史文字介紹，以及幾張可用的「建築結構圖」。也正因為能查找到的資料非常有限，這就要求指揮家VR的製作團隊必須到現場「一探究竟」。

2.實地考察古建築

為了獲得更為宏觀的古建築群的整體風貌，在無法收集到完整的圖片素材和歷史資料的情況下，指揮家VR採用了無人機飛上鼓浪嶼群島上方，拍攝了大量的照片素材和視頻。因為建築不是孤立的，它需要周圍環境的烘托，故需要把周邊環境用攝像記錄下來，包括地形、地貌、綠化。

為確保能夠更真實的還原鼓浪嶼的古建築，需要利用數碼相機拍攝古建築相應的紋理貼圖圖片，包括牆面、地面、屋頂、磚紋，甚至雕刻，並對這些照片編號，以便後續和CAD圖對應。為保證貼圖照片的質量，拍攝時更要注意角度、光線。

二、建立基本的古建築模型

1.建模

可用於建模的軟體工具非常豐富，如： 3D Max、Maya、ZBrush、Cinema 4D 等。其中最常用到的建模軟體為就是3DMAX和MAYA。因為在建築建模中的效率較高，3DMAX是室外建築裝飾效果圖和室外建築設計效果圖的首選建模軟體。在建築場景建模中，古建築中的樑柱、台階、牆壁這些物體形狀是規則的，可以通過3d MAX的標準基本體（如圓柱、長方體、牆壁）來建模。

（古建築外觀線框圖）

2.模型優化

此外，為了使最終的虛擬古建系統運行流暢，需要對模型進行優化設計。優化設計要盡量使模型簡單，如：三角面盡量採用等邊三角形，對部分規則物體採用貼圖方式表現，而不需要都用建模；將渲染畫面中看不到的面刪除，減小渲染的壓力。

三、導入UE進行視覺製作

當模型在MAX中處理完畢後，我們就進入到UE中開始視覺部分的處理。

1.光線處理

儘可能的還原真實的場景，以體驗年代感覺，像春聯、燈籠等材質需要做破損處理，光線也以黃昏暖色調為主。而進入UE的第一步就是燈光處理，需要在建築物還沒上材質前完成。因為如果在光影還未處理的情況下直接上材質就無法表現出材質本身的特性，也無法展現出物體在正確的光影下所呈現的效果 。

燈光處理環節更多的是為了表現光影效果以及場景的氛圍，這個過程沒有固定的參數，很多時候需要我們根據實際的情況進行處理。其中的關鍵是對布光的理解。因為現有的軟體無法模擬自然光源，布光需基於現實並模擬現實。如果之前有過效果圖或者建築動畫的渲染工作經驗，這個過程會讓製作者覺得很熟悉。

2.材質處理

當燈光處理完以後就來到材質部分。因為UE的渲染機制，使得我們可以任意的更改材質而不需要重新渲染，所以這個環節更注意工程師個人對材質的理解。建議如果想要做出真實的材質，可以去學習一下關於PBR的概念，這對如何做出真實的材質會有很大的幫助。

3.體積處理

燈光及材質處理完以後，那麼UE視覺部分就只差後期了。通過UE的後期處理體積，我們可以更改對比度、色溫、飽和度等等為畫面加分。指揮家VR在「還原」鼓浪嶼老建築區中就調整了色彩和對比度，使老建築在美觀度和表現上更為豐滿。

（純光線模擬和加了材質之後的區別）

四、程序處理

當後期處理完以後那我們就來到了下一步：程序處理

1.移動方式

因為當時使用的設備是Oculus DK-2，頭顯的解析度還沒有達到現在HTC vive的水平，所以體驗者在體驗的時候眩暈感會比較強，要想在一定程度上減輕眩暈感，從硬體設備上來講難度還是很大的。考慮到體驗者一般都是坐著體驗，也因為古建築群的屬於旅遊類地產項目，面積較大，體驗者受空間限制，在當時也無法實現像在真實空間內一樣四處觀賞。解決辦法是通過小遙控器來控制體驗者想要去的地點，而這幾個點也是在程序中經過固定的。

2.語音解說功能

針對鼓浪嶼古建築還原的項目，廈門大學與指揮家VR一起為其增設了一個「語音」解說的功能，即在後期的程序設定上，當體驗者「去」到一個設定的位置時，就會觸發到語音講解的功能，會自動解說該地點的歷史故事與文化。

五、測試

在這個還原內容完成之前，還有一個重要工序就是測試環節。這一環節的主要目的就是找bug，如建築材質的瑕疵、物體是否缺少碰撞處理等問題就需要在此環節中找出。

六、高品質的場景構建

測試環節結束後，開始進行高品質場景構建。在測試前我們會將各參數調整到比較低的指數，目的是在大效果一樣的前提下，讓項目更好的運行以便快速測試。然而由於測試過程中的項目參數低導致的光影不夠強烈，建築物有鋸齒等情況需要在高品質場景構建中進行優化，將參數提升到正常的指數，此步驟也是VR還原古建築製作中最後一個環節。在得到最終的效果後，我們就可以將一個完整的項目呈現出來了。

我們都知道，國內有很多重點景區，不單單是旅遊景點，更有歷史文化的借鑒意義，但由於自然氣候或者是人為破壞，現在已經完全看不到它們原來的樣子了，有些甚至已經「面目全非」，更不能再對外開放、供當代人觀賞了。即便是允許參觀，遊客只能遠距離觀看，無法近距離體驗景區所帶來的樂趣和獨特自然人文的風貌，因此對於當代人和後輩們來說是一種遺憾。

古建築文化遺產的虛擬復原是科學與藝術相結合的產物，虛擬古建築系統打破了時間和空間的限制，提高了文化遺產的展出效果和展出效率，對其保護應用具有一定的支持作用，相關研究對社會的很多領域也有一定的貢獻。

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