摘要：随着现代高新技术的迅猛发展，信息化已渗透到社会生产与社会生活的各领域，强烈冲击着现代城市建设。21世纪是一个数字城市的世纪，数字城市将改变传统的城市发展模式，改变人们生产、生活和相互交往的方式，改变经济、生态、社会和家庭的面貌。而作为城市建设重要研究部分的历史建筑保护与更新的方法也必将发生根本的改变。
关键词：虚拟现实技术；历史建筑保护；应用
一、虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，最早起源于20世纪50年代的美国，是以多感性、沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。其综合利用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能通过语言、手势等自然方式与之进行实时交互，创建一种适人化的多维信息空间。而这一技术为非物质文化遗产实现多层次多方位的虚拟情境再现提供技术保证。
虚拟现实技术的优越性主要取决于本身特点：多感性是指用户在计算机虚拟的三维世界里如同在现实生活中一样，同时享有视觉、触觉、动觉、力觉甚至嗅觉与味觉；沉浸感是指用户作为虚拟环境中主角的真实感程度，在虚拟世界里听到的声音、摸上去的手感、闻起来的气味及拿起来的重量都有一种与现实世界完全一致的感觉；互动性主要指用户通过声音、手势等发出命令需求，虚拟环境会做出相应的信息反馈；构想性是指虚拟现实技术不仅可以再现真实环境还可以构想不存在甚至不可能发生的环境。由于本身的优越特点，虚拟现实技术被广泛应用在工业、建筑、教育、娱乐等领域，具有广阔的发展前景。
让民众最能感受虚拟现实技术给人类所带来的震撼，最成功的例子可谓是2010年在上海举行的世界博览会，从世博园功能设计、工程规划、大型活动方案审改、客流量统计、安全保障及展览展示等方方面面都运用大量虚拟现实技术等科技手段，成功汇集了世界各地的生活理念和文化遗产，让全世界见证科技与文化的结合是如何水乳交融，使古老文明在今天的科技帮助下焕发了新风采。
二、虚拟现实技术在历史建筑保护中的应用
2.1立体声合成和立体显示技术
任何从现实世界听到的声音，看到的物体都是有空间感的。从不同声源发出的响音，可根据声源空间位置的不同，感受到不同的声音强度；看到的物体都是三维立体的，不同角度有不同特点。但人们平时看到、听到的视音频资料都是从同个扬声器里播放出来，自然空间感不存在，就成了单音。虚拟现实技术可将声音和物体的显示重新获得立体空间感，打破传统视音频技术的缺陷，增强虚拟环境的真实感。
虚拟现实技术中立体声的合成主要通过对直达声、回声及周围环境混杂声的设计，综合营造一个立体效果。立体显示技术主要通过特殊立体显示仪器实现，如光阀眼镜、头盔显示器、手持立体显示设备等。由NVIDIV提供的Quadro显示芯片在立体显示中起到巨大作用。如利用NVIDIV技术打造的电影《圆明园》，如果没有NVIDIV显卡，不可能完成这部电影，大家也不可能看到如此真实的画面。由著名导演詹姆斯?卡梅隆执导的科幻电影《阿凡达》（突破27亿美元，赢得了全球电影票房历史第一），在影片中看到如同真实世界的场景画面就是由虚拟现实技术实现的。
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2.2环境建模技术
充满真实感的三维虚拟环境是虚拟现实技术的核心，其建立目的就是获取实际环境的三维数据，根据实际需要利用获取的三维环境数据建立相关的虚拟环境。虚拟场景的构造主要为三维视觉建模，包括基于图形的绘制技术和基于图像的绘制技术。
（1）利用相关三维模型软件进行模型建立，如3Dmax，Rhion.Proe.Maya等或通过手绘软件将草图转为三维模型；（2）从相关3D模型数据库和网站购买模型。模型的建立基本实现三维虚拟环境的建立，但本身存在许多缺点，三维软件本身存在许多局限性，建立的模型在细节处理上不能达到与实际事物的完全相符。为了营造更好的逼真效果，建立模型要进行灯光、材质的相关处理，材料库里的图片很难找到特别合适，如果在软件里进行渲染就会大大增加模型的空间容量，而虚拟环境中每个角落都是这样建立的，当环境稍微复杂一些，就会占去电脑大量空间，严重影响电脑运行速度。在体验虚拟环境时由于电脑传输数据存在时间差，其动作就会反应迟钝，用户根本体验不到那种随心所欲的真实感。
图像的绘制技术主要通过拍摄实际事物进行图片采集，是完全由真实图片构成的一个虚拟环境，能使用户真实沉浸其中。由于相机拍摄的图片没有三维几何信息，没有光照函数等数据信息，很难实现理想效果。直到20世纪90年代末，由Apple公司推出基于静态图像是的虚拟现实技术（QuiekTimeVR）系统，其是一个基于柱面全景图像的虚拟现实系统，该系统可支持用户在虚拟环境中3600环视、沿固定路线前进与后退等漫游操作，用户看到都是高质量的真实照片。QuickTimeVR采用照片、录像或数字图像来创造虚拟环境，通过对资料的六个表面进行不同距离和方位的图像修复、整理、拼结成一幅完整的全景图，用户可根据自己的需求进行360°的旋转参观。通过多屏拼接技术，将画面扩大到理想大小，如上海世博会意大利馆、西藏馆、韩国馆等都是多屏拼接的成功案例。
2.3人机交互技术
人机交互技术主要是指用户脱离鼠标键盘等输入设备的限制，可通过自己的手势、声音等体态发出需求信息，虚拟环境针对命令作出的相关回馈与反应，并产生一种身临其境的感觉。其技术的实现也是通过特殊的传感器设备实现，如数字手套、动作跟踪器、力量反馈装置等，可对用户的手势体态作出相关的信息反馈；虚拟现实建模语言可建立三维语言模型库，当语音控制按钮开启时，虚拟环境就会根据用户的声音作出相应的信息回馈。
2.4系统集成技术
由于虚拟现实系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统集成技术为重中之重，包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等。系统集成技术就是将构成虚拟现实环境中应用到的各项技术在技术兼容、播放速度、显示效果等完美结合成为系统化的过程。
结束语
近年来，随着旅游业的兴起和城市的发展的需要，为凸显旅游优势和悠久的历史文脉，新一轮城市规划的展开，利用现代三维数字化技术和高科技手段对历史建筑进行静态还原保护，并在当代历史语境下对历史的建筑提出动态传承的建设性修葺措施。无论是对区域历史特色的持续，还是对建设具有多元文化底蕴的城市以及其与城市经济发展间的和谐都将会带来广泛的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]余明，丁辰.激光三维扫描技术用于古建筑测绘的研究[J].测绘科学，2004（10）.
[2]邹德侬.中国地域性建筑的成就、局限和前瞻[J].建筑学报，2002（5）.
论文作者:刘欢
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/27
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