VR遗址保护

2015-08-18 14:43:50
阅读 9489
古文化遗址、遗存及其相关环境, 作为城市的重要标志和象征,真实记载了历史的变迁和城市的演变,具有极高的历史文化艺术价值。

一、背景介绍

1.jpg

虚拟现实博物馆

古文化遗址、遗存及其相关环境, 作为城市的重要标志和象征,真实记载了历史的变迁和城市的演变,具有极高的历史文化艺术价值。文物不可再生,也不能永生,为了应对文化遗产的褪化,就要抓数字化,为国家永存这份宝贵信息。在这种情况下,虚拟文化遗产引起了文物保护部门的高度重视,虚拟文化遗产已经在自然和文化遗产的保护、保存和解译等方 面变得日渐重要。近年来,数字化技术的高速发展给虚拟文化遗产指明了新的发展方向。

虚拟现实技术是综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种技术,科学技术综合发展起来的计算机领域的最新 技术,也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用 。将虚拟现实技术应用于历史文化遗产的复原、虚拟漫游和动态展示等方面,可以较好地满足上述应用高精度、大规模、受众广、交互性强等方面的实际需求,从而有效缓解文物保护与利用的矛盾,增大文化资源受众面,为文物保护及历史资源合理应用提供高科技支撑。

二、三维数据获取

5.jpg

360度长城

虚拟现实技术是以庞大的数据量为依托,通过各种测量手段获取高精度的三维信息是必不可少的,也就是说,三维信息获取是实现虚拟仿真的第一步。

(1)建立三维模型要获取的数据类型:

1 空间实体的三维坐标;

2 空间实体的高度信息;

3 空间实体的纹理信息;

4 模型所处区域的地形起伏状况,一般是DEM数据。

(2)三维信息获取途径 目前,三维信息获取的途径可大致分为:基于地图的方法、基于图像的方法、基于点群的方法 。

1、基于地图的方法 基于地图的方法是,利用研究区已有的GIS 数据、纸质地图和CAD提供的二维平面数据以及其他高度辅助数据经济快速建立盒状模型。我们要做的最重要的工作就是建立微地貌DEM 和建筑物 DEM,然后在 GIS 软件系统中合成文化遗址的三维模型。

2、基于图像的方法 基于立体像对的方法是建立三维立体模型的最基本的方法,也是目前最为常用的方法。它的发展与计算机技术、遥感技术相互交叉渗透,形成了现代摄影测量技术。这种方法的数据来源主要有:航天航空立体像对、近景摄影测量、单张照片上提取信息、基于三线阵 CCD 的数据获取。 3、基于点群的方法基于点群的方法,就是应用激光雷达和激光扫描仪快速获得的大量所研究文化遗产的三维点群数据,这些点群数据就是相对系统坐标系的三维坐标。这种方法的数据来源主要有:基于机载三维成像仪数据获取、移动测绘系统数据获取、先进的三维激光测距技术。

三、3D虚拟环境建模

3.jpg

360度古迹

一个完整的虚拟现实系统可以分解为视觉、听觉、触觉等子系统,三维虚拟环境模型的 数字重建是实现虚拟现实的重中之重,也是文化遗址数字化展现的基础,模型的好坏将直接影响到运行的效果和场景的逼真度。

按照虚拟场景的构建方式的不同,三维虚拟场景的建模方法可以分为如下两类:一种是利用建模软件实现的几何建模方式;另一种是基于图形图像的建模技术。

1.基于儿何建模的场景建模技术 以计算机图形学为基础的几何建模技术是传统的建模方法,其首先是对真实场景进行数据抽象,用各类多边形构建文化遗址在虚拟场景中的三维模型,同时添加相应的材质,通过参数设定进行纹理映射,然后使用三维软件进行建模,再根据浏览用户所在的空间位置坐标、光线的照射程度、加上使用消隐技术,就可以渲染出虚拟画面,也就实现了在整个虚拟环境中的漫游。

2.基于图像的场景建模技术 基于图像的建模技术是使用现实世界的具体图片数据来代替传统的建模技术,并且使用图片的空间变换来达到渲染的效果,它是以计算机机器视觉和计算机图像处理等学科的理论和方法为基础的。基于图像的场景渲染技术相比于传统的几何建模方式,其在构建场景的真实感方面和渲染速度上,具有独特的优势,已经成为近年来图形学方面的一个热点,尤其在虚拟场景的开发方面具有良好的发展空间。

3.基于图形与图像的混合建模技术 基于几何的建模方法和基于图像的建模方法各有优缺点,如果将两者混合使用,则能平衡虚拟场景图像的和交互性之间的冲突,混合建模的思想是在虚拟环境中先利用几何建模法构建出文化遗址的轮廓,然后利用图像建模方法引入纹理贴图,是实体的外观具有逼真的效果,对于需要发生交互的地方,用几何建模进行精细建模,添加相应的交互模块,这种方法在增加场景逼真度的同时还保证了用户浏览的实时性与交互性高度结合,做到了真正意义上的沉浸。

四、虚拟现实遗址保护前景

4.jpg

虚拟现实金字塔

1、利用虚拟现实技术可有效提高文化遗址保护的技术水平。应用虚拟现实技术可 模拟出文化遗址修复后的影像,用于检验修复技术、手段的可行性,考察修复过程中各项环节,修复后耐久性等,有效提高文物修复的精度和预先判断、选取采用的保护手段,同时可缩短修复工期。

2、虚拟现实技术可突破时空限制发挥文物的价值。利用其采集的数据信息,可将 考古研究数据和文献记载进行汇总, 充分使用计算机语言对遗址的地理环境进行相对分析和编纂,通过相关软件把模型中的外形、材质、纹理等信息导入渲染系统中,模拟地展示已经湮灭了的文化遗址,多方位,多视角地向世界传播中华文化。

3、历史文化遗址保护是当代人面临的一个重要的历史课题,但现有的计算机信息技术及其应用与文物保护工作的实际需求还存在一定的距离。我们必须充分利用当代信息科学中的各项技术,大力推进历史文化遗址保护的数字化工作进展。