数字虚拟技术在古建筑修复及古建筑色彩复刻中的应用

关键词：虚拟现实计算机网络文化遗产保护

随着多媒体和数字图像处理技术的发展, 特别是二十世纪末虚拟现实技术的兴起和计算机网络的高速发展, 为文化遗产保护事业带来了新的曙光。数字化文化遗产保护的研究已经成为当前国际国内研究的一个热点和前沿领域。在现存的自然文化遗产中, 绝大部分是不同类型的古代建筑或建筑群, 因此, 将先进的计算机技术应用到古建筑的保护和修复中将具有较高的历史和社会意义。

一、古建筑色彩虚拟修复技术应用

传统的色彩修复工作, 由富有经验的专家和工匠直接在建筑实体上进行操作, 操作失误的危险性很大, 而且有些色彩装饰如梁坊上的彩画等复原难度较大, 甚至根本无法恢复原貌。数字图像处理、计算机图形学的发展, 特别是颜色迁移、图像分割等技术的研究, 为建筑色彩修复提供了新的虚拟修复手段。计算机色彩虚拟修复具有虚拟性和可重复性, 无损坏原物的危险, 也没有时间制约, 所以计算机虚拟修复可以作为建筑色彩复原的工作参考和方案评估, 为色彩修复工作者提供有意义的借鉴与参考。

我国大量的文物都具有丰富的色彩和造型, 这些文物都容易出现表面脆化、脱色、剥落等现象, 即便人工修复后仍难长期保存与展示。利用计算机辅助色彩修复和模拟, 我们可以预先展现文物修复后的影像, 从而检验修复技术、手段的可行性; 进一步可以和视图计算技术相结合, 考察修复过程中的各项环节和修复后的耐久性; 利用计算机大量而完好地多角度展示文物, 从而使文物实体保存在更加严密的环境中, 有利于文物寿命的延长, 同时也利于建筑色彩和造型风格研究。古建筑色彩虚拟修复中, 有三种新的颜色迁移的思路和算法。, 包括: ①基于直方图映射和分层迁移的灰度图像上色算法, 应用于褪色、变色严重, 且本身图案不太复杂的建筑色彩装饰图像; ②基于图像分割和区域匹配的颜色迁移算法, 应用于对色彩保存相对较好, 本身图案较复杂的建筑色彩装饰图像的修复; ③基于参考色彩模型的区域颜色迁移算法, 不仅能完成褪色变色严重的色彩图像的修复, 同时能较好地实现色彩图案较复杂、颜色丰富的建筑色彩装饰图像的修复。最后, 分别给出针对建筑平面色彩装饰图像的测试修复结果。

二、虚拟漫游技术在古建筑修复中的应用

通过实地拍摄, 采用基于图像的虚拟漫游技术, 实现了拟漫游展示。结合虚拟现实工具箱, 分别采用虚拟现实工具箱中的接口函数和模型驱动信号实现了对三维建筑场景的交互导航。利用现实语言与虚拟建模语言相结合的方法, 进一步加强了虚拟建筑场景中的对象交互性。

建模软件和工具箱都提供构建三维虚拟世界及其中对象的可视化界面和功能按钮, 并提供许多常见模型构件的素材库, 能方便直观地完成各种对象模型的构建; 建模软件和工具箱本身都提供简单的场景导航和漫游的功能, 并能实现简单的场景交互; 更重要的是, 它们大都支持格式输出, 即用建模软件构建的三维虚拟世界都可以保存或导出为文件, 从而可以进一步利用的动态特性完成一些复杂的交互功能的实现。下面介绍几种我们在古建筑虚拟场景构建中用到的虚拟建模软件和工具箱。

1、建筑草图大师

由美国推出的建筑草图设计工具是一套令人耳目一新的设计工具, 它给建筑师带来边构思边表现的体验, 产品打破建筑师设计思想表现的束缚, 快速形成建筑草图, 创作建筑方案。被建筑师称为最优秀的建筑草图工具, 是建筑创作上的一大革命。是相当简便易学的强大工具, 不熟悉电脑的建筑师以及初学建筑设计的人员, 都可以很快地掌握它。它融合了铅笔画的优美与自然笔触, 可以迅速地建构、显示、编辑三维建筑模型, 同时可以导出透视图、或格式的向量文件等尺寸下确的平面图形。同样也支持文件输出格式。因此, 我们在构建岳麓书院赫曦台的三维模型时, 便是采用的软件。

2、虚拟现实工具箱

是一套高性能的数值计算和可视化数学软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体, 构成了一个方便的、界面友好的用户环境。虚拟现实工具箱是. 及以后版本新增加的工具箱, 提供了简便的可视化的三维物体构造工具包. 用户可以直接编辑界面中的每个节点和域, 如增删或修改节点, 相应的场景立即得到更改并可见。

同时, 它提供了文件存储容量最小化的工具, 使得复杂物体的建模简单化并便于通过互联网进行传输。虚拟现实工具箱能够通过使用标准的技术创建虚拟世界或三维场景, 用和创建和定义动态系统, 查看接口和信号驱动的移动的三维场景, 同时提供一定的交互功能, 如可以改变虚拟世界中对象的位置和属性, 或者在进行模拟时改变模型的参数。

三、基于图像的虚拟漫游交互技术应用

基于图像的虚拟漫游技术简称图像法不依赖于三维几何建模, 而是利用照相机采集的一系列图像或摄像机采集的连续视频作为基础数据, 经过图像处理生成真实的全景图像, 然后通过合适的空间模型把多幅全景图像组织为虚拟实景空间, 用户在这个空间中可以前进、后退、环视、仰视、俯视、近看、远看等操作, 从而实现全方位三维场景漫游的效果。

基于图像的漫游技术具有真实感强, 算法复杂度与场景规模无关等优点, 但由于这种技术是用拍摄的实景照片图像作处理的对象, 所以基于这种技术的系统一般都是针对实际存在的、静态的场景进行漫游。

利用全景图像建立虚拟全景展示系统, 把拍摄到的一系列真实场景的照片变换投影到一个统一的参考面上进行匹配对准, 把对准的照片拼接在一起构成全景图, 将全景图映射到简单几何形体的表面上进行显示。

四、总结

我国的古建筑造型具有浓郁的艺术文化积淀, 保护我国古建筑对文化遗产传承具有重要意义。建筑色彩在建筑艺术中占有重要的地位, 在雄伟壮丽的建筑物上施以丰富而协调的色彩, 一方面取得了豪华富丽的装饰效果, 另一方面很好地保护了木质结构建筑体表面, 这是中国传统建筑艺术在功能和装饰相结合方面的卓越成就。所以, 我们要利用新的数字技术手段, 为促进文化遗产的保护作出贡献。为子孙后代留下这笔巨大的遗产。

摘要：我国的古建筑造型具有浓郁的艺术文化积淀, 保护我国古建筑对文化遗产传承具有重要意义。建筑色彩在建筑艺术中占有重要的地位, 在雄伟壮丽的建筑物上施以丰富而协调的色彩, 一方面取得了豪华富丽的装饰效果, 另一方面很好地保护了木质结构建筑体表面, 这是中国传统建筑艺术在功能和装饰相结合方面的卓越成就。

关键词：数字虚拟,古建筑,色彩修复,漫游动画