虚拟现实技术在工业遗产保护中的应用.docx

虚拟现实技术在工业遗产保护中的应用摘要：后工业时代的工业遗产如何得到有效的保护和利用已成为近年来非常重要的研究课题。传统线划图的表达方式难以将工业遗产完整呈现；而利用虚拟现实技术可以将工业遗址的原貌完整呈现于计算机中为工业遗产的保护提供技术支撑。本文介绍了虚拟现实在工业遗产保护中的应用并以首钢厂区和首钢二通厂为例介绍了项目中建设虚拟场景所使用的技术路线为其它同类项目提供参考。关键词：工业遗产保护；虚拟现实；三维虚拟场景；地面激光扫描；车载激光扫描一、引言随着社会的发展和变革许多城市已经逐渐向后工业时代转变一些原有的重工业已逐渐不能适应城市发展的总体需求停产搬迁后的厂区内原有厂房与工业设备被逐步废弃使用形成了新时代的工业遗产。这些工业遗产是社会快速城市化的必然产物是标志工业时代文明的特殊烙印和标记。如何对工业遗产进行保护与再利用是近些年来非常重要的研究课题[1]。传统的工业遗产保护和再利用是利用数字线划图将工业厂区的各类要素表现在平面图上然而这种方法很难完整呈现空间的信息并且识别数字线划图需要一定的专业知识不能直观体现各类要素。本课题利用虚拟现实技术进行了工业遗产三维重建完整再现了厂区的真实原貌为工业遗产的保护和再利用提供了技术保障。虚拟现实技术是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响从而产生亲临等同真实环境的感受和体验[2]。虚拟现实技术的核心是模拟和仿真随着计算机技术的高速发展虚拟现实技术越来越多地被应用于城市规划、文物保护、应急保障等方面。本文介绍了虚拟现实技术在首钢厂区及首钢二通厂工业遗产保护的应用并对两处虚拟场景建设中使用的技术路线进行了具体描述为其它同类项目的建设提供参考。二、项目介绍首钢厂区虚拟场景建设了北京首钢厂区约7.8平方公里的三维场景。随着北京市城市的发展首钢重工业厂区同城市规划设计的矛盾越来越明显如何科学规划、合理保护、适度改造这些工业遗产成为重要的研究课题。慎重对待首钢工业遗产维护整体工业风貌对首钢工业遗产及周边文物进行保护性建设不仅能够完整保护首钢工业厂区、使厂区能够见证工业历史并且能够使厂区成为具有活力的独特文化区域。在此次建设中对厂区和周边文物进行了测量并建立了整个厂区的三维虚拟场景建设内容包括建筑物、道路、地面、管道、树木、灌木丛、铁轨、雕塑、路灯、围墙、亭子和山体等使改造前整个厂区的原貌能够完整保存下来并且为厂区改造提供数据支撑为工业文化遗产保护与再利用探索出一条科学创新的道路。首钢二通厂虚拟场景建设了北京首钢二通厂改造核心区约0.18平方公里的三维场景。首钢二通厂自1958年建厂后一直生产钢铁随着当今社会发展原有厂区的功能定位逐渐不能适应北京市发展的总体需求许多厂房与工业设备已逐步废弃使用。为了对厂区工业遗产进行保护与再利用首钢成立了二通实验区管委会并启动了对整个厂区的三维虚拟化建设。首钢二通厂三维虚拟场景建设了整个改造核心区的三维模型包括厂房、道路、地面、绿地植被、铁轨和天车等设施。其中6栋主要厂房采用三维激光扫描技术获取数据对其中5栋进行内外部精细建模；其余建筑物参照二通厂现况地形图实测建筑物高度进行三维建模。虚拟场景的建设为二通厂的保护、开发、再利用提供技术保障。置身于三维虚拟场景中如同身处真实的厂区。三、技术路线由于首钢厂区和首钢二通厂厂区的各类要素较复杂针对不同类型的要素本课题采用了不同的技术方法进行三维建模。对于一般的厂房、居住用房使用基于数字线划图的方法进行三维建模；对于重点厂房、复杂工业设备使用地面激光扫描仪进行三维建模；对于错综复杂的工业管道使用车载激光扫描仪进行三维建模。（1）基于数字线划图的建模技术路线对于一般的厂房、居住用房等建筑物、道路、地面等地物本课题使用传统的建模方法使用数字线划图获取地物平面位置基于正射影像获取顶部结构采用外业现场拍照的方法采集地物纹理照片通过外业测量获取建筑物主体顶部高程数据。内业使用Photoshop软件进行纹理照片的处理使用3DsMax软件进行模型制作、模型格式转化最终导入三维虚拟平台中进行场景整合。三维建模流程图如下图所示：使用此种方法建设的三维模型如图2所示左图为虚拟场景中首钢厂东门右图为场景中首钢厂内石景山功勋阁。此种方法的优点在于能够充分利用已有的数据进行三维建模技术较为成熟构建的三维模型数据量较小。缺点在于对内部结构和一些复杂的结构不易把握缺少空间位置信息无法确定复杂工业管道的连接关系。（2）基于地面激光扫描仪的建模