MR技术在传统村落保护中的研究
摘要：混合现实技术可以把虚拟现实和真实现实结合在一起，并将其实时展示出来。将真实的环境与感官效果叠加在一起可以形成一个新的模型环境。在传统村落保护方面，借助Windows系统和unity3D平台，混合现实技术可以帮助我们复原传统村落历史风貌，同时可以在重要节点添加信息标注。
Mixed reality technology can combine virtual reality with real reality and display it in real time. A new model environment can be formed by superimposing the real environment with the sensory effects. In the protection of traditional villages, with the help of Windows system and unity3D platform, mixed reality technology can help us restore the historical features of traditional villages, at the same time, we can add information annotations to important nodes.
关键词：传统村落；混合现实；数字化重构
traditional village; mixed reality; digital reconstruction
【基金项目】河北农业大学大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号2019012）。
1 研究背景
1.1 传统村落逐渐消失
传统村落是我国传统文化诞生与发展的源头，它包含着一代中国人的风土人情。改革开放以来，我国的经济得到了巨大的发展，但是传统村落数量锐减，传统村落内的居民开始走进城市。传统村落承载的意义非同凡响，保护传统村落原貌的重要性不言而喻。然而，传统的保护方式不仅耗费大量人力物力而且修缮费用高，寻找更好地保护方式对村落进行更加系统的保护已迫在眉睫。[1]
1.2 MR技术开始普遍运用
MR技术可通过设备将传统村落影像数据与现实环境结合，其可应用领域很广，或将是当代智能硬件的下一个发展目标。相比于其他方式，MR技术应用到传统村落保护工作中，既节省成本，还避免了繁琐的修缮整理工作。打破了时间和空间的界限，提供更为简洁、方便的研究环境，同时减少了传统村落原始样貌的改动。[2]
2 现状分析
2.1 传统村落现状
改革开放以来，新农村建设在我国现代化建设中起着十分关键的作用。然而在建设新农村的过程中，一些带有传统文化底蕴的传统村落逐渐被新农村取代，即便是保存较好的传统村落的发展也受到巨大冲击。传统村落受到巨大冲击主要为以下两点：
（1）传统村落的数量急剧下降。根据2017年中国传统村落文化研究中心对河北地区传统村落展开的调查数据，2017年河北地区的传统村落仅为325个，比十年前统计的数据减少了129个，平均每28天就会消亡一个传统村落。而就全国而言，传统村落的消亡速度整体上会远高于上述数据，从2003年至2018年，中国传统村落锐减近92万个，并正以每天1.6个的速度持续递减。
（2）传统村落的破坏程度日益加强。传统村落内的房屋本就结构简单，材料也多为天然材料，受长时间的雨雪侵袭后容易破坏。由于生活水平的提高，大部分居民为改善居住条件，弃旧居建新房，大量传统村落空心化严重。再加上保护修缮不到位、保护措施滞后，许多原住居民没有机会参与到对传统村落的保护中去，传统村落中的许多房屋倒塌坍陷、破败不堪。
2.2 MR技术的基本概况
MR技术，即混合现实技术，是现实世界和虚拟世界的融合。它可以在使用过程中产生即时的信息反馈，以真实环境为基础，结合虚拟内容来进行相互转化，产生身临其境的感觉，信息数字化重构将信息数字化保存，增加了信息的精准性和可持续操作性。[3]
MR技术已经应用到了多个领域并取得了良好的成效。混合现实技术数据可视化可以通过多种类型的3D模型进行数据展示，同时它的数字化特点可以大大提高非物质文化遗产保存的进程和精度。该技术还应用在了古生物的数字化复原方面。在传统村落保护上，混合现实技术可通过采集材料，进行数字化保存后，通过3D渲染引擎的重制进行整合处理对传统村落进行数字化、虚拟化处理。
2.3 MR技术的设备介绍
（1）MR全息眼镜Hololens，可提供3D全息影像，辅助3D建模等多种体验。其中，全息影像可对使用者和使用者所处的环境做出反应，让使用者尽可能以更自然的方式和自然进行交互，从而更便捷的创造使用者想象的世界。
（2）Lenovo Exporler 混合现实眼镜，功能较全且价格亲民，视场角110度，刷新率90hz，无形中大大降低了保护传统村落的资金消耗，相比Hololens具有更加大众化的特点。
3 MR技术在传统村落保护中应用的研究
3.1 混合现实技术在传统村落保护中应用的优势
3.1.1 技术日趋成熟
混合现实技术日趋成熟完善，逐渐体现出稳定性与长效性的特点，与传统的数据可视化展示方式相比，数据展示更加直观，而且通过场景的切换可以轻松展示更多更详细的数据。
3.1.2 设备低门槛普及
低价位供应个人及集团使用的混合现实设备开始普及。普通家用电脑、学生电脑均可采用混合现实设备体验大众化的混合现实技术，大大降低了使用的门槛。
3.2 混合现实技术在传统村落保护中应用的劣势
（1）三维对象实时渲染的最大难度就是其高额的成本以及耗电量，但可以高密度的计算3D地图。为了达到最逼真的提议案，微软产品会以笨重而昂贵的形式出现，增加了保护传统村落的费用。
（2）混合现实技术作为一项新兴技术需要对应的专业人才来掌握运用，目前高校师资缺乏该技术方面的培养投入。专业人士的缺乏使得对传统村落的研究不够深入，导致很多技术无法实现高效运行。
3.3 混合现实技术在传统村落保护中应用的技术实现
混合现实技术可以把虚拟现实和真实现实结合在一起实时展示。将真实的环境与感官效果叠加在一起可以形成一个新的模型环境。在传统村落保护方面，借助Windows系统和unity3D平台，混合现实技术可以帮助我们复原传统村落历史风貌，同时可以在重要节点添加信息标注。
在使用混合现实设备进行展示或者体验前，需要采取一定的技术手段对模型进行编译。采用revit或3Ds max进行建模，然后将计算机建成的模型导出成3Ds模式，在3Ds中对这个模型进行调整修改，再把修改后的模型导入到unity中。在unity这个平台上对模型进行编译设计后，将计算机与混合现实设备连接，可以身临其境的感受传统村落。同时混合现实技术可以演示模型的爆炸图，可以根据需要看到任何一个部件的形态，这对建筑乃至村落的面貌复原都有很大的帮助。
一些较为先进的混合现实设备，可以实现语言、手势甚至目光的输入，不过一些较为平价经济的设备需要与手柄配合使用。为了经济节约和达到满意的效果，采用较为平价的Lenovo Exporler配合手柄一起使用。
4 MR技术在传统村落保护中的具体应用
混合现实技术具有很强的交互性和实时性，可以在完成人机互动乃至随时设计的同时给使用者带来源于现实但是高于现实的设备体验。针对它的特点和优势，可以在以下三方面运用混合现实技术进行传统村落的保护。
4.1 重构传统村落数据库
通过设备采集的村落数据全部为数字化、虚拟化的，这些数据经由数字端保存后再通过渲染端进行整合处理，从而建立起了完整的村落信息数据库。
通过混合现实技术建成传统村落模型，不仅很好地恢复了历史面貌，将虚拟现实与真实现实相叠加形成对应的映射关系，还具有很强的交互性，可以在运行过程中随时进行改进。
4.2 对数据进行协同化处理
混合现实技术可以实现多机互联，也就是说可以几个工作人员分别操纵设备来构建数据库，多台设备在同一个数据库中进行漫游、操作。同时专家也可以通过该技术进行远程教学和指导。相对于单人操作而言节省了很多时间，并且便于互相检查及时发现问题随时改正，大大提升了传统村落数字化重构的效率。
4.3 给使用者沉浸式体验
混合现实技术可以真实还原传统村落的场景环境，从而使使用者在使用设备参观传统村落虚拟模型时，可以在身临其境的感受氛围的过程中，获得与传统村落相关的历史信息。使用者通过手柄进行操作控制，就可以得到目标建筑或者节点的相关信息，也可以获取到传统村落相关的历史背景和故事。这种真实体验和随时的互动给了使用者漫游式的体验，唤醒了人们对传统村落文化的情感，增强了对传统村落的保护。
5 总结
村落文化是传统文化和历史文化中不可或缺的一部分。MR技术作为新兴智能技术的代表之一，在传统村落保护中有很大的应用范围和发展前景。将现代化的先进技术运用到传统村落保护中来，是科技发展的表现，也是对传统文化情感的表达。
【参考文献】
[1] 冯骥才.传统村落的困境与出路——兼谈传统村落是另一类文化遗产.民间文化论坛.2013年.
[2] 黄鸣奋.艺术与混合现实.东南大学学报(哲学社会科学版).2008年术.2017年.
[3] 邵兆通,何兵,初毅.混合现实技术在建筑工程中的应用研究[D].土木建筑工程技.
