摘要：在数字化时代浪潮的推动下，UE引擎技术的强大功能逐渐成为各个领域的热门工具。聚焦于我国丰富的乡村古建筑遗产，UE引擎技术在可视化表现方面展现出巨大的潜力与应用价值。通过对乡村古建筑进行精细的数字化建模，UE引擎为传统建筑的魅力重现提供了全新的视角和手段。文章首先梳理了UE引擎的基本概念及发展历程，其次深入探讨了UE引擎技术在乡村古建筑可视化表现中的创新探索，以期让这些古建筑的文脉传承在虚拟世界中焕发出新的生机。

　　中华民族的文化底蕴深厚且多样，跨越了漫长的历史岁月，留下了遍布各地的古建筑群落。作为文化的一种重要载体，它们记录了历史变迁，生动地反映出地方特色和民俗风情，具有丰富的文化意义和历史价值，在起到传承中华文明的关键桥梁作用时，也承担着弘扬民族精神、增强民族自豪感的积极作用。保护好这些建筑，就是保护了乡村的文化根基，也为乡村振兴提供了文化底蕴和精神支柱。

　　20世纪80年代，我国颁布了《中华人民共和国文物保护法》，明确了文物保护的重要性，其中包括将传统村落作为一种文物进行保护，特别是乡村古建筑群落。进入21世纪，尤其是近年来，国家加大了对传统村落保护的支持力度，将传统村落保护作为乡村振兴战略的重要部分。通过制定保护规划、加强基础设施建设、推动文化传承和发展等措施，努力实现乡村的可持续发展。2019年为了贯彻落实乡村振兴战略，文化和旅游部办公厅、国家发展改革委办公厅发布《关于开展全国乡村旅游重点村名录建设工作的通知》，从遴选标准来看，对于具有典型示范和带动引领作用的乡村提出了应具备丰富的文旅资源、保护自然与传统文化、发展特色民宿、成熟旅游产品、完善基础设施、显著带动就业与村民致富的要求。在此背景下，如何运用好数字技术赋能乡村古建筑，为各地乡村文旅建设提供形式多样的数字内容，推动文化旅游的融合发展成为当下的热门焦点。

　　乡村古建筑作为中华民族传统文化的载体，不仅展现了地域特色和历史脉络，更承载着无数先人的智慧与情感。然而，将这些珍贵的古建筑转化为数字化的可视形态，面临着一系列不容忽视的挑战。在这一领域，UE引擎技术以其独特的优势，为解决这些挑战提供了新的视角和方法。

UE引擎的基本概念及发展历程

UE引擎的基本概念

　　随着科技的发展，虚拟现实技术在各个领域的应用日益广泛，其中，UE(Unreal Engine，虚幻引擎)作为一种功能强大的游戏引擎，逐渐在数字化呈现领域崭露头角。UE是由Epic Games开发的一款游戏开发引擎，它不仅被广泛应用于游戏制作领域，还因其出色的视觉效果和实时渲染能力，逐渐拓展到了影视、建筑可视化、教育、军事模拟等多个行业。UE引擎以其高质量的画面效果、灵活的开发环境、丰富的功能模块、强大的编辑器功能和高度的可定制性成了数字化呈现和虚拟现实技术的首选工具，并受到业界青睐。

UE引擎的发展历程

　　UE引擎的成长历程可以划分为三个关键时期。在最初的发展阶段(1998—2004年)，Epic Games于1998年推出了基于UE引擎开发的首款游戏——《虚幻竞技场》。该游戏凭借其突破性的3D图形效果和吸引人的多人在线对战模式，取得了巨大的市场成功，为UE引擎的长远发展打下了坚实的基础。在逐渐成熟阶段(2004—2013年)，随着技术的持续进步和引擎功能的完善，陆续推出了2个版本。这一时期的UE引擎在游戏产业中的应用逐渐增多，支撑了许多知名游戏的开发工作。2014年至今，UE引擎已经进入全面发展和应用拓展的新阶段。其在当年发布的UE4，支持了跨平台和全方位功能的游戏开发，不仅在游戏开发市场持续巩固其领先地位，还积极探索并涉足影视制作、虚拟现实等新的应用领域。经过不断的迭代和升级，UE引擎已经成为游戏开发、影视制作、建筑可视化等领域广泛使用的一款强大的实时渲染引擎。

UE引擎在乡村古建筑可视化中的优势

　　传统文化与现代科技相结合，实现文化资源的数字化保护和传承，为加强乡村文化建设提供了新的方式。借助UE引擎技术，我们不仅可以生动展示古建筑的虚拟视觉，还可以促进文化产业的发展，提升乡村地区的经济效益。UE引擎技术以其独特的表现手法和丰富的展现形式，为乡村文化建设提供了新的动力。

真实地模拟与还原古建筑面貌

　　UE引擎的核心特点就是强大的图形渲染功能，支持高级的光线追踪技术。在引擎中导入三维建模与高精度扫描的模型资产，开展真实场景的数字重建，运用其模拟真实世界中的光线行进路径功能，可呈现出更加真实、细腻的光照效果。从古建筑的外观到内部构造，从石砖的纹理到屋檐的细节，结合其提供的高级纹理处理技术，使建筑模型表面更加逼真，质感更佳。从而真实还原历史风貌，精确模拟出自然环境效果，表现乡村古建筑的质感与细节，使建筑与环境的融合更加自然，增强场景的沉浸感。

具备完善的动画体系

　　UE引擎提供了一套全面的动画系统，包含动画蓝图、动画序列、骨架、骨架网格体、动画混合等，支持复杂的人物和场景动画制作。开发者能够便捷地制作出流畅而逼真的动画效果，为作品增添丰富的动态元素。

强大的交互编辑工具

　　交互式浏览与探索是当下数字化呈现的一种重要手段。UE引擎为我们提供了便捷的交互设计制作环境。运用UE引擎能制作出高品质的交互作品，让观众能够自由穿梭于古建筑之间，感受其内部的布局与氛围。同时，融合虚拟现实与增强现实技术，为用户带来更为丰富的体验。在虚拟现实中，观众可以身临其境地漫步于古建筑之中;而在增强现实中，古建筑的信息和故事将以数字化的形式叠加在真实环境中，让历史变得触手可及。

　　这些核心特性使得UE引擎在古建筑的数字化保护和数字化应用中越来越受到关注。通过UE引擎的可视化表现，古建筑的三维模型不仅展现出极高的细节程度，还在视觉效果上实现了与现实环境的无缝对接。沉浸式的体验，让用户在探索古建筑时能够获得更加真实和直观的感受。

UE引擎技术在乡村古建筑可视化中的具体应用方法

古建筑与环境的数据采集

　　在开展乡村古建筑三维数字化建模前，需要做好一系列的数据采集工作，以便更准确地还原古建筑的历史风貌，包含地貌地形数据、古建筑图像数据、表面纹理数据等。在这一过程中，可以采用多种方法，如运用三维激光扫描技术，对古建筑进行扫描，获取大量的三维点云(3D Point Cloud)数据。三维点云是一种用于表示三维空间中对象或场景的数据结构。在最基础的形式中，它是一个包含多个三维坐标点(X，Y，Z)的集合。点云是空间中的一组数据点，这些点包含了丰富的信息，包括三维坐标(X，Y，Z)、颜色、分类值、强度值、时间等。点云是在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合。因此，点云数据可以精确地捕捉建筑物的形状和尺寸，为后续的三维建模提供基础。还可以通过摄影技术，拍摄大量的古建筑照片，多角度地捕捉细节，方便为后续的三维建模阶段提供大量的图像参考。同时，也可以通过互联网的数据获取，利用互联网上已有的地形高度图等数据，运用软件直接生成目标地的三维地形。

　　古建筑纹理信息的采集也是三维建模过程中的重要环节，能为三维模型提供更加真实的古建筑外观纹理和细节。通常需要根据古建筑的特点，做好采集范围和内容的计划。采用高分辨率数码相机、无人机、三维扫描仪等图像拍摄工具进行表面纹理和色彩信息的采集。采集过程中需要充分考虑光照条件、天气状况等环境因素对图像采集工作的影响。对古建筑的不同部位进行多角度、多层次拍摄，确保能够获取全面的纹理信息。也要对建筑的细部特征进行特写拍摄，如雕刻、花纹等。采集古建筑图像和结构数据的工作不仅需要田野考察和拍摄，也需要后续的调整和比对，对图像进行锐化、去噪等处理，提高纹理的清晰度，调整图像的色彩、亮度、对比度，使纹理更加真实自然。

　　总而言之，获取古建筑的图像数据、三维模型参考数据以及地形地貌数据是一个多阶段、多技术的综合过程，需要根据具体情况选择合适的方法和技术。

场景建模

　　中国乡村古建筑的结构类型丰富多样，体现了中国悠久的历史文化和各地不同的地理环境、风俗习惯。有抬梁式结构、穿斗式结构、井干式结构、干栏式建筑、土楼建筑、砖石结构等。这些不同的建筑结构决定了三维模型的制作难度，因此在软件中搭建模型是一个较为复杂的过程。现在的三维模型制作软件有很多，通常会选用如Autodesk公司的3ds max、Maya等软件，以及Steam旗下的Blender软件。基于软件的开源以及自由下载使用和修改源代码的灵活性与自由性，Blender软件越来越受到从事三维建模人员的喜爱。其具备了建模、雕刻、UV映射、贴图、绑定、蒙皮、动画、粒子系统到物理模拟等一系列功能，几乎涵盖了3D创作的所有方面。通常我们采用以上三款软件来进行乡村古建筑的模型制作工作。古建筑的结构形态通常较为规整，包括墙壁、柱子、窗户、通道、台阶等。在三维软件中运用多边形建模的方法开展模型制作工作。而相关地貌环境的天空、云雾、山石、烟气、花草树木等模型，采用传统的建模方式来实现就显得比较困难，而这些在UE引擎中实现起来会相对便捷。一般采用HDRI环境、UE的粒子系统以及实物扫描资产的导入来实现，对于特定的树木造型，则会采用Speedtree来进行树木的制作。在三维模型构建完成之后，为确保离线渲染与实时渲染都能达到较高的流畅度，还需要对那些复杂的模型进行优化处理。主要原因是，在需要实时渲染的运行场景下，它能够确保图像显示流畅，同时维持漫游环境的高帧率。通常我们会采用主次原则，优化场景内模型的数量和多边形面数。运用高低模烘焙的方法，实现模型面数的最优化，同时也能保障细节纹理的高精度显示，以此降低资源数据的无效度，实现整体模型数据最优化。

模型贴图制作与纹理映射

　　贴图的制作是将图像或者图案“贴”到三维模型表面的过程，贴图的使用极大地提升了模型的真实感和视觉效果。这些图像可以是各种图案、材质或者照片，它们能够为模型提供细节，如木纹、金属质感以及复杂的表面装饰。对乡村古建筑而言，由于经过长时间的风吹雨淋和人为使用，会呈现出一些脏迹、划痕、磨损、残缺等自然现象。这给我们制作模型贴图带来了新的挑战。因此，运用纹理映射来制作三维模型贴图放入方式应运而生。将贴图分为颜色、法线、AO(环境光遮蔽)、金属度、粗糙度、高度等，分别来控制对象的基础颜色、表面光泽、反射折射、凹凸、透明等信息，最终实现古建筑模型的质感、自然的光照和阴影效果等。

数字空间漫游与交互合成

　　完成以上一系列的工作后，最终将进入动画、虚拟漫游以及交互合成的工作。UE引擎提供了非常便捷的动画制作模块以及虚拟漫游交互的功能。可以创作第一人称的场景虚拟漫游动画，也可以导入角色按剧情创作三维动画。此外，在UE引擎内可以搭建交互式的摄像机，将虚拟角色与乡村古建筑场景相融合。利用引擎的交互功能模块，可以设置外部控制器来控制虚拟角色在虚拟场景中的移动。在交互式的数字古建筑作品中，观众还可以自由调整视角，从不同角度欣赏古建筑的每一处细节，这种个性化的体验极大地提升了大众的视觉体验感。显而易见，UE引擎技术的应用不仅高度还原了古建筑的原貌，还通过现代科技手段，让这些乡村古建筑焕发出新的生机，为传统与现代的融合提供了有力支持。

　　我们相信，随着图形图像技术的不断迭代更新，UE引擎的渲染能力和真实性将进一步提升，借助UE引擎强大的图形渲染能力，古建筑得以在虚拟世界中生动呈现并焕发新生。可以预见的是，未来的UE引擎将在保护、展示和传承乡村古建筑文化中发挥越来越关键的作用。

　　本文为2021年度浙江艺术职业学院一般课题“UE4引擎技术在乡村文旅的古建筑数字化呈现中的应用研究”课题成果，项目编号：ZX202104001。

　　编校：陈绪绚

　　网络：吴飞飞

　　监审：乔星琦

　　终审：魏文源