物联网技术再现圆明园

　　圆明园已化为废墟，即使拥有自动讲解机，游客除听一听传说中的风花雪月之外还能做些什么?四年前的一天，清华同衡规划设计研究院(原北京清华城市规划设计研究院)的工程师们在一次头脑风暴之后试图找出答案。

　　当时，古建“学术派”和数字“技术派”在一次会议中相遇，一个奇思妙想偶然被碰撞出来—为何不利用清华现有对圆明园的研究优势，重建一整套以圆明园为主题的3D影像，并将以往束之高阁的理论研究转化为商业化的产品?学术派与技术派最终一拍即合，《再现圆明园》项目由此诞生。

　　这项基于圆明园现场导览的应用系统，以海量历史文献及考古发掘采集的遗址信息为基础，数字化复原了圆明园多个历史时期的景区3D效果图，不仅展示空间概念，而且也展示时间概念。用户只需通过一个下载至平板电脑中的APP，就可按图索骥在园内找到相应二维码进行信息扫描，景区图片随之即出。举起平板设备也可获知圆明园建筑朝向及视角变化，并呈现出特定的3D复原效果。考虑到圆明园在康熙、雍正或是乾隆时期都曾进行过翻修，它还能够呈现出不同历史时期的复原效果。此外，工程师们还辅以动画音视频、以及微博等多媒体手段，如此一来，游客即使站在断壁残垣之上亦可穿越时空重返盛世时代的圆明园。

　　当以移动技术为主宰，物联网、云计算全面覆盖的智慧城市成为未来的城市形态，在家中观看博物馆的珍贵展品、在拥挤的景点中规划合理的旅游线路、不需人工导游就能完成名胜古迹的导览—数字旅游无疑是智慧城市中人们最期待的命题。“未来的某一天，你在这里看到的每棵树、每块石头，可能都会讲出一个故事。”北京清华同衡规划设计研究院信息中心副主任王鹏对《环球企业家》说。

　　重构昔日的“万园之园”并非易事，这需要对建筑、历史、考古、园林、数据库技术、网络工程以及视觉艺术等融会贯通。幸运的是清华大学对圆明园历史、建筑研究积累已达数十年，此外，其城市规划设计研究院数字城市所(伟景行科技股份有限公司的研发中心)则在三维虚拟现实技术领域颇有建树。考虑到此项工程的学科交叉性及复杂性，其领衔者则由建筑大师梁思成的关门弟子、清华大学建筑学院教授郭黛担任。

　　摆在郭黛面前，首当其冲的是确定时间轴。由营建至被毁，圆明园多达32个景区曾经历数百年变迁，多位皇帝曾大规模营修及改扩建，因此各景区在不同时期的风貌也不尽相同。因此，将“时间轴”引入复原工作至关重要。

　　对单个景区每处细节而言，3D复原均需经十二道严谨的工艺流程，其中包括文献档案研读、古建图辨析、写景图、老照片辨析、遗址详细勘察和营建技术分析等。其中，建筑复原则包括木作、砖石作、油饰彩画、室内装饰等要素。园林景观要素则包括植物、叠山理水、楹联匾额等。在确定景区的全部要素后，工程师还需通过实地勘测进行精确建模，将建筑、山水、遗址完整地复原出来。上述要素则共同构成某一特定景区的全貌。

　　另一个挑战则在于如何通过时间轴再现300年间不同皇帝的造园思路和审美观。以圆明园40景之一的“上下天光”为例，其在乾隆初期是一座带有曲桥的两层临水亭榭，道光年间则被改建为涵月楼，咸丰年间楼外则增加了天棚。为了达到最完美的复原效果，工程师必须将原貌细分为乾隆初期、中期、道光中前期、咸丰时期直至被焚等不同景观，以此呈现建筑300年间的演变。

　　除了亭台楼阁之外，自然山水、奇花异草也堪称点睛之笔。研究者通过查阅宫廷文献、御制诗文等历史资料，考据出圆明园内除松柏、桃花、杏花、海棠等北方园林常见的树种和花卉外，还有芭蕉、罗汉松、梅花、山茶、兰花等南方植物。

　　为了完成上述的复原工作，清华同衡规划设计研究院此前曾耗费四年之久，其花费超过1000万。2011年底，圆明园复原研究、三维建模和数字影片已初具规模。不过，在今年年初的一次内部会议上，一个新想法迸发出来—在研究者看来，若研究成果仅面向特定的专业群体和小众爱好者未免太过可惜。它能否被大众化和商业化呢?若能，则以怎样的形式实现?

　　同衡规划设计研究院常务副院长梁伟当即联想到时下最火热的APP。梁的提议引发了共识。此后，软件研发团队开始着手APP的攻关开发。六个月后，《再现圆明园》的APP产品初具雏形。类似的开发在国外亦有尝试。法国卢浮宫、埃菲尔铁塔、韩国德昌宫均有将现实与虚拟技术结合的APP产品。

　　在工程师的努力下，当下最热门的数字技术被应用其中。其中之一则是基于位置的服务(Location Based Service，LBS)，如此方可准确定位游客所在地理位置，由此提供文物的背景信息、现场感知及游览体验。工程师们亦利用角速度传感技术，精确分析出游客所处的方位和角度，从而有针对性地提供相应的视角展示。另一项被广泛应用的技术名为AR(增强现实)技术，它堪称古迹复原与展示的最佳技术—可复原圆明园中早已不复存在的景区，参观者可在屏幕上还原各个历史时期的外观等信息，并查看残缺部位的虚拟现实复原情况。工程师们还广泛利用二维码和RFID(射频识别)技术，以实现比GPS更小尺度的物体定位。大至房间山石，小到花木桌椅均可以此制作推送信息，以供游客获取。

　　这是一项浩大而细致的繁琐工作。圆明园研究浩如烟海，大到建筑、园林，小到窗棂、台阶、匾额、彩绘、雕刻、栏杆、植物、叠石等均需依据史实严谨求证。王鹏透露圆明园共有约100个景区单元，而《再现圆明园》目前已完成32个景区，其他景区的研究、制作及上线工作亦在稳步推进。

　　不过，对于这个在半年内就火速上线的APP，缺憾尤在。在王鹏看来，缺憾之一在于其3D渲染的互动效果欠佳;其二，景区过于庞大，二维码和RFID的网点布局有限，景点细节故事仍待挖掘;其三，一些原本应被加载进来的诗词歌赋等关键背景信息因时间仓促并未被置入。

　　瑕不掩瑜。首尝商业化运作的《再现圆明园》初获成功。其APP在苹果商店上线三天即收获超过1.2万次下载，荣登免费榜第一名。“我们希望英文版未来可以从海外获得收入，也希望体现它的国际化价值。”王鹏告诉《环球企业家》。(RFID世界网编辑整理)