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摘要：建筑三维数字模型已广泛应用于建筑设计、结构设计、BIM设计等众多领域，其主流呈现形式仍为二维屏幕式呈现，使得空间感大打折扣。随着三维成像技术的发展，三维数字模型的空间呈现成为可能，本文梳理新型三维成像技术，并对其用于建筑三维数字模型的展示能力进行讨论和浅析。
关键词：三维展示;数字模型;空间展示
基金项目：广西高校中青年教师科研基础能力提升项目，项目编号：2019KY0256
1 概述
作为空间设计与数据存储载体，数字化三维模型已广泛应用于机械工程、建筑工程、结构工程、水利工程、电影、医疗、教育等众多行业。受制于呈现方法的单一性，三维数字模型长期处于二维屏幕拟三维化的展示状态，未能体现其三维空间性的优势。
由于三维成像技术的发展，三维数字模型的空间呈现成为可能，以下就近年来发展的三维成像新方法技术进行讨论。
2 三维模型成像新技术方法
2.1 AR技术
AR技术英文为Augmented Reality，中文为“增强现实”，是一种将二维屏幕的虚拟成像与现实三维空间融合呈现数字化三维形体的技术。相对于VR（Visual Reality）技术的沉浸式体验，AR技术更多的是通过虚、实图像在观察着视觉上的叠加提供虚拟世界与现实世界的交互感。从近年年末阿里巴巴旗下支付宝的“扫福字”活动到“口袋妖怪PokeMMO”游戏的风靡一时，均体现了消费者对AR技术所提供交互感的认可，该特点也很好地契合虚拟三维模型在现实空间的呈现技术需求。
使用AR技术，觀察着可以在观测屏上同时查看现实场景和虚拟物体。通过空间陀螺仪及程序计算，虚拟物体在空间性和物理性质（如重力、碰撞、反弹等）上呈现出与现实场景实时的交互作用，从而说服观察者感官系统，认为该虚拟物体已然存在于实景之中。用AR技术进行三维数字建筑的呈现在技术上甚至比“口袋妖怪PokeMMO”游戏更易于实现——因为建筑本身是静止的实体，其外观形态与空间位置在现实场景中都是静止的，故建筑物的AR展示只需在虚拟空间中锚定其与现实捕捉空间的相对位置关系并保持静止即可，由此实现观察者的移步换景与虚拟空间的三维建筑契合对应。
从微软的Hololens，到备受瞩目的Magic Leap One，再到逐渐融入AR的iPhone，AR硬件设备形式与应用场景也呈现出多样化的趋势，使得三维建筑展示的广泛应用成为可能。基于AR技术的建筑展示仿真性强，设备较为轻携，模型本身精度足够的情况下可对观察者进行细节呈现;然而配合模型的尺寸，可能需要较为大型场地进行展示配合，展示过程离不开显示屏，在计算能力较弱的硬件配合下会出现模型抖动，镜头畸变等情况，并有可能造成观察者生理上的眩晕感。
2.2 全景成像技术
全景成像技术（或三维实景，Panorama），是一种有将实景或虚拟渲染场景在单点进行全视野渲染输出的成像技术，由无缝拼贴技术模拟真实场景下人的视野范围，且随着观察者的运动，“单点”视野也随之运动。
融合了图像序列、声音等传统的流媒体，全景成像技术类似一个球形电影院，在720°的视野范围内提供弧形的观影内容。与电影院不同的是，观众是通过自身的生理活动来控制荧幕的内容，且观众的行动将契合于全景图像，同样营造出观影者的交互感与沉浸感。
现阶段，全景成像技术被应用于数字化博物馆、数字化景区游览等场景，可见在空间表现上有运用价值，符合建筑空间展示的应用场景。由于全景技术的“3D实景”分支，采用实景拍摄的方法进行全视野展示，暂不在数字建筑三维模型讨论中;全景技术的“虚拟现实”分支，可采用通用三维模型进行多视图渲染并全景拼贴的方式进行视点渲染，则其运动——场景的交互性缺乏连续性，进而影响三维呈现的真实性。
2.3 四棱锥全息展示技术
四棱锥全息技术是一种拟空间成像技术，通过多面体透明薄膜对发光屏物体进行多视角反射，并通过空间关系构筑模拟实体成像的技术。该技术由于仪器简单，实体展示多面模型，并通过透明反射薄膜而造就的物体悬浮展示效果而受到欢迎，该技术在2010年上海世博会印度馆、初音演唱会、春节联欢晚会表演及《国家宝藏》中都有所应用。
四棱锥全息技术脱胎于二维屏幕的呈现，但因其巧妙运用了四个不同方向的呈现屏，得以同时展示物体的四面视图，并且由于透明薄膜的反射特性，四面视图每次只有一个被观察者查看。配合以空间性一致的逻辑，不管模型静止或运动，四视图始终展示着具体角度的观察画面，通过多个画面为观察早营造了实体效果。由于四棱锥全息影像展示的是一个物体的四视图，所以当该技术运用于物体内部展示时，其空间一致性与立体实物感将被打破，即应用四棱锥全息技术对数字三维建筑模型进行展示时，仅在展示建筑外部造型时有最优效果，而无法在对建筑内部陈设展示。
2.4 真三维立体全息
不同于四棱锥全息的拟三维空间化模型呈现，真三维立体全息技术展现的是实实在在的三维图像，在足够的分辨率下，甚至可以供具有真实深度的拟连续图像[1]。真三维立体全系中的体三维显示以体素为基本单位，通过对物体内部瞬时刺激产生有体积及深度信息的基本单元——体素，并利用视觉暂留原理进行立体显示。另一种显示方式则是运用集成成像技术，将实际物体的不同视点信息记录在CCD传感器平面上，再利用光路可逆性质，使用与透镜参数相同的显示设备对三维图像进行观察。
真三维立体全息技术对硬件及耗能要求高，且一般实现的深度范围有局限性，更使用于显示小型场景，在建筑展示的真实性上有优势，但在技术成本及最终效果层面上暂不具有应用优势。
3 结论
三维建筑数字模型的空间展示将具象而高效地呈现建筑设计本身的空间效果，而从展示技术角度，四棱锥全息、全景成像、AR、真三维立体全息四种技术从易到难地实现了建筑的三维展示，其中AR技术因其互动性强，展示全面，影像连续性强而最值得进行后续的细分研究与应用开发。
参考文献
[1]吴军，王冰洋，彭智勇.一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法[J].光学学报，2019，39（07）：49-63.
[2]田婧.建筑簇群全景图像空间布局人工智能规划方法研究[J].现代电子技术，2019，42（24）：96-99.
[3]王冰洋. 多视投影计算全息图生成方法研究[D].桂林电子科技大学，2019.
关键词：三维展示;数字模型;空间展示
基金项目：广西高校中青年教师科研基础能力提升项目，项目编号：2019KY0256
1 概述
作为空间设计与数据存储载体，数字化三维模型已广泛应用于机械工程、建筑工程、结构工程、水利工程、电影、医疗、教育等众多行业。受制于呈现方法的单一性，三维数字模型长期处于二维屏幕拟三维化的展示状态，未能体现其三维空间性的优势。
由于三维成像技术的发展，三维数字模型的空间呈现成为可能，以下就近年来发展的三维成像新方法技术进行讨论。
2 三维模型成像新技术方法
2.1 AR技术
AR技术英文为Augmented Reality，中文为“增强现实”，是一种将二维屏幕的虚拟成像与现实三维空间融合呈现数字化三维形体的技术。相对于VR（Visual Reality）技术的沉浸式体验，AR技术更多的是通过虚、实图像在观察着视觉上的叠加提供虚拟世界与现实世界的交互感。从近年年末阿里巴巴旗下支付宝的“扫福字”活动到“口袋妖怪PokeMMO”游戏的风靡一时，均体现了消费者对AR技术所提供交互感的认可，该特点也很好地契合虚拟三维模型在现实空间的呈现技术需求。
使用AR技术，觀察着可以在观测屏上同时查看现实场景和虚拟物体。通过空间陀螺仪及程序计算，虚拟物体在空间性和物理性质（如重力、碰撞、反弹等）上呈现出与现实场景实时的交互作用，从而说服观察者感官系统，认为该虚拟物体已然存在于实景之中。用AR技术进行三维数字建筑的呈现在技术上甚至比“口袋妖怪PokeMMO”游戏更易于实现——因为建筑本身是静止的实体，其外观形态与空间位置在现实场景中都是静止的，故建筑物的AR展示只需在虚拟空间中锚定其与现实捕捉空间的相对位置关系并保持静止即可，由此实现观察者的移步换景与虚拟空间的三维建筑契合对应。
从微软的Hololens，到备受瞩目的Magic Leap One，再到逐渐融入AR的iPhone，AR硬件设备形式与应用场景也呈现出多样化的趋势，使得三维建筑展示的广泛应用成为可能。基于AR技术的建筑展示仿真性强，设备较为轻携，模型本身精度足够的情况下可对观察者进行细节呈现;然而配合模型的尺寸，可能需要较为大型场地进行展示配合，展示过程离不开显示屏，在计算能力较弱的硬件配合下会出现模型抖动，镜头畸变等情况，并有可能造成观察者生理上的眩晕感。
2.2 全景成像技术
全景成像技术（或三维实景，Panorama），是一种有将实景或虚拟渲染场景在单点进行全视野渲染输出的成像技术，由无缝拼贴技术模拟真实场景下人的视野范围，且随着观察者的运动，“单点”视野也随之运动。
融合了图像序列、声音等传统的流媒体，全景成像技术类似一个球形电影院，在720°的视野范围内提供弧形的观影内容。与电影院不同的是，观众是通过自身的生理活动来控制荧幕的内容，且观众的行动将契合于全景图像，同样营造出观影者的交互感与沉浸感。
现阶段，全景成像技术被应用于数字化博物馆、数字化景区游览等场景，可见在空间表现上有运用价值，符合建筑空间展示的应用场景。由于全景技术的“3D实景”分支，采用实景拍摄的方法进行全视野展示，暂不在数字建筑三维模型讨论中;全景技术的“虚拟现实”分支，可采用通用三维模型进行多视图渲染并全景拼贴的方式进行视点渲染，则其运动——场景的交互性缺乏连续性，进而影响三维呈现的真实性。
2.3 四棱锥全息展示技术
四棱锥全息技术是一种拟空间成像技术，通过多面体透明薄膜对发光屏物体进行多视角反射，并通过空间关系构筑模拟实体成像的技术。该技术由于仪器简单，实体展示多面模型，并通过透明反射薄膜而造就的物体悬浮展示效果而受到欢迎，该技术在2010年上海世博会印度馆、初音演唱会、春节联欢晚会表演及《国家宝藏》中都有所应用。
四棱锥全息技术脱胎于二维屏幕的呈现，但因其巧妙运用了四个不同方向的呈现屏，得以同时展示物体的四面视图，并且由于透明薄膜的反射特性，四面视图每次只有一个被观察者查看。配合以空间性一致的逻辑，不管模型静止或运动，四视图始终展示着具体角度的观察画面，通过多个画面为观察早营造了实体效果。由于四棱锥全息影像展示的是一个物体的四视图，所以当该技术运用于物体内部展示时，其空间一致性与立体实物感将被打破，即应用四棱锥全息技术对数字三维建筑模型进行展示时，仅在展示建筑外部造型时有最优效果，而无法在对建筑内部陈设展示。
2.4 真三维立体全息
不同于四棱锥全息的拟三维空间化模型呈现，真三维立体全息技术展现的是实实在在的三维图像，在足够的分辨率下，甚至可以供具有真实深度的拟连续图像[1]。真三维立体全系中的体三维显示以体素为基本单位，通过对物体内部瞬时刺激产生有体积及深度信息的基本单元——体素，并利用视觉暂留原理进行立体显示。另一种显示方式则是运用集成成像技术，将实际物体的不同视点信息记录在CCD传感器平面上，再利用光路可逆性质，使用与透镜参数相同的显示设备对三维图像进行观察。
真三维立体全息技术对硬件及耗能要求高，且一般实现的深度范围有局限性，更使用于显示小型场景，在建筑展示的真实性上有优势，但在技术成本及最终效果层面上暂不具有应用优势。
3 结论
三维建筑数字模型的空间展示将具象而高效地呈现建筑设计本身的空间效果，而从展示技术角度，四棱锥全息、全景成像、AR、真三维立体全息四种技术从易到难地实现了建筑的三维展示，其中AR技术因其互动性强，展示全面，影像连续性强而最值得进行后续的细分研究与应用开发。
参考文献
[1]吴军，王冰洋，彭智勇.一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法[J].光学学报，2019，39（07）：49-63.
[2]田婧.建筑簇群全景图像空间布局人工智能规划方法研究[J].现代电子技术，2019，42（24）：96-99.
[3]王冰洋. 多视投影计算全息图生成方法研究[D].桂林电子科技大学，2019.