Please use this identifier to cite or link to this item: https://ah.nccu.edu.tw/handle/140.119/133439


Title: 三維建模結合虛擬實境應用於文化資產保存之研究
Integration of 3D Modeling and Virtual Reality for Cultural Heritage Preservation
Authors: 郭韋侖
Kuo, Wei-Lun
Contributors: 詹進發
Jan, Jihn-Fa
郭韋侖
Kuo, Wei-Lun
Keywords: 文化資產保存
數位典藏
三維建模
虛擬實境
遊戲開發引擎
Preservation of Cultural Heritages
Digital Archives
3D Modeling
Virtual Reality
Unity
Date: 2020
Issue Date: 2021-01-04 11:20:38 (UTC+8)
Abstract: 各國政府對於文化資產日漸重視,紛紛制定相關規章做明確定義並加以保護。隨著科技進步蘊育而生的數位典藏,乃藉由數位化方式做資料保存,現今已廣泛應用於文化資產的紀錄,欲透過數位典藏讓文化資產永續發展。
本研究以三維建模作為數位典藏的方法,首先利用攝影測量技術建立建物三維模型,快速獲得低成本的三維建模成果。接著三維建模初步成果匯入電腦繪圖與視覺化軟體,進行模型的編修與渲染,使三維模型能更具有真實感,解決過去虛擬實境場景臨場感不足之問題。
為了將三維模型做更延伸的應用,本研究採用近年快速發展的虛擬實境(Virtual Reality, VR)技術,運用3D遊戲開發引擎Unity,開發程式以追蹤頭盔與控制器達成互動性操作。在沉浸式的場景中,導覽內容則是加入位於政治大學校園內歷史悠久的四維堂、果夫樓、志希樓三棟校舍之背景故事,並利用SteamVR連接HTC Vive Pro,最終讓使用者能體驗到沉浸式的虛擬實境環境。
本研究利用三維建模技術將歷史建築物以數位方式進行典藏,並結合虛擬實境的人機互動應用,可做為文化資產教育的教學模式,期能激起保存文化資產的動機,促進文化資產活化再利用。
Governments of various countries are paying more attention to cultural heritage and have formulated relevant regulations to clearly define and protect them. The digital archives has been born with technological advancement, which uses digital methods for data preservation. Nowadays, it has been widely used in documenting cultural assets. It is hoped that the sustainable development of cultural assets can be achieved through digital archives.
This study used 3D modeling as a method of digital archive. Firstly, a 3D model of a building was established using photogrammetry technology to rapidly obtain low-cost 3D modeling results. Then the preliminary results of 3D modeling were imported into computer drawing and visualization software to edit and render the model, so that the 3D model can be more realistic and solve the problem of lacking realism in the previous virtual reality scenes.
To extend the application of 3D model, this research adopted the rapidly developed VR (virtual reality) technology, and used a 3D game development engine, Unity, to develop programs for tracking HMD (head-mounted display) and controllers to achieve interactive operations. In the immersive scene, the content of tour includes background stories of three historic buildings on the campus of the National Chengchi University, which are Si-Wei Hall, Guo-Fu Building, and Zhi-Xi Building. Then SteamVR was used to connect to HTC Vive Pro to let users experience an immersive virtual reality environment.
The study uses 3D modeling technology to create digital archive of historic buildings. Combining with human-computer interaction through virtual reality, it can be used as a teaching model for cultural heritage education. It is expected to stimulate the motivation of cultural heritage preservation, and facilitate revitalization and reuse of cultural heritage.
Reference: 一、中文參考文獻
王正誠、吳柄賦、薛聖憲、許家瑋、張家銓、林群揚、翁健祐,2019,「3D 全景虛擬實境技術於名勝古蹟導覽之應用-以台南吳園為例」,『觀光與休閒管理期刊』,7:123-129。
王泓斌,2002,「互動超媒體設計應用於虛擬資訊空間之研究」,成功大學工業設計學系學位論文:臺南。
王筠喬,2017,「世界遺產、博物館與翻轉教育-淡水的世界遺產教育」,『博物淡水』,8:18-29。
江明親,2016,「文化資產教育與博物館」,『新北市立黃金博物館學刊』, 48-56。
江俞慶,2018,「以體積像素加速之即時全域照明」,國立臺灣師範大學資訊工程研究所碩士論文:臺北。
江翊瑋,2018,「基於SLAM之擴增實境技術於史蹟導覽之應用與創作」,國立臺北科技大學互動設計系碩士班碩士學位論文:臺北。
江渾欽,2013,「利用建物測量成果圖建立建物樓層平面圖籍資料之研究」, 『國土測繪與空間資訊』,1(1):31-56。
吳明諺,2016,「以無人飛行載具拍攝影像建置三維橋梁模型之初步研究」,國立中央大學營建管理研究所碩士論文:桃園。
吳笛豪,2008,「應用近景攝影與地面雷射掃瞄於地物量測精度及三維建模之研究」,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所碩士論文:高雄。
李佩蓉,2010,「消費者在虛擬實境中的臨場感體驗與沈浸傾向之研究以商業動感模擬遊戲機為例」,國立交通大學經營管理研究所碩士論文:新竹。
李孟軒,2007,「擴增實境科技結合互動式數位典藏展示介面設計之研究」,崑山科技大學視覺傳達設計研究所碩士論文:臺南。
李忠玉,2019,「淺談BIM+ UAV 在複雜環境大噸位鋼蓋梁吊裝方案中探索運用」,『建築工程管理』,1(3)。
李松庭、陳定凱,2015,「虛擬實境眼鏡互動技術應用於人體器官模型展示」, 中華民國設計學會研究論文:高雄。
李思漢,2017,「探討沉浸式虛擬實境RPG 遊戲設計—以HTC Vive 為例」,國立中山大學資訊管理學系研究所碩士論文:高雄。
李興緯、王明志、蔡明達、蕭正文,2012,「測量儀器數位典藏成果應用虛擬實境於數位學習之研究」,『中華印刷科技年報』,554-560。
周子凱,2018,「結合虛擬實境、擴增實境與手勢感測器於歷史故事導覽以大稻埕歷史街區為例」,國立政治大學地政學系私立中國地政研究所碩士論文:臺北。
周文忠,2005,「虛擬實境之意義與應用」,『資訊科學應用期刊』,1(1):121-127。
林均恒,2017,「整合虛擬實境與參數式建模環應用於建築設計教育之作」,國立交通大學建築研究所碩士論文:新竹。
林宏熒,2006,「從語音到影音:談博物館如何規劃掌上型數位導覽」,『博物館學季刊』,20(1):97-114。
林思玲、榮芳杰,2014,「點燃一把傳承之火:世界遺產教育的回顧與觀察」, 『文化資產保存學刊』,29:55-80。
林政宏,1996,『深入虛擬實境VR』,碁峯資訊。
林昱辰、張芯苡、林卉蓁、康展嘉、賴珮儀、謝秉言,2012,「遊戲式校園導覽系統之設計與應用」,嘉南藥理科技大學應用空間資訊系期末報告書:台南。
林智祥,2014,「3D 影像之立體感與舒適度探討」,國立交通大學應用藝術研究所博士論文:新竹。
林慧冠,2018,「虛擬實境冒險遊戲之研究與開發」,嶺東科技大學數位媒體設計系碩士班碩士論文:臺中。
林蕙玟,2014,「由文化資產的複合性意義邁向創新體驗的觀點」,『台灣建築學會會刊雜誌』,76:82-87。
邱于庭,2016,「從參拜到參觀以類博物館導覽之觀眾經驗探討宗教類文化資產教育推廣模式」,『文資學報』,10:97-130。
邱式鴻、吳志文、張瑋、黃聖日,2011,「以地面雷射掃描儀數位典藏校園歷史古蹟建築成果報告」,國立政治大學校務發展研究計畫:臺北。
邱學平,2017,「虛擬實境應用於文化保存-以《詩經》為例」,銘傳大學數位媒體設計系碩士班碩士論文:臺北。
金益,2014,「3dsmax與Lumion在景觀動畫中的對比研究」,『蘇州市職業大學學報』:25(4)。
侯淳馨、金凱儀、王慶生,2018,「應用擴增實境技術於古蹟導覽教學系統對學習注意力之影響」,『國立臺灣科技大學人文社會學報』,14(4):341-363。
范麗亞、馬介淵,2020,「2019年虛擬實境熱點回眸」,『科技導報』,38:158-169。
徐一文,2019,「三維建模軟體對無人載具攝取影像之精度分析」,國立宜蘭大學土木工程學系碩士班:宜蘭。
徐金煌、張國楨,2015,「以Pix4Dmapper進行UAV影像之空間資料產製」,『中國土木水利工程學刊』,27(3):241-246。
高琬婷,2015,「三維地籍應用於區分所有建物登記實務之研究」,不動產與城鄉環境學系碩士論文:臺北。
張振明,1992,「展覽概念的研究」,『博物季刊』,3:25-36。
張祐瑄,2017,「虛擬實境與全景影像於室內設計之應用」,國立臺灣師範大學資訊工程研究所碩士論文:臺北。
張智安、陳良健,2009,「整合空載光達點雲與地形圖模塑房屋之分治策略」,『航測及遙測學刊』,14(2):83-94。
張舜孔、邵慶旺、蔡育林、陳俊宇,2013,「3D掃描技術應用於文化資產之適用性討論」,『文化資產保存學刊』,26:63-78。
張裕幸,2015,「博物館數位導覽設計的評估面向-以使用者經驗與感知觀點」,〈9th數位媒體設計國際研討會〉:雲林。
張毅雄,2010,「地籍建物資訊模型建立之研究」,臺北大學不動產與城鄉環境學系碩士論文:臺北。
許精益、黃乙白,2007,「3D立體顯示技術之發展與研究」,『光學工程』,98:53-60。
陳佑欣,2017,「虛擬實境中基於物理之擬真材質的繪製」,國立臺灣師範大學資訊工程學系研究所碩士論文:臺北。
陳宜歆,2013,「以四維地理資訊系統虛擬臺北城之時空變遷」,國立臺北教育大學教育學院社會與區域發展學系研究所碩士論文:臺北。
陳宜鴻,2016,「以多軸飛行器之空拍影像評估由 SFM 建構 3D模型之精度」,逢甲大學土木工程學系學位論文:臺中。
陳建宏,2015,「運用多視角影像進行三維建模及精度評估」,國立臺北大學不動產與城鄉環境學系碩士論文:新北。
陳柏彰,2015,「基於頭戴式顯示器之虛擬導覽系統」,國立臺灣大學電機資訊學院資訊工程學系研究所碩士論文:臺北。
陳偉倫,2016,「整合三維點雲技術與BIM技術建置古蹟模型之研究」,國立臺北科技大學木工程系土木與防災研究所碩士論文:臺北。
陳聖智,2008,「虛擬紅毛城 : 以保存為導向的數位化與虛擬化流程初探」,國立交通大學土木工程研究所博士論文:新竹。
陳麒安,2016,「基於頭戴式顯示器與雙手控制器之虛實互動:以敦煌石窟為例」,國立臺灣大學電機資訊學院資訊工程學系研究所碩士論文:臺北。
傅朝卿,2005,「文化資產保存基本概念」,國立成功大學建築研究所:臺南。
馮怡婕,2009,「多尺度三維地籍建物資料流通架構建立之研究」,國立臺北大學不動產與城鄉環境學系碩士論文:臺北。
黃光男,2017,「文化資產中的教育」,『台灣教育』,706:2-11。
黃怡菁、黃乙白、謝漢萍,2010,「3D立體顯示技術」,『科學發展月刊』,451:46-52。
黃品彰、楊偉盛、張國楨,2017,「結合空中與地上影像之傾斜攝影建模成效及精度評估」,『中華技術期刊』,116:36-57。
黃浩庭,2016,「在遊戲引擎裡全域照明方法之探討」,國立臺灣師範大學資訊工程研究所碩士論文:臺北。
楊文斌、王聰榮、閻亞寧,2017,「近景攝影測量於古蹟、歷史建築之數位化運用與推廣」,『文化資產保存學刊』,40:55-75。
楊順安,2010,「虛擬實境整合建築類文化資產數位化資料庫系統之研究」,樹德科技大學建築與環境設計研究所碩士論文:高雄。
廖威婷,2010,「韌性的文化資產─以臺南地方小吃為例」,國立成功大學都市計劃研究所碩士論文:臺南。
趙智凡、潘偉庭、楊明德,2016,「應用多視立體及運動回復結構之三維場景重構」,『航測及遙測學刊』,20(2):129-137。
劉庭宇,2018,「無人載具應用於景觀調查之影像分析」,國立中興大學景觀與遊憩碩士學位學程學位論文:臺中。
蔡永橙、黃國倫、邱志義,2007,『數位典藏技術導論』,國立臺灣大學。
蔡富安、張智安、張桓、陳良健、陳杰宗,2013,「多尺度三維數位房屋模型建置」,『航測及遙測學刊』,17(4):267-285。
蕭正文,2012,「運用虛擬實境以建置測繪數位博物館之研究」,國防大學理工學院環境資訊及工程學系空間科學碩士班碩士學位論文:桃園。
謝漢欽、江昱仁、吳俊賢、陳財輝、楊蓓涵、汪大雄,2015,「應用Unity和Google Earth於森林3D景觀視覺模擬」,『中華林學季刊』,48:185-204。
簡仁威,2013,「以虛擬實境技術重現花蓮舊火車站歷史空間」,國立東華大學藝術與設計學系科技藝術碩士班:花蓮。
顏誌輝,2012,「應用體感互動控制於虛擬實境之研究-以台南赤崁樓導覽為例」,國立臺中科技大學多媒體設計系碩士班碩士論文:臺中。
羅正方、劉正倫、李良輝、陳信安、張庭榮、林昌鑑、施錦揮,2018,「無人機傾斜攝影於三維都市模型重建之應用」,『航測及遙測學刊』,23(2):127-140。
蘇柏元,2017,「使用光傳遞容積實作虛擬實境的即時全域照明」,國立臺灣師範大學資訊工程研究所碩士論文:臺北。

二、外文參考文獻
Albourae, A. T., Armenakis, C. and Kyan, M., 2017, "Architectural Heritage Visualization Using Interactive Technologies", ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLII-2/W5:7-13.
Alsadik, B., 2014, Guided close range photogrammetry for 3D modeling of cultural heritage sites, University of Twente,
Aukstakalnis, S., 2017, Practical Augmented Reality: A Guide to the Technologies, Applications, and Human Factors for AR and VR, Addison-Wesley.
Azzola, P., Cardaci, A., Mirabella Roberti, G. and Nannei, V., 2019, "UAV PHOTOGRAMMETRY FOR CULTURAL HERITAGE PRESERVATION MODELING AND MAPPING VENETIAN WALLS OF BERGAMO", ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLII-2/W9:45-50.
Bajura, M., Fuchs, H. and Ohbuchi, R., 1992, "Merging virtual objects with the real world: seeing ultrasound imagery within the patient." Paper presented at Proceedings of the 19th annual conference on Computer graphics and interactive techniques,
Barron, A. E., Orwig, G. W. and Ivers, K. S., 2002, Technologies for Education: A Practical Guide, Libraries Unlimited.
Bierbaum, A., Hartling, P., Meinert, K., Baker, A. and Cruz-Neira, C., 2001, "VR Juggler: A Virtual Platform for Virtual Reality Application Development." Paper presented at Proceedings of the Virtual Reality 2001 Conference (VR'01),
Biljecki, F., Ledoux, H. and Stoter, J., 2016, "An improved LOD specification for 3D building models", Computers, Environment and Urban Systems, 59:25-37.
Blackman, S. and Tuliper, A., 2016, Learn Unity for Windows 10 Game Development, Apress.
Burdea, G. C. and Coiffet, P., 2003, Virtual Reality Technology, Wiley.
Csikszentmihalyi, M., 1993, Creativity: Flow and the Psychology of Discovery and, HarperCollins e-books.
Dempsey, P., 2016, "The teardown: HTC Vive VR headset", Engineering & Technology, 11:80-81.
Farella, E., Menna, F., Nocerino, E. and Campi, M., 2016, "3D DOCUMENTATION OF 40 KILOMETERS OF HISTORICAL PORTICOES – THE CHALLENGE", ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI-B5:711-718.
Goldstein, E. B., 2001, Sensation and Perception, Cengage Learning.
Goldstone, W., 2009, Unity Game Development Essentials, Packt Pub.
Gröger, G., Kolbe, T. H., Czerwinski, A. and Nagel, C., 2008, OpenGIS city geography markup language (CityGML) encoding standard, version 1.0. 0, Open Geospatial Consortium.
Gradecki, J., 1994, The virtual reality construction kit, John Wiley.
Gregory, J., 2017, Virtual Reality (21st Century Skills Innovation Library: Emerging Tech), Cherry Lake Pub.
Grinder, A. L. and McCoy, E. S., 1985, The good guide: A sourcebook for interpreters, docents, and tour guides, Scottsdale.
Hassani, F., Moser, M. and Rampold, R., Wu,, 2015, "Documentation of cultural heritage; techniques, potentials, and constraints", ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-5/W7:207-214.
Hunter, K., 1988, Heritage Education in the Social
Studies, Eric Digests.
Jackson, B. and Keefe, D. F., 2016, "Lift-Off: Using Reference Imagery and Freehand Sketching to Create 3D Models in VR", IEEE Trans Vis Comput Graph, 22(4):1442-1451.
Jebara, T., Azarbayejani, A. and Pentland, A., 1999, "3D structure from 2D motion", IEEE Signal Processing Magazine, 16(3):66-84.
Kajiya, J. T., 1986, "The rendering equation", SIGGRAPH Comput. Graph., 20:143–150.
Kersten Thomas, P., 2018, "The historic wooden model of Solomon’s Temple", Journal of Cultural Heritage Management and Sustainable Development, 8(4):448-464.
Lapierre, A., 2015, 3D City GIS – A Major Step Towards Sustainable Infrastructure, A Bentley White Paper.
Ledoux, H. and Meijers, M., 2011, "Topologically consistent 3D city models obtained by extrusion", International Journal of Geographical Information Science, 25:557-574.
Lee, P.-H., Huang, J.-W. and Lin, H.-Y., 2012, "3D model reconstruction based on multiple view image capture." Paper presented at Intelligent Signal Processing and Communications Systems (ISPACS), New Taipei City,
Manajitprasert, S., Tripathi, N. and Arunplod, S., 2019, "Three-Dimensional (3D) Modeling of Cultural Heritage Site Using UAV Imagery: A Case Study of the Pagodas in Wat Maha That, Thailand", Applied Sciences, 9:
Niehorster, D. C., Li, L. and Lappe, M., 2017, "The accuracy and precision of position and orientation tracking in the HTC vive virtual reality system for scientific research", i-Perception, 8:2041669517708205.
Park, J. h. and Kim, S., 2017, "Digital Representation of Seokguram Temple UNESCO World Heritage Site." 379-384 in the Augmented Reality and Virtual Reality: Empowering Human, Place and Business, edited by T. Jung and M. C. tom Dieck, Cham:Springer International Publishing.
Remondino, F., Gaiani, M., Apollonio, F., Ballabeni, A., Ballabeni, M. and Morabito, D., 2016, "3D DOCUMENTATION OF 40 KILOMETERS OF HISTORICAL PORTICOES – THE CHALLENGE", ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI-B5:711-718.
Rubinowicz, P. and Czyńska, K., 2015, "Study of City Landscape Heritage Using Lidar Data and 3d-City Models", ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-7/W3:1395-1402.
Sheridan, T. B., 1992, "Musings on Telepresence and Virtual Presence", Presence: Teleoperators and Virtual Environments, 1(1):120-126.
Stanney, K. and Salvendy, G., 1998, "Aftereffects and Sense of Presence in Virtual Environments: Formulation of a Research and Development Agenda", International Journal of Human-Computer Interaction, 10:135-187.
Talboy, G. K., 2005, Museum educator's handbook (2nd ed.), England Burlington:Ashgate Pub Co.
Tony, G. E., Vereda, K. and Linda, H. B., 2016, "A Comparison Study: SketchUP Pro and Revit Architecture in a Sophomore Construction Engineering Management Class", 10th BIM Academic Symposium,
Webster, J., Trevino, L. K. and Ryan, L., 1993, "The dimensionality and correlates of flow in human-computer interactions", Computers in Human Behavior, 9(4):411-426.
Witmer, A. and Slater, M., 1999, "Measuring Presence: A Response to the Witmer and Singer Presence Questionnaire", Presence (Camb.), 8:
Witmer, B. G. and Singer, M. J., 1998, "Measuring Presence in Virtual Environments: A Presence Questionnaire", Presence: Teleoper. Virtual Environ., 7(3):225-240.

三、網頁參考文獻
Altizure (2019). 三維大規模重建. from Altizure on the World Wide Web:
https://blog.altizure.cn/2017/02/25/altizure-large-scale-3d-
reconstruction/index.html
Revit (2019). revit. from Revit on the World Wide Web :https://www.autodesk.com/products/revit/overview
Sketchup (2019). Sketchup. from Sketchup on the World Wide Web :
https://www.sketchup.com/zh-TW
3Ds Max (2019). 3Ds Max. from 3Ds Max on the World Wide Web :
https://www.autodesk.com.tw/products/3ds-max/overview
Lumion (2019). Lumion. from Lumion on the World Wide Web :
https://www.lumion.tw/
DJI (2019). DJI Phantom 4Pro. from DJI on the World Wide Web :
https://www.dji.com/tw/phantom-4-pro
HTC VIVE (2019). HTC VIVE. from HTC VIVE on the World Wide Web:
https://www.vive.com/tw/product/
unity (2019). Unity. from Unity on the World Wide Web:https://unity.com/
Theia-sfm.org (2019). Structure from Motion (SfM). from SfM on the World
Wide Web:http://theia-sfm.org/sfm.html
政治大學(2006). 政大校史:http://archive.nccu.edu.tw/
政治大學(2019). 政治大學官方網站:https://www.nccu.edu.tw/
Description: 碩士
國立政治大學
地政學系
107257030
Source URI: http://thesis.lib.nccu.edu.tw/record/#G0107257030
Data Type: thesis
Appears in Collections:[地政學系] 學位論文

Files in This Item:

File Description SizeFormat
703001.pdf7084KbAdobe PDF0View/Open


All items in 學術集成 are protected by copyright, with all rights reserved.


社群 sharing