數字化技術在鄉(xiāng)村古建筑保護中的應用探討

摘 要： 對于作為人類文明重要載體的鄉(xiāng)村古建筑，研究運用數字化技術對其保護有重要的現實意義。為此，探討了將數字化技術應用于鄉(xiāng)村古建筑保護的價值和方法。

關鍵詞： 數字化技術； 古建筑保護； 虛擬現實； 信息集成

中圖分類號：TP3 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）01-20-03

Discussion about application of digital technology in conservation of rural ancient architecture

Jin Chengyu， Wang Qin

（1. Zhejiang cultural information center， Hangzhou， Zhejiang 310013， China； 2. Zhejiang Topcheer Information Technology Co.，Ltd）

Abstract： It is meaningful to study on how to apply digital technology in protecting rural ancient architecture， which is an important carrier of human civilization. The value and methods of applying digital technology in rural ancient architecture protection are discussed.

Key words： digital technology； conservation of ancient architecture； virtual reality； information integration

0 引言

古建筑一般是指建于民國以前，建筑環(huán)境、建筑風貌、村落選址和格局未有大的變動，具有獨特民俗民風和歷史文化價值的建筑物。古建筑不僅是歷史與文化的見證，也是文化傳承的無聲的歷史載體。浙江省具有眾多的古建筑，散落在全省各地農村的古老村落里，這些村落的歷史文化資源相當豐富，古老建筑的整體風格和具體的細節(jié)表現出江浙農村的典型地區(qū)差異性和多樣性。但是，經過歲月的剝蝕和人為的損壞，許多古村落的建筑或多或少地遭到了破壞，隨著農村經濟的發(fā)展和農民生活水平的提高，房屋的拆舊建新也使得鄉(xiāng)村的古建筑逐漸減少，古老的記憶正在消失，中華文化的基礎日益薄弱。在經濟改革的大潮中如何保護好這些藝術瑰寶，則是當前我省在新農村建設過程中迫切需要解決的一個問題。

1 數字化技術在鄉(xiāng)村古建筑保護中的意義

古建筑中木構件的木質地很脆弱，受當地氣候條件的影響，隨著時間的推移，必將發(fā)生變化；此外存在許多不可預見的自然災害，以及遭受一些人為因素造成的損壞。江浙一帶鄉(xiāng)間的古建筑有一些是石頭結構的，但多數是土木或者磚木結構，極易遭受各種侵害。鄉(xiāng)村古建筑是一個地區(qū)特殊的文化資源，有著不可替代的獨特性和惟一性，具有工藝考究的特點，而目前掌握精湛工藝的匠人越來越少，古建筑所包含的工藝元素沒有得到發(fā)現與研究，而是漸漸失傳。保護古建筑的目的在于保護中國傳統(tǒng)的文化，需要讓我們能依照歷史記載為依據，并能參考當地其他古建筑中類似東西的圖案進行復原設計，尊重當地的建筑風格，以保證地方特征不至流失，體現出地方建筑的多樣性。

傳統(tǒng)使用紙質文獻來記錄古建筑的構造、工藝、相關歷史等信息資料，這些原始的紙張、書籍等紙質材料笨重又占空間，易損壞，一旦毀壞就難以復原，不方便查閱，而且圖片資源不準確、不完整。二十世紀六七十年代，攝影攝像等技術的發(fā)展使得文化遺跡信息的記錄能以錄像和相片的形式保存，但這些資料同樣存在難以長久保存且不夠準確的問題。

數字化技術的發(fā)展為鄉(xiāng)村古建筑的保護開拓了一個新途徑，為古建筑的長期保存和傳播創(chuàng)造了有利的條件[1]。數字化古建筑保護技術的開發(fā)和應用極大程度上解決了上述問題，首先在信息保存方面就是一個巨大的飛躍，再加上其具有高精度和高逼真度等優(yōu)勢，能幫助我們更有效更全面地記錄鄉(xiāng)村古建筑上傳達的各種信息。多種數字化技術的運用使得我們在尊重歷史古建筑原真性的基礎上，能夠更好地完成古建筑的復原、重建、信息資料保存等工作，從而幫助我們更好地完成古建筑的保護和展示。利用當今較為成熟的數字化保存技術，可以對各類信息進行高精度和高真實度的保存，可將各類信息轉化為計算機數據提供給不同領域用于研究，同時又不會對原始建筑造成破壞。

2 數字化技術在鄉(xiāng)村古建筑保護中的應用

信息數字化技術涉及到數字的轉換、存取、處理、傳輸、控制等一系列高技術。數字化是多媒體技術的基礎：數字、文字、圖象、語音，包括虛擬現實，以及可視世界的各種信息等。信息數字化技術實際上是由一群高技術綜合發(fā)展而實現的。

數字化保護技術基于計算機與網絡環(huán)境的新型實用化輔助系統(tǒng)或手段，采用人工智能、虛擬現實、多媒體、寬帶網絡與數據庫等先進信息技術，為古建筑保護的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。有了數字化技術，可對與古建筑相關的文字、圖像、聲音、視頻及三維數據信息，提供數字化保存、組織、存儲與查詢檢索等手段，并進一步建立數字化文化遺產博物館、展覽館，為古建筑的保護、開發(fā)與利用服務。

當前，數字化技術應用于鄉(xiāng)村古建筑保護主要有以下幾個方面[2]。

2.1 數字化保存

數字技術的發(fā)展促使更高精度的圖形圖像技術設備相繼產生，更精確真實的數字化保存與存檔技術也隨之誕生。與數字化攝影相結合，激光掃描可以捕捉肉眼難以察覺的細節(jié)，比如說建筑表面的裂紋。通過記錄激光從發(fā)出到被物體反射或者折射回來的時間，用相關軟件進行計算和處理就可以了解物體的角度、位置乃至材質，最后形成三維圖像。數字化保存主要是利用先進的二維三維掃描、數字攝影、三維建模與圖像處理等技術，實現文物圖形結構與紋理等信息的高精度獲取與保存。目的是在計算機里建立相關的數字模型，為文物的信息保護、修復、研究、參觀和開發(fā)利用等提供準確的數字化素材。

2.2 虛擬博物館

隨著信息技術的迅猛發(fā)展，通過利用虛擬現實技術、網絡技術構筑虛擬數字博物館，打破實體博物館局限性，大大擴展了博物館的延伸空間，最大限度地拓展了博物館功能。借助于計算機，人們可以更好地再現歷史，通過各種虛擬現實技術模擬現實的場景，達到圖像、聲音等方面的高度擬真，在不動一磚一瓦的情況下，人們同樣能夠身臨其境地領略到歷史古跡的魅力，了解過去的歷史和文化，這不僅節(jié)省了資源，符合可持續(xù)發(fā)展觀的要求，同時也把歷史建筑中無形的遺產延續(xù)和傳播了下來。在數字博物館里，傳統(tǒng)博物館中的展品如今只需點一下鼠標就可以清晰且內容詳盡地呈現在閱覽者面前。利用虛擬現實技術，人們更能在虛擬博物館中漫游，足不出戶就能瀏覽難得一見的建筑古跡。這是數字時代古建筑保護與數字化技術相結合的體現，更是古建筑保護的時代特征。

2.3 虛擬修復與復原

利用計算機圖形學、圖像處理、虛擬現實等信息領域最新發(fā)展技術，結合傳統(tǒng)的文物保護與修復工作，可以形成古建筑科學保護的理念和程序。根據已保存下來的各種鄉(xiāng)村古建筑文物相關的數字化信息數據，結合藝術家、保護專家等的研究和經驗知識，利用圖像處理技術、人工智能等技術，可以對同一風格的古建筑的損壞部分進行虛擬修復與復原，還其原貌。

2.4 數字化輔助設計

數字化輔助設計系統(tǒng)可以進行對平面圖案的數字化輔助設計，對三維實體的造型進行數字化輔助設計。通過數字化圖案、三維實體輔助設計系統(tǒng)，可以對已有的典型圖案、三維實體進行創(chuàng)新設計，有助于鄉(xiāng)村古建筑文化的傳承與發(fā)揚。

2.5 數字化監(jiān)管

圖像之間的比對技術是圖像處理技術中的一個分支，主要是利用圖像的顏色特征、形狀特征、紋理特征等對圖像進行比較，根據這些統(tǒng)計特征，對圖像之間的相似度做出評價。在鄉(xiāng)村古建筑數字化保存的基礎上，可以每隔一段時間對古建筑進行復查，利用圖像處理中的圖像匹配或圖像融合等技術，通過將最新采集的圖像數據與已存儲的圖像數據進行比對，結合人工篩選和專家鑒定，來發(fā)現建筑的某些構件風化、腐爛、損壞以及缺失等詳細信息。

3 數字化技術應用于鄉(xiāng)村古建筑保護的實現方法

由于鄉(xiāng)村古建筑是不可移動的，因此利用數字化技術來挽救和重現將要消失的古建筑或古構件，是一種很好的方法。鄉(xiāng)村古建筑數字化，是指對鄉(xiāng)村古建筑通過映像采集重組的數字化技術，以信息收集和復原為主要手段，建立起數字化展覽館，全方面開展對外展示和宣傳以及管理，通過一系列的數字技術達到對鄉(xiāng)村古建筑保護的目的。

3.1 信息采集與處理

⑴ 信息系統(tǒng)的核心問題，就是在對數據進行采集錄入、傳輸交換、存儲管理、加工處理以及展示提供等處理過程中有效地管理， 確保數據的真實準確。

⑵ 信息資料數字化是鄉(xiāng)村古建筑數字化保護研究的基礎。古建筑的信息采集需要到現場進行大量的采集工作，經過對信息的整理和處理，最終實現古建筑資料的數字化。數字化的成果主要分為三部分：數字化的文獻資料；實體信息成像，分別對應建筑平面圖中的各視點；數字化的測繪圖以及在測繪圖上整理得到的各種分析圖和細節(jié)圖樣，這些數字化的測繪圖將成為虛擬模型建構的基本依據。從實體信息成像到數碼成像是通過感光器件來實現從實物到圖像的轉換過程，即通過數碼成像技術實現古建筑實體信息的初步數字化。其數碼技術產品最常見的有掃描儀、數碼相機、家用攝錄一體機等。數碼相機和攝錄機可以直接將古建筑實物轉化為圖片，DV等數字信息。而為了保證古建筑的精確度，數字化研究中，對于古建筑的各種規(guī)劃設計圖、測繪圖、照片以及模型等的數字化則采用成像質量高的掃描儀。數字化的測繪圖技術是用掃描技術把建筑的實物信息轉化為某一階段的數字信息。

⑶ 文獻數據數字化，把與古建筑相關的文字信息轉化為數字信息，并可以利用聲音錄制等方式作為對數字復原后的文化背景進行補充。

⑷ 通過各種方法采集的圖像數據，通過相應軟件的處理，得到的圖片可以作為數字化的一部分成果加以保存和研究，如色彩和形式等方面。但是對于古建筑的很多信息，只有數字圖片是不夠的，如建筑的平立剖面尺寸、構件大小等。要想在數據上科學地反映古建筑的實物信息，就必須借助一定的繪圖軟件技術才能達到，如AutoCAD技術。

3.2 虛擬模型建構

虛擬現實（Virtual Reality）[3]是近年來十分活躍的技術研究領域。它是一系列高新技術的匯集，包括機圖形學、圖像處理與模式識別、智能接口技術、人工智能、多傳感器技術以及高度并行的實時計算技術。利用計算機數字測圖技術、多媒體信息技術、虛擬現實技術（例如結合MultiGenCreator和3DSMAX等建模軟件）等[4，5]，對古建筑所采集的各種數據進行層次和類別加工處理，可以建立起對象的三維數字模型，以便利用計算機在各種載體上進行古建筑的多方位、多層面、客觀、形象地再現。構建的模型應該盡量真實地反映古建筑的實際情況。在虛擬過程中應遵循自然直觀性、兼容性、異構性、可擴展性、靈活性等特點。

3.3 信息集成

信息集成是指系統(tǒng)中各子系統(tǒng)和用戶的信息采用統(tǒng)一的標準，規(guī)范和編碼，實現全系統(tǒng)信息共享。標準化是信息集成的基礎，主要包含協(xié)議標準化、數據標準化、網絡標準化、文檔標準化和圖形標準化等。集成平臺是信息集成的有力工具，要確保鄉(xiāng)村古建筑管理信息數據的準確性、完整性、一致性、可用性和安全性，需要在進行數據采集之前，建立起相應的信息標準與技術規(guī)范， 應用面向對象的開放式集成技術，實現信息集成和共享。常用的信息集成及其實現方式多以數字化模型為核心，集成對象包括圖像、文檔、聲音、動畫、視頻等各種數字媒體。保存在計算機中的鄉(xiāng)村古建筑數字信息常以多媒體為載體，通過建立網上虛擬展覽館等方式并借助互聯(lián)網，可實現高效傳播，同時可得到多渠道的動態(tài)反饋，通過不斷的信息擴充、更新，最終實現數字化鄉(xiāng)村古建筑的真實性、準確性和完整性。

3.4 鄉(xiāng)村古建筑數據庫

為了更好地對鄉(xiāng)村古建筑進行保護，有必要建設省級鄉(xiāng)村古建筑數據庫。鄉(xiāng)村古建筑數據庫的建成能夠加強對鄉(xiāng)村古建筑的管理，使古建筑在有利于古建筑保護的基礎上增加了被利用的價值：為政府部門的管理提供數據支持、與行業(yè)研究機構和博物館進行數據交換、面向全社會提供廣泛的信息服務、向特定對象提供專業(yè)服務等。數據庫的建成，能在技術層面為實現對鄉(xiāng)村古建筑真正意義上的動態(tài)監(jiān)管打下基礎，從而最大限度地發(fā)揮鄉(xiāng)村古建筑數據庫的作用。

4 結束語

數字化時代為鄉(xiāng)村的古建筑保護帶來了前所未有的新技術，為古建筑保存和復原帶來了諸多新的可能，為現代建筑師在古建筑基礎上的創(chuàng)新設計提供了更多的支持。本文基于現有的數字化技術，從虛擬現實技術、數據庫以及網絡等多方面闡釋了數字化技術對開展鄉(xiāng)村古建筑保護工作的新思路，探討了開展數字化鄉(xiāng)村古建筑保護工作的實施方式等，希望能為我省的數字化鄉(xiāng)村古建保護工作者提供有益的參考。

數字化技術是手段，要真正能挽救瀕臨消失的鄉(xiāng)村古建筑，還需要全社會的共同關注和努力。數字化技術是不斷發(fā)展的，如何利用先進的技術力量來幫助我們應對新農村建設時期的古建筑保護這一課題，還需我們不斷地探索和創(chuàng)新。

參考文獻：

[1] 張青.古建筑保護的意義和措施[J].安徽建筑，2011.2：18-21

[2] 范張偉，邢昱.基于數字化技術的古建筑保護研究[J].北京測繪，2010.3.

[3] 趙沁平.虛擬現實綜述[J].中國科學：信息科學，2009.1.

[4] 劉曉波，張琴舜，張和林.一個基于MultiGen/Vega的虛擬場景漫游系統(tǒng)[J].計算機機應用，2002.12：85-86

[5] 閻曉東，張永生.基于3DS MAX環(huán)境的三維場景重建工具[J].測繪學院學報，2002.19：109-112