數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用研究

摘 要：古建筑是我國(guó)歷史和文化發(fā)展的見(jiàn)證，全國(guó)各地散落著眾多的古建筑群，從古建筑的風(fēng)格和細(xì)節(jié)我們能夠感受到古人對(duì)建筑細(xì)節(jié)的考究。經(jīng)過(guò)自然災(zāi)害的侵蝕和人為的損壞，傳統(tǒng)的古建筑保護(hù)方法已經(jīng)不能有效解決這個(gè)問(wèn)題，本文將對(duì)數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要探析，從技術(shù)層面上加強(qiáng)對(duì)古建筑保護(hù)的力度。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；古建筑保護(hù)；應(yīng)用

古建筑是我國(guó)特殊的文化信息載體，歷經(jīng)時(shí)間洗禮，古建筑成為人類文明的藝術(shù)瑰寶，所以對(duì)古建筑進(jìn)行有效保護(hù)是我們當(dāng)代義不容辭的責(zé)任。近年來(lái)我國(guó)旅游事業(yè)的迅猛發(fā)展，人為因素和自然損害使很多古建筑都受到了不同程度的變形和損壞，古建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)。

1 數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中的重要性

古建筑中大多是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，容易受當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響發(fā)生變化，突發(fā)的自然災(zāi)害和人為造成的損壞更是雪上加霜，古建筑安全受到嚴(yán)重威脅。古建筑散落在全國(guó)各地，是當(dāng)?shù)靥厥獾奈幕Y源，它們獨(dú)一無(wú)二并且不可替代，古建筑中很多考究的工藝細(xì)節(jié)，給現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)提供了民族元素[1]。目前掌握精湛工藝的匠人越來(lái)越少，古建筑中特有的工藝元素也沒(méi)有得到廣泛學(xué)習(xí)和發(fā)展，其工藝手法漸漸失傳。古建筑代表的是中國(guó)傳統(tǒng)文化，所以，對(duì)古建筑加以保護(hù)也是對(duì)我國(guó)中國(guó)傳統(tǒng)文化的尊重。我們應(yīng)以歷史記載為主要依據(jù)，參考當(dāng)?shù)仄渌沤ㄖ邢嗤瑘D案或元素進(jìn)行復(fù)原，在尊重當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)格的基礎(chǔ)上，保留地方特色，體現(xiàn)出地方古建筑的多樣性。

查詢傳統(tǒng)的紙質(zhì)文獻(xiàn)中記錄古建筑的構(gòu)造、工藝、歷史背景等信息資料的方式具有一定缺點(diǎn)，原始的紙張和書(shū)籍等材料不但厚重還占有較大的空間，并且容易損壞，紙質(zhì)文獻(xiàn)中的圖片資料也不夠準(zhǔn)確完整。上世紀(jì)六七十年代，攝像技術(shù)的發(fā)展才使文化遺產(chǎn)信息的記錄能夠以圖像和視頻的方式得以保存，但是這些資料也出現(xiàn)難以長(zhǎng)期保存和不夠全面的問(wèn)題。

數(shù)字化技術(shù)的迅猛發(fā)展，為古建筑的保護(hù)工作開(kāi)辟了一條新途徑，并且為古建筑信息資料的長(zhǎng)期保存和全面記錄創(chuàng)造了有利條件。數(shù)字化技術(shù)首先解決了信息保存的問(wèn)題，高精度和高逼真度能夠使信息記錄更加全面，還可將各類信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)為不同地區(qū)間古建筑保護(hù)提供資源。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展能夠幫助我們?cè)谧鹬毓沤ㄖ鎸?shí)性的基礎(chǔ)上，更好地完成古建筑的保護(hù)和展示工作。

2 數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用

2.1 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的測(cè)繪方式是利用鋼尺和水準(zhǔn)儀來(lái)量取建筑物的平面、立面或剖面特征點(diǎn)的位置和相關(guān)特征線的距離等，然后根據(jù)所量數(shù)據(jù)和幾何關(guān)系繪出線性特征圖，這種傳統(tǒng)的測(cè)量方式耗費(fèi)人力物力，并且耗時(shí)長(zhǎng)，得到的數(shù)據(jù)不能保證其精確度。數(shù)字化信息技術(shù)的發(fā)展，古代建筑的測(cè)繪技術(shù)也隨之發(fā)展[2]，運(yùn)用GPS、全站儀、測(cè)量機(jī)器人和近景攝影測(cè)量等技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的手工測(cè)量手段，但還不能滿足對(duì)古建筑高精度的要求。地面三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的區(qū)別在于，它能夠深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，并且能夠快速完成建筑物表面數(shù)據(jù)點(diǎn)的掃描測(cè)量工作，從而獲取精準(zhǔn)的三維坐標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過(guò)將這些不系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，就能構(gòu)建出建筑物表面的三維模型。并且這些數(shù)據(jù)能夠?yàn)楣沤ㄖＷo(hù)研究工作提供完整、精確、永久的數(shù)字資源，并通過(guò)數(shù)據(jù)的記錄能夠?yàn)楣沤ㄖＷo(hù)和修復(fù)提供可靠依據(jù)，更重要的是能夠在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上還原應(yīng)經(jīng)不存在的古建筑。

2.2 全站儀和GPS技術(shù)的應(yīng)用

全站儀全名為全站型電子速測(cè)儀，是當(dāng)前技術(shù)工作中的常用儀器。是一種集光學(xué)、機(jī)電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，能夠觀測(cè)建筑物的水平角、距離、垂直角、高度差等，通過(guò)全站儀觀測(cè)的數(shù)據(jù)，我們能夠計(jì)算出任意觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)[3]。全站儀在古建筑保護(hù)中的利用，能夠測(cè)量古建筑的形狀、大小和空間位置，還能繪制出古建筑的平面、立體面和剖面圖。先進(jìn)的全站儀中配置有馬達(dá)自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)，免棱鏡全站儀還能夠?qū)崿F(xiàn)不瞄準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，測(cè)距光束經(jīng)過(guò)自然表面的反射后能夠直接測(cè)量距離和坐標(biāo)。立面測(cè)繪是古建筑測(cè)繪過(guò)程中的一大難題，免棱鏡全站儀能夠?qū)崿F(xiàn)任意安置點(diǎn)，將棱鏡的高設(shè)置為零后，瞄準(zhǔn)古建筑的特征進(jìn)行高度測(cè)量，得到各位置的高度標(biāo)注在草圖上。

GPS是全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，GPS由終端用戶設(shè)備、空間衛(wèi)星和地面控系統(tǒng)三部分組成，并且具有全天候、高精度、全球性的特點(diǎn)，導(dǎo)航、定位也及時(shí)準(zhǔn)確，通過(guò)GPS的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)等定位方法[4]，將GPS儀器與攝影儀比如RC30相互連接，再安裝慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在航空攝影的瞬間，攝影中心的空間位置和攝影儀狀態(tài)由GPS和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)得到。GPS在古建筑保護(hù)中的應(yīng)用，極大地簡(jiǎn)化了攝影測(cè)量戶外控制工作，同時(shí)保證數(shù)據(jù)能夠及時(shí)處理。

2.3 數(shù)字化保存

通過(guò)各種數(shù)字化儀器提高了建筑物測(cè)量的效率，也保證了數(shù)據(jù)的高精度，而這些數(shù)據(jù)還需要精確真實(shí)的數(shù)字化保存與存檔技術(shù)。激光掃描技術(shù)是數(shù)字化攝影有效結(jié)合的產(chǎn)物，通過(guò)激光掃描能夠捕捉到肉眼難以察覺(jué)的細(xì)節(jié)，記錄激光從發(fā)出到被物體反射或折射的時(shí)間，利用軟件加以計(jì)算和處理，就能得到建筑物的角度、材質(zhì)和位置，從而形成三維圖像[5]。數(shù)字化保存是指將先進(jìn)的二維三維掃描和數(shù)字?jǐn)z影以及三維建模與圖像處理等得出的古建筑圖形結(jié)構(gòu)和紋理等信息的高精度獲取和保存。利用計(jì)算機(jī)建立的數(shù)字模型，為文物信息保護(hù)、修復(fù)、研究等提供精確的數(shù)字信息。建立古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)能夠加強(qiáng)對(duì)古建筑的管理，能夠使古建筑在有利于古建筑保護(hù)的基礎(chǔ)上增加數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，能夠?yàn)檎块T的管理工作提供數(shù)據(jù)支持，還能滿足行業(yè)研究機(jī)構(gòu)和博物館數(shù)據(jù)的需求，真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)古建筑的數(shù)字化監(jiān)管，從而最大限度地發(fā)揮古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)的作用。

2.4 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)管

圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了圖像之間的對(duì)比技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)主要是根據(jù)圖像的顏色特點(diǎn)、形狀和紋理特征等對(duì)圖像進(jìn)行比較，并根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)特征對(duì)圖像之間的相似度做出評(píng)價(jià)。在對(duì)古建筑信息進(jìn)行數(shù)字化保存的基礎(chǔ)上，可以對(duì)古建筑定期檢查，結(jié)合圖像處理中的圖像匹配度[6]，將最新采集的圖像數(shù)據(jù)和已經(jīng)保存的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行全面比較，所得出的數(shù)據(jù)在通過(guò)專家的研究后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)古建筑中某部位腐爛或損壞等信息，有利于保護(hù)工作及時(shí)開(kāi)展，減少不必要的損失。

通過(guò)精準(zhǔn)的儀器對(duì)古建筑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)對(duì)信息的整理和處理，實(shí)現(xiàn)古建筑資料的數(shù)字化，數(shù)字化測(cè)繪圖是虛擬模型建構(gòu)的基本依據(jù)。通過(guò)多種儀器得到的圖像數(shù)據(jù)，只有數(shù)字圖片還是不夠的，比如古建筑的立剖面和構(gòu)件的大小等，要反映這些實(shí)物信息，還應(yīng)借助一定的繪圖軟件技術(shù)，如CAD技術(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化技術(shù)為古建筑保護(hù)工作帶來(lái)了新的途徑，能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)古建筑的完好保存和復(fù)原，并為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)提供了技術(shù)上的支持。通過(guò)對(duì)古建筑保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)，利用地面三維激光掃描技術(shù)、全站儀、GPS、GIS等數(shù)字化技術(shù)完成古建筑保護(hù)工作，挽救瀕臨消失的古建筑。同時(shí)呼吁社會(huì)人民，愛(ài)護(hù)當(dāng)?shù)毓沤ㄖ?，?ài)護(hù)我國(guó)燦爛的文化遺產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王桂林（1972-），四川省蓬溪縣人，畢業(yè)于四川美術(shù)學(xué)院工藝設(shè)計(jì)系工藝設(shè)計(jì)專業(yè)，講師。