重慶市優(yōu)秀建筑的數(shù)字化保護(hù)還原研究

王越

摘要：本文以重慶市優(yōu)秀建筑“陳家大院”為研究對象，運(yùn)用相機(jī)、三維全景激光掃描儀等獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用CAD、3DMAX等軟件技術(shù)為支持，以虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫的形式完成大院昔日原貌，對該建筑進(jìn)行數(shù)字化修復(fù)還原，保護(hù)研究，使人們不僅可以通過文獻(xiàn)資料、圖片，還能從數(shù)字模型及虛擬動(dòng)畫中對該建筑有全方位的了解與認(rèn)識，從技術(shù)層面上能加強(qiáng)對古建筑保護(hù)的力度。

關(guān)鍵詞：優(yōu)秀建筑；“陳家大院”；三維虛擬；數(shù)字還原

一棟優(yōu)秀的建筑是見證城市變化的印記，能體現(xiàn)一座城的文化，不僅能為現(xiàn)代建筑修建提供設(shè)計(jì)借鑒，同時(shí)也是一份重大的文化遺產(chǎn)。它的價(jià)值就在于它不可能再生，如果遭受破壞就無法挽回，就算修繕成功，其意蘊(yùn)和文化價(jià)值也會差了很多，所以優(yōu)秀的古建筑都是古人留下的珍貴禮物。但是，隨著社會的發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我們很多優(yōu)秀的建筑在自然災(zāi)害的影響和人為破壞的力量下都受到了不同程度的破壞，如何對它們進(jìn)行保護(hù)和傳承是當(dāng)下人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。重慶市是國家級歷史文化名城，擁有大量優(yōu)秀建筑，但一些建筑保護(hù)現(xiàn)狀不太樂觀，都有著不同程度的損毀，而失去了當(dāng)初的風(fēng)采。如何讓這些優(yōu)秀古建能重新綻放出當(dāng)初的魅力，展現(xiàn)出原始的風(fēng)貌，大家都在以各種方式找尋解決問題的方法。目前，除了常見的實(shí)物加固修繕，圖片影像保存外，通過實(shí)地三維激光測量獲取數(shù)據(jù)，建立虛擬模型資料庫獲得越來越多的人關(guān)注。

1“陳家大院”建筑保護(hù)緣由

重慶是歷史文化名城，有著豐富的文化遺產(chǎn)，很多建筑都極富個(gè)性和時(shí)代特征，但是隨著歲月的變遷，有些曾經(jīng)很“風(fēng)光”的建筑慢慢淹沒在了城市化的進(jìn)程中，很多已經(jīng)殘破不堪。對于這種狀況，重慶市政府開始重視這些建筑的保護(hù)，并將其納入了政府考核體系中。雖然如此，但現(xiàn)狀還是不容樂觀，本文案例“陳家大院”就是其中一處被保護(hù)的對象。它又名陳舉人大院，位于重慶市北碚區(qū)蔡家，是清朝末期舉人陳介白的兒子陳庚虞為了紀(jì)念其父陳介白為官清廉而修建命名的。建筑占地約10畝，建筑面積960平方米，是一院融合東西方建筑特色為一體并有著重慶土著建筑風(fēng)格的精美建筑。該大院依據(jù)自然形成的坡地修建，主要由大門、前院壩、主體聯(lián)排閣樓、側(cè)廂房、后院構(gòu)成一個(gè)四合院，主體是一棟兩樓一底的樓房。大門是高約9米的八字朝門，構(gòu)筑精美、非常氣派。走入院壩可見整體建筑呈中軸對稱結(jié)構(gòu)，主屋是歇山式屋頂，穿斗式磚木結(jié)構(gòu)的連排樓閣，走廊有雄偉的石柱支撐，柱頭線腳上嵌入有各式各樣花紋，異常秀美，廊道上是石質(zhì)拱形門。該樓里面共有20間房，每間房里都設(shè)有壁爐，天花板上也刻有個(gè)各式各樣的花朵，這在重慶是很罕見的。所以，其入選重慶市優(yōu)秀建筑，是政府掛牌的重點(diǎn)文物保護(hù)單位。目前，此院雖有政府掛牌保護(hù)，大院卻是空置，無人看管，雜草叢生，殘缺不堪。不少房間的木板已開始破裂，部分窗戶的玻璃已掉下來，二樓木質(zhì)樓梯已經(jīng)腐朽斷裂，主體建筑也隨時(shí)有坍塌的可能性?；诖耍脭?shù)字虛擬技術(shù)對此建筑進(jìn)行重建保護(hù)迫在眉睫，可在最短時(shí)間內(nèi)保存下該建筑的整體構(gòu)造及造型紋理等重要參數(shù)。

2“陳家大院”數(shù)字建筑重建流程

2.1建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取

“陳家大院”體量較大，本次數(shù)字化建模初期，為了得到比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，我們利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測繪，它可以在相對快速的情況下，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取資料，而且避免了傳統(tǒng)測繪方法可能對古建筑造成的一些損害。進(jìn)行本次掃描，我們利用RODEON激光全景掃描儀獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采。該設(shè)備最大的掃描距離達(dá)到250米，而且在掃描的同時(shí)可以創(chuàng)建全景圖像。實(shí)施掃描過程中需要注意選擇掃描站點(diǎn)的位置，我們在大院主樓前的平壩中架設(shè)機(jī)器，既可以得到主屋的信息，又可以反面獲取大門數(shù)據(jù)，在盡量減少工作量、減少數(shù)據(jù)冗余的基礎(chǔ)上，合理布設(shè)掃描站點(diǎn)。數(shù)據(jù)在采集過程中會受到現(xiàn)場環(huán)境等因素的影響，該建筑由于四周樹木過多，主樓前也有高樹遮擋，導(dǎo)致獲取的數(shù)據(jù)中建筑主體很多有缺失的部分。鑒于這種情況，我們配合測距儀等小型儀器測量取得實(shí)地實(shí)物的尺寸和數(shù)據(jù)，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)在CAD軟件中制作出了大院的整體平面布局圖及各樓立面圖。（見下圖）

2.2建筑數(shù)據(jù)模型建立

模型數(shù)據(jù)模型建立主要完成對建筑整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)件的數(shù)字化建模，是整個(gè)數(shù)字建筑復(fù)原的核心部分。具體來說就是在虛擬環(huán)境中，我們要將大院的結(jié)構(gòu)及細(xì)部和裝飾殘缺的或已經(jīng)破壞的部分全部創(chuàng)建出來。

根據(jù)前面詳細(xì)的數(shù)據(jù)及平立面圖，關(guān)于大院的詳細(xì)模型我們利用目前常用的三維建模軟件3DMAX+VR渲染來制作完成。Max中多用POLY建模來完成基本模型構(gòu)造。這里面的重難點(diǎn)主要在于建筑形態(tài)的真實(shí)復(fù)原和材質(zhì)的把握，建筑在外形上主要由屋頂、屋身和走廊及支撐柱體幾部分組成；復(fù)雜的屋頂，樣式繁雜的柱頭，圍欄的碎石拼花，石質(zhì)與木材的有機(jī)融合，要將這些特征都能真實(shí)反映出來才能達(dá)到對建筑復(fù)原和保護(hù)的意義。為了保證效果，這時(shí)需要將建筑的各個(gè)視角及特殊的細(xì)節(jié)部分利用數(shù)碼相機(jī)近距離拍攝下來，然后在photoshop中選取最佳的角度進(jìn)行紋理貼圖處理。后期紋理烘培上主要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

建筑體不是孤立存在的，外部結(jié)構(gòu)制作完成后，還需制作當(dāng)?shù)氐匦我约爸苓叚h(huán)境，包括周邊豐富的樹木和植被，院內(nèi)的雕塑等，最后加上相應(yīng)的光照效果，完成建筑數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建。下圖為“陳家大院”大門處及主體樓

2.3買景虛擬動(dòng)畫生成

為了后人能全方位多角度地對建筑單體、群體格局做研究，我們在整體模型創(chuàng)建完畢之后再制作一部實(shí)景虛擬動(dòng)畫。這種表現(xiàn)方法，為建筑的展示有著更多的優(yōu)越性，打破了原先只能被動(dòng)從單一角度和靜態(tài)觀看建筑的局限，讓大家能虛擬建筑里主動(dòng)觀看。配合三維眼睛的佩戴和電腦鼠標(biāo)的操控，觀者可以自由輕松選擇想看的內(nèi)容，自己設(shè)定路線與角度，既可近觀建筑某個(gè)細(xì)節(jié)成分，又能遠(yuǎn)看建筑的整體面貌，既可仰望天花造型，又可俯瞰庭園水塘中的魚兒嬉戲。除了這種多視角主動(dòng)性觀察建筑之外，虛擬動(dòng)畫中我們還將建筑的生存背景復(fù)原于當(dāng)初建造的年代，里面呈現(xiàn)當(dāng)時(shí)的室內(nèi)裝飾和家具擺件以及人物在里面生活起居的場面，可以讓大家更直觀地感受到該建筑的人文氣息和文化傳承魅力。動(dòng)畫圖像、音樂、文字、旁白的有機(jī)結(jié)合，能讓觀眾在動(dòng)畫的視聽世界里輕松地了解要表達(dá)的內(nèi)容。此部分的重難點(diǎn)在于前期劇本及分鏡頭的編寫工作，技術(shù)主要通過Flash制作動(dòng)畫，AE完成特效，Primiere進(jìn)行配音及剪輯輸出設(shè)置。

3結(jié)語

基于數(shù)字技術(shù)的建筑文化保護(hù)是對多媒體技術(shù)的有機(jī)整合，不僅有攝影測量技術(shù)、有三維建模技術(shù)，還需影視后期技術(shù)的支持。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將“陳家大院”進(jìn)行重建，不僅能獲得建筑整體的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)尺寸、各種物件的真實(shí)造型、當(dāng)初的材質(zhì)風(fēng)貌，而且還能還原出當(dāng)初那個(gè)年代建筑本體與周圍環(huán)境的關(guān)系、人物在內(nèi)勞作休息的場面。這些數(shù)據(jù)都可作為文化遺產(chǎn)永久性保存，為后人研究建筑保護(hù)提供快速、高質(zhì)量的原始資料。