基于Rhino3D軟件的梅崇橋虛擬再現(xiàn)

吳耀 孫倫

摘 要：修復(fù)已經(jīng)毀壞的古建筑比較難，尤其是一些擁有較高建筑技術(shù)的歷史建筑，如浙南閩北地區(qū)的古廊橋難度較大，通過Rhion3D軟件，依托現(xiàn)有的資料，對古廊橋進行虛擬建模，渲染的具體案例分析，可作為現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)對已毀壞的古建筑保護做有益的探索。

關(guān)鍵詞：廊橋；非物質(zhì)文化遺產(chǎn)；古建筑修復(fù)；虛擬技術(shù)

浙南廊橋是近年來我國古建領(lǐng)域的一大發(fā)現(xiàn)，坐落在浙南的泰順、慶元、景寧、文成、龍泉等內(nèi)地山區(qū)， 從現(xiàn)有資料看，有近500座，分布比較零散，大多建于明清時期，由于是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，歷史上能保留至今的廊橋不多，主要原因就是自然災(zāi)害和人為破壞，保護和傳承這種歷史文化遺產(chǎn)，成為一代又一代人的義務(wù)和責任。

歷史上被毀壞的木拱廊橋較多，主要原因為自然災(zāi)害的有慶元五大堡蒙於橋、三堆永泰橋；被人為毀壞的有景寧地道江茶堂橋、木耳口長灘橋以及梅崇橋等。由于所處歷史條件、地理條件以及社會條件不同，其中各座橋的命運也不盡相同，蒙於橋和長灘橋重建，茶堂橋則遷建于北京民族公園，而永泰橋和梅崇橋兩座清代廊橋則在毀壞后一直沒有得到重生的命運，其中始建于清嘉慶年間的梅崇橋，于2005年6月11日端午節(jié)被毀壞，相對于永泰橋，保存的圖像材料相對略多，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，文物保護的圖像修復(fù)技術(shù)也在向三維（立體）方向快速發(fā)展，本文主要介紹運用計算機通用軟件（Rhion 3D）對梅崇橋進行虛擬再現(xiàn)建模和設(shè)計的基本方法。

1 基礎(chǔ)知識

1.1 梅崇橋的基本情況

梅崇橋位于景寧縣英川鎮(zhèn)梅崇村，作為浙南廊橋的代表，在我國橋梁建筑歷史上有著重要的地位，具有很珍貴文保價值，著名橋梁專家茅以升先生生前曾到此考察過，在其主編的《中國古橋技術(shù)史》一書中，對該橋有專門記載：梅崇橋，建于清嘉慶七年（公元1802），全長39米，拱跨33.4米，橋?qū)?米。2005年6月11日，端午節(jié)這一天，橋毀于一場祭祀引起的大火。[1]（如圖1）

1.2 廊橋基本結(jié)構(gòu)知識

木拱廊橋除了傳統(tǒng)橋的過路功能之外，還擁有遮風避雨的走廊，是一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成非常巧妙，同時功能非常實用、外形非常美觀的建筑藝術(shù)品。[2]在虛擬建模上，通?？筛鶕?jù)橋自身的實際情況，分別在整體建模、局部搭建、分組建模，單項內(nèi)容設(shè)計等項目，根據(jù)設(shè)計建模的實際分析，主要包括：橋拱、橋廊、外立面裝飾，材料賦予等，按照實現(xiàn)方法可以包括：手工部分和計算機部分等。

1.3 三維效果圖設(shè)計知識

通過計算機技術(shù)對建筑物（文物）進行建筑建模和三維虛擬重建可分為通用軟件和建筑景觀專用軟件。

一般而言，國內(nèi)外可以用來對建筑物進行三維效果圖設(shè)計的專用軟件很多，如Autodesk Revit、Caitia、Skechup等，這些軟件中，在功能的設(shè)計上考慮較多的專業(yè)相關(guān)模塊內(nèi)容，如尺寸把控、材質(zhì)和自然光賦予，精密度與可操作性等，但是由于軟件的價格、效果、技術(shù)的普及等方面原因，使得這些軟件都在廣泛應(yīng)用方面存在一定的不足和限制。

而運用通用軟件進行古文物建筑的再建模是一個單一的工程，其無法兼顧建筑自身專業(yè)的一些特效，但是某些通用軟件的三維虛擬建模實現(xiàn)古建筑文物，在一定程度上超越了專業(yè)的軟件。

Rhino 3D作為三維造型通用軟件，主要應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、科學研究、虛擬機械設(shè)計等領(lǐng)域，特點是不受約束的自由造型3D和高階曲面建模工具，在建筑曲面建模方面可大展身手。[3]

2 前期準備

通過人工制圖確定比例尺寸：人工制圖包括手繪、計算機CAD制圖等在平面媒介上進行繪圖，尤其是一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，部件，通過手繪認識結(jié)構(gòu)，組建，完成后可以將結(jié)果通過掃描或者截圖方式倒入設(shè)計項目。在圖片作為底圖或者參考尺寸D導(dǎo)入Rhino 3D后，可借助軟件自身的尺寸工具進行尺寸繪制和校對，但是由于Rhino是基于3D的虛擬三維制圖軟件，所以，平面尺寸的把控相對與CAD等制圖軟件起來，比較難掌握。

3 橋的結(jié)構(gòu)建模

3.1 整體造型

首先打開Rhino建立一個新的工作區(qū)域，在Front視圖，使用工具欄中的控制點曲線工具（Command： _Curve），在Front＼Right＼Top視圖里繪制橋體大致主要控制線。（如圖2）

其中弧線部分框架可通過在RIGHT視圖繪制平面，通過弧線進行單軌掃描（Command： _Sweep1）先點選弧線路徑，再選擇截面，回車生成。

3.2 組件設(shè)計

第一，木拱結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過項目前期的手繪以及圖文資料翻閱，得知梅崇橋的采用北宋時期橋梁三節(jié)苗、五節(jié)苗、剪刀撐的木拱架建造術(shù)，受力均勻，功能完備，造型美觀；且以短梁木構(gòu)件之間穿插擠壓的構(gòu)造形式，所以在建模的時候我們必須按照組件來完成拱面工程組件的建模?？赏ㄟ^圓柱體工具（Command： _Cylinder）和方形體工具（Command： _Box）來完成結(jié)構(gòu)建模。（如圖3）

第二，橋頂部構(gòu)架建模。梅崇橋與浙南地區(qū)其他木拱廊橋取材相似，其橋頂部基本上都屬于陰陽交叉的瓦片鋪設(shè)結(jié)構(gòu)，所以在建模時候，我們只要通過繪制曲線（Command： _Sweep1）建模一組瓦片，并群組（Command： _Group），其余部分通過陣列（Command： _Array）等工具來完成。（如圖4）

第三，其他部件建模。其他部分主要指橋群部分，橋群部分在整座橋的功能中，起著遮風擋雨的作用，其主要構(gòu)成與橋身為具有15°的斜面木板，在建模思路上，方法較多，一般以曲線拉伸方法和布爾運算兩種方法實現(xiàn)。以布爾運算為例，先用方體建模工具（Command： _Box）繪制長寬高分別為3900cm，3cm，500cm的長方體，再點選之前的橋裙曲線，擠出封閉曲線（Command： _Pause）產(chǎn)生參考剪體，然后選布爾運算差集工具（Command： _BooleanDifference），分別點擊長方體和參考剪體。得出橋裙，通過工具點選橋裙，旋轉(zhuǎn)15°，完成單面橋群建模。（如圖5）

4 材質(zhì)的賦予與渲染

材質(zhì)選擇：對古文物和建筑物進行虛擬再現(xiàn)，材質(zhì)的真實和準確是重要組成部分，梅崇橋主要以黑瓦、紅柱、原色木紋為材質(zhì)，所以我們在倒入渲染器之前，預(yù)先調(diào)整相應(yīng)的材質(zhì)貼圖，并逐一賦予模型以材質(zhì)。并結(jié)合燈光環(huán)境等元素，在渲染器中進行調(diào)整。（如圖6）

5 小結(jié)

在通過計算機技術(shù)對建筑物（文物）進行建筑建模和三維虛擬重建過程中，使用的軟件（包括渲染器）較多，而且目前正在向虛擬互動現(xiàn)實推進，隨著計算機技術(shù)和三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)水平的提高，三維虛擬建筑文物的修復(fù)軟件業(yè)正完善，本文通過運用Rhino 3D技術(shù)在該領(lǐng)域的建模和渲染的基本方法進行了論述，經(jīng)實際操作表明，運用Rhino3D三維建模軟件對建筑物（文物）進行建筑建模和三維虛擬重建能有效地提高設(shè)計精度、提高建模效率，并具有較好的先進性，值得深入推廣。

參考文獻：

[1] 李俊新，柳紹斌.當年編入橋梁史而今焚燒成灰燼——百年廊橋被毀留下的思考[J].觀察與思考，2005（13）：46-47.

[2] 張成，關(guān)瑞明.木拱廊橋和虹橋的比較研究[J].福建建筑，2007（4）：4-7.

[3] 任工昌，崔延琳，楊君順.基于Rhino3D的工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計[J].包裝工程，2008，29（1）：124-126.