數(shù)字虛擬技術(shù)在古建筑修復中的探索及發(fā)展

吳揚

摘 要：隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字建模技術(shù)得到不斷完善，為古建筑的數(shù)字存檔、修復改造、再現(xiàn)、展示、保護提供了一個全新的技術(shù)平臺。本文在簡要闡述古建筑修復保護的重要意義和數(shù)字虛擬技術(shù)基本內(nèi)涵基礎(chǔ)上，重點闡述了我國古建筑修復的數(shù)字虛擬技術(shù)探索應(yīng)用，以期人們能認識數(shù)字虛擬技術(shù)對古建筑的保護、展示、修復和復原的重要作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字虛擬技術(shù)；古建筑；修復；保護；信息集成

古建筑受風雨侵蝕、陽光照射、蟲蟻侵害等自然原因，也受現(xiàn)代城市建設(shè)的拆毀等人為原因，讓很多古建筑失去了原有的風貌，無法復原古建筑，所以歷史建筑的復原與保護是我們當代義不容辭的責任。不斷發(fā)展的現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)尤其是數(shù)字建模技術(shù)可以構(gòu)建一個與原建筑一樣的虛擬環(huán)境，為歷史建筑資料的保存和復原提供強有力的技術(shù)支持，為古建筑的修復和文化遺產(chǎn)的傳承提供很大方便。新時期探討數(shù)字虛擬技術(shù)應(yīng)用于古建筑修復保護中是一個非常重要的課題。

1 古建筑修復與保護的重要意義

古建筑是一種特殊的文化信息載體，具有豐富的文化信息資源，也是人類文明的藝術(shù)瑰寶，保護古建筑是當代人義不容辭的責任。但近年來，受旅游業(yè)、城市建設(shè)、環(huán)節(jié)污染等因素的影響，我國很多古建筑都不同程度地發(fā)生了變形和損壞；古建筑中大多是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，古建筑中的很多考究的工藝細節(jié)和工藝元素，受氣候影響、自然災害和人為因素影響，現(xiàn)在是腐蝕損壞非常嚴重，有的已經(jīng)是面目全非。而目前掌握精湛工藝的匠人越來越少，其工藝手法漸漸失傳，古建筑安全保護與模擬復原是任重道遠。有的地方雖然認識到保護古建筑的重要性，但受政府財力限制，只對部分著名古建筑進行了保護修繕，大多數(shù)古建筑還沒有列入保護計劃，即使列入了計劃也不能得到有效保護，所以保護古建筑是具有很強的必要性和重要性，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2 數(shù)字虛擬技術(shù)

虛擬技術(shù)是利用電腦和傳感器模擬一個和真實環(huán)境非常逼真的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機構(gòu)建一個三維數(shù)字虛擬環(huán)境，讓人產(chǎn)生一種身臨其境的視覺感覺，這就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是由計算機圖形學、圖像處理、多傳感器、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)構(gòu)成。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，美國、英國、日本和中國等數(shù)字技術(shù)發(fā)達的國家都在廣泛應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，如用數(shù)字技術(shù)來虛擬復原古建筑。虛擬古建筑需要構(gòu)建可視三維模型，建立古建筑復原系統(tǒng)，收集詳細的古建筑資料，建立數(shù)據(jù)庫。建立可視化三維模型首先是建立古建筑的三維結(jié)構(gòu)；接著是對模型進行貼圖、打光、渲染等處理，最后是描述處理物體的運動和行為，這樣一座仿真的虛擬古建筑就建成了。

3 數(shù)字虛擬技術(shù)在古建筑保護修復中的應(yīng)用探索

3.1 古建筑保護修復中的數(shù)字化儀器應(yīng)用

第一，三維激光掃描技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)是不受環(huán)境條件限制，能夠?qū)ㄖ锉砻孢M行快速掃描，并測量、獲取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)量大且精準，是一個龐大的三維坐標點的云數(shù)據(jù)，能滿足保護和修復古建筑的高精度要求。這些云數(shù)據(jù)具有完整、精確、永久等優(yōu)點，是保護和修復古建筑的依據(jù)。利用這些云數(shù)據(jù)和一些軟件，就能構(gòu)建出建筑物表面的三維模型，還原已經(jīng)不存在的古建筑。

第二，全站型電子速測儀。全站型電子速測儀簡稱全站儀，利用全站儀測得的數(shù)據(jù)就能夠計算出任意觀測點的坐標，能夠準確測量古建筑的形狀、大小和空間位置，還能自動繪制出古建筑的平面、剖面、立體等三種圖像。在立面測繪時，免棱鏡全站儀能夠選擇任意安置點測量古建筑高度，能把所測得的數(shù)據(jù)準確及時地在草圖上標注。

第三，GPS。GPS是全球定位系統(tǒng)的簡稱，它是由高空中的衛(wèi)星、地面控制監(jiān)測系統(tǒng)和用戶終端設(shè)備三部分組成，具有全天候、全球性、高精度、及時性等特點。在古建筑保護中，應(yīng)用GPS，通過動態(tài)和靜態(tài)定位方法，能簡化攝影測量戶外控制工作，測得的數(shù)據(jù)能夠得到及時準確處理。

3.2 古建筑保護修復中的數(shù)字化保存

古建筑保護修復中使用數(shù)字化儀器，不僅提高了測量效率，也提高了數(shù)據(jù)精度，更為重要的是，這些數(shù)據(jù)還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化保存，科學歸類存放古建筑的年代、建筑內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、圖形尺寸和紋理等一系列數(shù)據(jù)。數(shù)字化保存能實現(xiàn)高保真度，調(diào)取查閱方便，如果日后要對古建筑進行保護、修復、研究，就可以隨時調(diào)出這些數(shù)字信息，最大限度地發(fā)揮古建筑數(shù)據(jù)庫的作用，增加數(shù)據(jù)的利用價值。

3.3 古建筑保護修復中的數(shù)字化監(jiān)管

古建筑信息數(shù)字化保存后，可以利用圖像處理技術(shù)，定期不定期地對前后圖像的顏色、形狀和紋理等特征進行比較分析，比較出古建筑圖像的匹配度，及時發(fā)現(xiàn)古建筑中的風化、腐爛或損壞的部位、程度等詳細信息，專業(yè)人士可以利用圖像處理技術(shù)、人工智能技術(shù)，對古建筑進行虛擬修復與復原，還其本來面貌，全程實現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)管。

3.4 古建筑保護修復中的數(shù)字化輔助設(shè)計

在古建筑保護修復中，可以利用數(shù)字化輔助設(shè)計系統(tǒng)，對平面圖案、三維實體造型進行數(shù)字化輔助設(shè)計，也可以對已有的典型圖案、三維實體進行創(chuàng)新設(shè)計，使得更加便利快捷地復原古建筑?？梢赃\用計算機輔助設(shè)計軟件，借助古建筑原有的測量數(shù)據(jù)，創(chuàng)建仿制品，準確地復原與再現(xiàn)古建筑。

3.5 古建筑保護修復中的數(shù)字化展示

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)筑虛擬數(shù)字博物館，借助于計算機的虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬現(xiàn)實場景，無需一磚一瓦，閱覽者通過點點鼠標就可以清晰地看到內(nèi)容詳盡的歷史原貌，讓人們產(chǎn)生身臨其境感覺，這不僅節(jié)省了物質(zhì)資源，也大大擴展了實體博物館的展示空間，全方位展示古建筑，人們足不出戶就能漫游在虛擬而又真實的博物館中，就能飽覽古建筑的藝術(shù)風采和人文魅力。

4 結(jié)語

古建筑保護運用數(shù)字技術(shù)就可以為人們提供文字、圖像、聲音、視頻及三維數(shù)據(jù)信息，為古建筑提供數(shù)字化保存、監(jiān)管、輔助設(shè)計和展示服務(wù)，為實現(xiàn)對古建筑的動態(tài)監(jiān)管打下堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，能實現(xiàn)更好地對古建筑進行保護。意大利羅馬古城的復原，讓世界人們又一次目睹了羅馬古城的風采。中國建立圓明園的虛擬影模，讓人們又體驗了大清盛世時皇家御用園林的磅礴氣勢。江西建設(shè)“南昌明城”，重塑明代繁華。所以說，數(shù)字虛擬復原具有很好的應(yīng)用前景，它是將來文化遺產(chǎn)復原和保護的發(fā)展方向。

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