淺談古建筑保護(hù)中的數(shù)字化技術(shù)

狄海寧

摘 要：古建筑保護(hù)中的數(shù)字化技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)外都還處于初級(jí)階段，特別是這種技術(shù)通常都需要將計(jì)算機(jī)和文物保護(hù)融合在一起，整體方向比較新穎，在未來(lái)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)本身就是歷史文化遺址非常豐富的國(guó)家，因此這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于我國(guó)各地古建筑保護(hù)來(lái)說(shuō)具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。文章先綜合分析了古建筑保護(hù)中數(shù)字化技術(shù)的基本含義和重要意義，并探討了這種技術(shù)應(yīng)用的前提和整體分類(lèi)，最后結(jié)合靖江王陵陵墓遺址的三維數(shù)字化保護(hù)和云岡石窟墻壁浮雕造型的數(shù)字化保護(hù)兩個(gè)實(shí)例，探討了數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中的具體應(yīng)用，拓展了我國(guó)古建筑保護(hù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：古建筑保護(hù)；數(shù)字化技術(shù)；計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)古建筑保護(hù)領(lǐng)域也發(fā)生了翻天覆地的變化。特別是各類(lèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的深入應(yīng)用，使得古建筑保護(hù)各項(xiàng)工作進(jìn)展都非常迅速。對(duì)于各個(gè)古建筑研究來(lái)說(shuō)，都必須要在保護(hù)的基礎(chǔ)上展開(kāi)各類(lèi)工作，因此古建筑保護(hù)相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)探討尤為重要。在我國(guó)五千年文明史上，具有豐富價(jià)值和意義的古建筑有很多，并且容易受到外界環(huán)境的影響而發(fā)生損傷。本文也在數(shù)字化時(shí)代的背景下，深入探究了基于古建筑保護(hù)的各類(lèi)數(shù)字化技術(shù)，借以推動(dòng)我國(guó)古建筑保護(hù)領(lǐng)域的進(jìn)展。

1 古建筑保護(hù)中數(shù)字化技術(shù)的概述

1.1 數(shù)字化技術(shù)的含義

數(shù)字化技術(shù)主要是伴隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)急速發(fā)展而產(chǎn)生的一種伴生類(lèi)技術(shù)，其主要是指使用特定的設(shè)備將圖像、文字、聲音等外部信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制信息，并進(jìn)行各類(lèi)后續(xù)信息的處理工作。而在古建筑保護(hù)中，主要是指對(duì)古建筑相關(guān)信息的識(shí)別整理，并利用這些信息對(duì)建筑進(jìn)行管理和保護(hù)的技術(shù)。

1.2 數(shù)字化技術(shù)的特征與優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)保護(hù)技術(shù)來(lái)說(shuō)，數(shù)字化技術(shù)具有多方面的特征與優(yōu)勢(shì)。首先，數(shù)字化技術(shù)能夠提高信息處理的效率。在使用了數(shù)字化技術(shù)以后，古建筑保護(hù)工作就能夠跟計(jì)算機(jī)有更深層次的結(jié)合，使用計(jì)算機(jī)高速的運(yùn)算速度來(lái)提升保護(hù)工作的效率。特別是各類(lèi)信息處理效率的加快，使得建筑保護(hù)的有效性大大提升。其次，數(shù)字化技術(shù)可以使得建筑保護(hù)變得精細(xì)化。在傳統(tǒng)建筑保護(hù)中，具體的保護(hù)工作需要具備豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行主觀的判斷，并且整個(gè)過(guò)程顯得比較粗糙。而使用了數(shù)字化技術(shù)以后，就能夠得到古建筑的全部信息，使得后續(xù)工作也會(huì)呈現(xiàn)出顯著的精細(xì)化特征，不會(huì)籠統(tǒng)地進(jìn)行概括。

1.3 古建筑保護(hù)數(shù)字化技術(shù)的重要意義

一方面，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為了古建筑保護(hù)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)領(lǐng)域方面的應(yīng)用方向也會(huì)變得更廣，使得保護(hù)體系變得更加完善。另一方面，數(shù)字化技術(shù)的使用大大降低了古建筑保護(hù)工作需要的人才標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省了很多人力成本。同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)的使用也能夠有效提高保護(hù)工作的成效性，給古建筑保護(hù)減輕了很多資金壓力。

2 古建筑保護(hù)中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用前提

2.1.1 雄厚的科技實(shí)力

就目前的情況來(lái)看，數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中還屬于一項(xiàng)新興技術(shù)，并且相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。由于數(shù)字化技術(shù)跟計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)系比較緊密，因此想要使用這項(xiàng)技術(shù)就必須要具有一定的科技實(shí)力。這主要是因?yàn)槊恳粋€(gè)古建筑的具體情況都不一樣，很難針對(duì)我國(guó)所有古建筑建立一個(gè)通用的數(shù)字化系統(tǒng)。

2.1.2 豐富的使用經(jīng)驗(yàn)

想要在某個(gè)古建筑中使用數(shù)字化保護(hù)技術(shù)，那么就要保證這個(gè)建筑已經(jīng)有了較長(zhǎng)時(shí)間的傳統(tǒng)保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，即在較長(zhǎng)一段時(shí)間里，古建筑都在進(jìn)行傳統(tǒng)保護(hù)工作。這主要是為了保證古建筑已經(jīng)累積了必要的建筑保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，能夠給數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用提供必要的參考與支撐。

2.1.3 必要的經(jīng)濟(jì)支持

在傳統(tǒng)古建筑保護(hù)中，主要的保護(hù)成本都用在人力成本和技術(shù)成本方面。在使用數(shù)字化技術(shù)以后，短時(shí)間內(nèi)古建筑的成本會(huì)顯著增加。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，這些技術(shù)的使用可以有效節(jié)省人力成本，并且提供一種更有效的保護(hù)方法，對(duì)古建筑自身價(jià)值的保存有著豐富的戰(zhàn)略意義。因此，在使用數(shù)字化技術(shù)的時(shí)候，還需要具備一定的經(jīng)濟(jì)支持。

2.2 數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用分類(lèi)

2.2.1 古建筑的管理保護(hù)

古建筑的保護(hù)管理數(shù)字化技術(shù)主要是給古建筑提供數(shù)字化和信息化的平臺(tái)或系統(tǒng)，能夠?qū)⒐沤ㄖ乃行畔⒍寄依ㄆ渲校M(jìn)行全方位的管理保護(hù)工作。這種管理保護(hù)技術(shù)通常也被用于區(qū)域古建筑保護(hù)中，即在區(qū)域范圍內(nèi)針對(duì)所有古建筑或者建筑群建立一個(gè)完善的信息化系統(tǒng)，由相關(guān)部門(mén)或組織進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)整，整合區(qū)域古建筑的保護(hù)力量，能夠讓這些建筑的保護(hù)工作變得井井有條。

2.2.2 古建筑的修復(fù)保護(hù)

古建筑的修復(fù)保護(hù)數(shù)字化技術(shù)主要用來(lái)修復(fù)那些已經(jīng)遭到破壞的古建筑。在這之中應(yīng)用效果比較好的就是計(jì)算機(jī)輔助修復(fù)技術(shù)，它能夠有效的提高建筑修復(fù)保護(hù)的效率和品質(zhì)。在修復(fù)保護(hù)技術(shù)方面，我國(guó)研究的深度并不算太高，目前還是依賴于傳統(tǒng)修復(fù)方式來(lái)對(duì)那些破壞位置進(jìn)行修復(fù)，而僅使用數(shù)字化技術(shù)來(lái)對(duì)破壞原因進(jìn)行分析，并能夠?qū)С隹尚械男迯?fù)方法。在一些考古建筑的修復(fù)保護(hù)中，還可以對(duì)整個(gè)修復(fù)過(guò)程進(jìn)行模擬，明確修復(fù)的最終效果。

2.3 數(shù)字化技術(shù)的具體分類(lèi)

2.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又被稱(chēng)之為虛擬成像技術(shù)，能夠?qū)⑻摂M的信息以一種直觀的方式展示到觀察者面前，帶來(lái)非常逼真的體驗(yàn)。在古建筑保護(hù)中，其主要應(yīng)用在管理保護(hù)層面，即使用三維成像技術(shù)來(lái)復(fù)原建筑的原貌，以及早年時(shí)間建筑周邊的環(huán)境情況等。這項(xiàng)技術(shù)也被叫做信息可視化技術(shù)，它能夠?qū)⒐沤ㄖＷo(hù)有關(guān)的信息整合起來(lái)，給技術(shù)人員提供更為直觀和全面的視角，提高信息解讀的效率。

2.3.2 古建筑遺址和館藏文物的數(shù)字化技術(shù)endprint

古建筑遺址和館藏文物的數(shù)字化技術(shù)主要是針對(duì)古建筑建立一套完善的信息化系統(tǒng)，可以全方位的管理古建筑的具體情況，保障建筑保護(hù)工作能夠全面展開(kāi)。這類(lèi)技術(shù)主要用于古建筑保護(hù)的信息管理，同時(shí)也可以使用到區(qū)域古建筑保護(hù)中去，具有比較豐富的應(yīng)用前景。不僅如此，這些技術(shù)還可以針對(duì)古建筑、館藏文物提供必要的信息化管理工作，完善保護(hù)的相關(guān)職能。

2.3.3 計(jì)算機(jī)輔助修復(fù)技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助修復(fù)技術(shù)主要是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)提高古建筑修復(fù)的技術(shù)層次，同時(shí)提高修復(fù)保護(hù)工作的有效性。目前這種技術(shù)的研究層次并不算太深，主要是使用計(jì)算機(jī)制圖等軟件來(lái)設(shè)計(jì)古建筑的模型，并針對(duì)模型進(jìn)行一系列分析，給具體的保護(hù)工作提供有用的信息。不僅如此，這些輔助修復(fù)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于古建筑修復(fù)工作的模擬，以明確修復(fù)技術(shù)使用的可行性與最終效果，降低建筑保護(hù)修復(fù)的周期，提高最終的修復(fù)質(zhì)量。

2.3.4 計(jì)算機(jī)攝影和測(cè)量技術(shù)

計(jì)算機(jī)攝影和測(cè)量技術(shù)主要是用來(lái)采集古建筑保護(hù)中的各類(lèi)信息。特別是三維激光測(cè)量技術(shù)，能夠利用激光來(lái)掃描物體，無(wú)需直接接觸就能夠獲取物體的各類(lèi)信息，測(cè)量的精準(zhǔn)度非常高。在使用這類(lèi)測(cè)量技術(shù)的時(shí)候，能夠?qū)ㄖ旧淼母黝?lèi)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行量化，給數(shù)字化技術(shù)系統(tǒng)的建立提供了相對(duì)詳細(xì)全面的信息支撐。在實(shí)際使用的時(shí)候，還可以對(duì)建筑破壞比較嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)掃描，獲取建筑破壞情況的詳細(xì)信息，并在物理形態(tài)上進(jìn)行精度測(cè)量，便于后續(xù)修復(fù)工作的展開(kāi)。

2.4 各類(lèi)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用前景分析

可以預(yù)見(jiàn)的是，數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)中具有非常豐富的應(yīng)用前景。雖然目前數(shù)字化技術(shù)還主要停留在信息管理等層面，并沒(méi)有真正與古建筑修復(fù)技術(shù)融合在一起。但是隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各類(lèi)數(shù)字化技術(shù)將與修復(fù)技術(shù)進(jìn)行深層次的融合，實(shí)現(xiàn)建筑修復(fù)的智能化，同時(shí)也能夠掌握建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，實(shí)時(shí)的監(jiān)控建筑內(nèi)部信息與參數(shù)的變化，提供全方位的深入保護(hù)工作。

3 古建筑保護(hù)中數(shù)字化技術(shù)的實(shí)際使用分析

3.1 靖江王陵陵墓遺址的三維數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)案例分析

靖江王陵陵墓遺址位于廣西桂林市，是目前保存最為完整、規(guī)模最大的明代潘王墓群。但是由于自然環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)等方面的影響，靖江王陵陵墓遺址已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的破壞，如果不加以管理和保護(hù)，那么就會(huì)造成不可恢復(fù)的損失。在計(jì)算機(jī)信息化時(shí)代，靖江王陵陵墓遺址利用三維數(shù)字化技術(shù)建立了相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)。

數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的建立主要分為四個(gè)部分。第一，數(shù)字采集。這里使用到的采集方法主要是無(wú)人機(jī)航空攝影的方法來(lái)采集整體云圖和重要區(qū)域的立體圖像，然后使用三維激光掃描技術(shù)和近景拍攝來(lái)獲取詳細(xì)的紋理數(shù)據(jù)和幾何信息。第二，數(shù)據(jù)處理。在得到這些數(shù)據(jù)以后，就可以使用目前流行的處理軟件來(lái)進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)平差，并解算重要元素。靖江王陵陵墓遺址選用的是ModelPainter等軟件，完成了整體的精度建模和細(xì)節(jié)重現(xiàn)。第三，數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。在使用三維仿真等相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一定的優(yōu)化和改進(jìn)，不能直接使用普通數(shù)據(jù)庫(kù)。另一方面，建立的數(shù)據(jù)庫(kù)還應(yīng)該跟靖江王陵陵墓遺址的層次和組織相結(jié)合，從而跟遺址具體情況相契合。第四，系統(tǒng)的研發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。在靖江王陵陵墓遺址的數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)建立的過(guò)程中，一方面要使用三維數(shù)字化技術(shù)來(lái)完善系統(tǒng)構(gòu)架和整體功能建設(shè)，另一方面也應(yīng)該積極研發(fā)并應(yīng)用一些先進(jìn)的技術(shù)，補(bǔ)充系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)層次。這里使用的關(guān)鍵技術(shù)主要有激光掃描點(diǎn)云球面投影的三角網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)、高保真度紋理映射、多源數(shù)據(jù)融合的陵墓三維場(chǎng)景建模、信息組織與查詢。這些關(guān)鍵技術(shù)完成以后，整個(gè)數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)就基本建成了，并且能夠針對(duì)靖江王陵陵墓遺址進(jìn)行全方位的保護(hù)。

3.2 云岡石窟墻壁浮雕造型的數(shù)字化保護(hù)案例分析

云岡石窟位于我國(guó)山西省大同市內(nèi)，距今已有1600多年的歷史，內(nèi)部的石雕能夠代表五世紀(jì)美術(shù)雕刻的巔峰，具有非常豐富的文化價(jià)值。云岡石窟的主體結(jié)構(gòu)為石英砂巖，并且在多年的時(shí)間里也受到了一定程度的破壞。針對(duì)于云岡石窟的數(shù)字化保護(hù)體系，囊括了管理和修復(fù)兩個(gè)部分。

首先，為了構(gòu)建數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，先對(duì)云岡石窟進(jìn)行了數(shù)字化測(cè)繪工作，以獲得石窟的整體信息和相關(guān)資料。測(cè)繪使用的方法有很多，比如近景拍攝、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪等，但主要使用的還是三維激光掃描技術(shù)，其他的技術(shù)作為信息核對(duì)或者補(bǔ)充的方式。為了更好地整合與管理這些信息，云岡石窟還成立了云岡數(shù)字中心，并跟各個(gè)高校和研究單位共同聯(lián)合，建立了融合高精度測(cè)繪、地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)三維技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的文虎保護(hù)技術(shù)，突破了云岡石窟在色彩捕捉、樣本保護(hù)等多個(gè)方面的難題。這些內(nèi)容共同組成了云岡石窟數(shù)字化保護(hù)的管理模塊，能夠提供對(duì)石窟的具體信息查詢、三維造型展示等多個(gè)方面的功能使用。

其次，數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)還能夠?qū)υ茖哌M(jìn)行必要的保護(hù)。在利用數(shù)字化系統(tǒng)對(duì)云岡石窟內(nèi)部信息進(jìn)行深入全面分析的基礎(chǔ)上，就能夠模擬自然災(zāi)害對(duì)石窟的影響程度，以及在面對(duì)自然災(zāi)害的時(shí)候石窟內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。對(duì)于那些破壞程度比較嚴(yán)重的區(qū)域，系統(tǒng)還能夠提出相應(yīng)的修復(fù)建議，給云岡石窟提供全方位的保護(hù)。

4 結(jié)論

數(shù)字化技術(shù)在我國(guó)古建筑保護(hù)領(lǐng)域已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，并且目前基本上已經(jīng)在我國(guó)各地古建筑中廣泛使用。但是通過(guò)本文的分析可以看出，我國(guó)古建筑保護(hù)對(duì)于數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用層次并不算太深，還停留在使用數(shù)字化技術(shù)提供信息管理等基礎(chǔ)職能方面。特別是在靖江王陵陵墓遺址和云岡石窟等數(shù)字化保護(hù)中，雖然數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)形成了一個(gè)相對(duì)完善的體系，但是在古建筑預(yù)防性保護(hù)和事后修復(fù)性保護(hù)方面還有一定的欠缺與不足。因此，我們?cè)谝院蟮陌l(fā)展中應(yīng)該更加重視數(shù)字化技術(shù)在古建筑保護(hù)領(lǐng)域中的重要作用和意義，并主動(dòng)學(xué)習(xí)和探討數(shù)字化技術(shù)在建筑修復(fù)和預(yù)防保護(hù)等方向的應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)古建筑保護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展。

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