數(shù)字化遺產(chǎn)景觀：基于三維點(diǎn)云技術(shù)的上海豫園大假山空間特征研究

楊 晨

韓 鋒*

中國(guó)古典園林蘊(yùn)含著豐富的營(yíng)造智慧、山水文化和生存哲學(xué)，不僅具有重要的歷史價(jià)值，也對(duì)當(dāng)代人居環(huán)境建設(shè)具有指導(dǎo)意義，是珍貴的文化遺產(chǎn)。假山作為中國(guó)古典園林中獨(dú)具特色的要素，是園林遺產(chǎn)價(jià)值的核心載體，相關(guān)研究是風(fēng)景園林學(xué)界的重要議題[1-4]。上海豫園大假山建成于明萬(wàn)歷年間，是豫園中唯一的明代原物[5]，也是中國(guó)古典園林掇山藝術(shù)盛期的珍貴遺存[6]，具有極高的遺產(chǎn)價(jià)值(圖1)。然而，目前豫園大假山的研究和保護(hù)面臨諸多困境：1)園林假山幾何形態(tài)極為豐富且不規(guī)則，利用傳統(tǒng)測(cè)繪方法難以精確量測(cè)[7-9]；2)傳統(tǒng)意向性繪圖不能精確表達(dá)大假山的形態(tài)和紋理，其空間特征缺乏科學(xué)有效的記錄手段[10]；3)對(duì)大假山的研究仍基于20世紀(jì)60年代的測(cè)繪成果，全面性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性均存在缺陷，在保護(hù)和管理中缺乏定量化依據(jù)。以上問(wèn)題也是目前中國(guó)大多數(shù)古典園林假山類遺產(chǎn)所面臨的共同問(wèn)題[7，10]，亟待科學(xué)性、系統(tǒng)性的探索。

近年來(lái)以三維點(diǎn)云技術(shù)為代表的新型測(cè)繪技術(shù)迅速發(fā)展，為重新認(rèn)知中國(guó)古典園林假山帶來(lái)了重要機(jī)遇[9，11]。點(diǎn)云(Point Cloud)是指在同一空間參考系下表達(dá)目標(biāo)空間分布和表面特性的海量點(diǎn)的集合，每個(gè)點(diǎn)包含對(duì)象的三維空間坐標(biāo)信息以及色彩、材質(zhì)等屬性信息。點(diǎn)云技術(shù)即是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托的一系列采集、處理和可視化點(diǎn)云數(shù)據(jù)的技術(shù)集合。與傳統(tǒng)手工測(cè)繪技術(shù)相比，點(diǎn)云技術(shù)具有數(shù)據(jù)采集速度快、精度高、靈活性強(qiáng)、不接觸被測(cè)目標(biāo)物等優(yōu)勢(shì)[12]，數(shù)據(jù)成果能夠通過(guò)構(gòu)建三維模型直觀地表現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的空間信息，并通過(guò)定量化分析模型的物理特性來(lái)識(shí)別空間環(huán)境特征。因此，點(diǎn)云技術(shù)對(duì)古典園林假山遺產(chǎn)的研究和保護(hù)有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

目前，點(diǎn)云技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于文化遺產(chǎn)的保護(hù)研究，并逐漸形成數(shù)字化研究的新視角和新方法。有學(xué)者開(kāi)始將點(diǎn)云技術(shù)應(yīng)用到古典園林研究當(dāng)中，如劉千里等利用近景攝影測(cè)量技術(shù)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建了基于點(diǎn)云技術(shù)的園林建筑建模方法[13]；薛彩霞等利用地面三維激光掃描技術(shù)采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，探討了蘇州古典園林的數(shù)字化測(cè)量和表達(dá)方法，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)地形、建筑等對(duì)象的測(cè)繪及紋理映射問(wèn)題[11]；張青萍等以私家園林為研究對(duì)象，將近景攝影測(cè)量技術(shù)與激光雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了針對(duì)園林平面布局及水體、建筑、植物、疊山等要素的數(shù)字化測(cè)繪方法，系統(tǒng)論述了該方法的優(yōu)勢(shì)和局限[9]。同時(shí)，已有部分學(xué)者開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注古典園林疊山的數(shù)字化測(cè)繪。古麗圓等運(yùn)用無(wú)人機(jī)和攝影測(cè)量技術(shù)研究園林假山測(cè)繪，驗(yàn)證了新技術(shù)對(duì)園林假山類遺產(chǎn)的適用性，并指出該方法為測(cè)繪不規(guī)則園林要素帶來(lái)了劃時(shí)代的變革[7]；喻夢(mèng)哲等以蘇州環(huán)秀山莊和耦園假山為例，結(jié)合三維激光掃描及近景攝影測(cè)量技術(shù)，設(shè)計(jì)了針對(duì)假山遺產(chǎn)的較為全面的數(shù)字化測(cè)繪方法[8]。

綜上所述，點(diǎn)云技術(shù)極大增強(qiáng)了假山類不規(guī)則園林要素測(cè)繪成果的完整性、精確性和工作效率，明顯地提高了園林空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量和表現(xiàn)的豐富度[9]，為園林遺產(chǎn)的研究和保護(hù)方法帶來(lái)了革命性變化。如何在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將測(cè)繪定量成果與遺產(chǎn)歷史信息相互對(duì)照，開(kāi)展遺產(chǎn)特征考證研究，是新技術(shù)應(yīng)用的重要落腳點(diǎn)之一。本文從遺產(chǎn)景觀保護(hù)的視角出發(fā)，全面梳理豫園大假山的歷史演進(jìn)與核心特征，并利用點(diǎn)云技術(shù)測(cè)繪大假山，構(gòu)建三維模型，對(duì)其空間特征開(kāi)展定量化分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論大假山的遺產(chǎn)價(jià)值，為相關(guān)研究和保護(hù)實(shí)踐提供重要參考。

1 豫園大假山的歷史演進(jìn)與空間特征

明萬(wàn)歷五年(1577年)，曾任四川布政使的上海人潘允端解職回鄉(xiāng)，為侍奉其父潘恩擴(kuò)建家宅西側(cè)的園林，即豫園。潘允端聘請(qǐng)了當(dāng)時(shí)江南一帶疊山名家張南陽(yáng)負(fù)責(zé)豫園設(shè)計(jì)與疊山工程，大約在1582年初步建成[14]。豫園建成時(shí)占地70余畝(約46 667m2)，以大水池為中心，布局虛實(shí)互映，曲折有法。樂(lè)壽堂景區(qū)是豫園的主要景區(qū)之一，該景區(qū)沿大水池展開(kāi)，池南有名為“南山”的大型假山，是全園最為著力營(yíng)造的部分[6，14]。而本文所研究的大假山，即今日豫園中的黃石大假山位于池北，在園林興建之初規(guī)模不大，也非全園主景，很可能是作為進(jìn)入主山“南山”之前的鋪墊[6]?！对@記》中僅提到它以武康石疊造，“峻嶒秀潤(rùn)，頗愜觀賞”[15]。王世貞在游記中也寫道：“右為折樓，樓不甚精好，而中庭一小山皆疊武康石為之。[16]”但對(duì)大假山的具體形態(tài)并未詳述。

圖1 豫園大假山現(xiàn)狀

明末后，潘氏家道衰落，豫園逐漸荒廢。清乾隆二十五年(1760年)，上海當(dāng)?shù)丶澤碳Y購(gòu)得部分園林，重修山石樓臺(tái)，作為集中活動(dòng)的場(chǎng)所[17]，建成后更名為西園。乾隆四十九年(1784年)《上海縣志》中的《邑廟西園圖》較為直觀地展示了改擴(kuò)建工程告竣后豫園大假山及周邊環(huán)境的空間格局(圖2)：此時(shí)“南山”已不存，黃石大假山成為全園的主山，也是全園的制高點(diǎn)。在樂(lè)壽堂原址上新建三穗堂，與北部的黃石大假山構(gòu)成明確的軸線關(guān)系。大假山三面環(huán)水，前臨曲溪，由山谷切分為東西兩部分，主次分明。主峰偏西，層巒錯(cuò)疊，而東部的次峰與萃秀堂形成圍合的院落。乾隆年間喬鐘吳所作《西園記》詳細(xì)記載了西園黃石大假山的特征：“由萃秀堂出，右仰巨山，層崖峭壁，森森若萬(wàn)笏狀，其金碧秀潤(rùn)之氣，常樸人眉宇，遙望之若壺中九華，天造地設(shè)，幾不知其為人力也。從麓而上，盤旋二三百步，陟其顛，視黃浦、吳淞皆在足下，而風(fēng)帆云樹(shù)則遠(yuǎn)及于數(shù)十里之外，觀至此稱大快。[19]”由此可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)大假山內(nèi)部的游徑較長(zhǎng)，若以步距0.7m計(jì)算，從山麓登至山頂?shù)木嚯x約為140～210m。

清道光年間地方官通令各個(gè)同業(yè)公所分管豫園，作為議事之所，各行業(yè)各區(qū)一處，自行修葺[20]，逐漸形成了會(huì)館建筑與園林結(jié)合的特征。第二次鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期和鎮(zhèn)壓太平天國(guó)時(shí)期，豫園屢遭重創(chuàng)，多半淪為廢墟。之后各行業(yè)公所又陸續(xù)重建或修復(fù)園中建筑，至1875年大多數(shù)建筑得到修復(fù)[21]。其中同治五年(1866年)在大假山和三穗堂之間加建仰山堂和卷雨樓，改變了大假山與三穗堂之間的空間關(guān)系，基本形成今日所見(jiàn)大假山及其周圍區(qū)域的空間格局。在“八一三”抗戰(zhàn)和“文化大革命”期間，豫園又遭破壞，也由于長(zhǎng)期無(wú)人維護(hù)，多數(shù)景物殘破不堪。大假山雖在戰(zhàn)火變亂中得以幸存，卻必定經(jīng)歷過(guò)多次破壞、修復(fù)乃至局部重構(gòu)，今日所見(jiàn)乃是歷史不斷層累疊加的結(jié)果。因此，對(duì)大假山進(jìn)行科學(xué)的研究和保護(hù)，必須精確描述現(xiàn)存空間的特征，在歷史與現(xiàn)狀的相互印證中還原遺產(chǎn)的真實(shí)性。

2 上海豫園大假山的當(dāng)代測(cè)繪與保護(hù)

20世紀(jì)50年代以來(lái)，大量專家學(xué)者為豫園大假山的科學(xué)化保護(hù)不斷做出努力。1956—1988年間，多次組織專家學(xué)者對(duì)豫園進(jìn)行修繕、修復(fù)及重建工作。同濟(jì)大學(xué)陳從周先生于1957和1961年發(fā)表了《上海的豫園與內(nèi)園》[20]《明代上海的三個(gè)疊山家和他們的作品》[22]等文章，以史為據(jù)，詳細(xì)論述了豫園的發(fā)展演變以及大假山的主要特征，開(kāi)辟了相關(guān)研究的先河，至今仍是研究和保護(hù)大假山的重要文獻(xiàn)。在修復(fù)豫園的過(guò)程中，同濟(jì)大學(xué)建筑系教研室的師生開(kāi)展了一系列測(cè)繪工作，形成了《豫園圖錄參考資料》[23](以下簡(jiǎn)稱《圖錄》)這一重要成果?！秷D錄》中包含大量測(cè)繪圖紙、現(xiàn)場(chǎng)照片和文字說(shuō)明，是后來(lái)研究豫園的重要依據(jù)[24]，為大假山的研究和保護(hù)做出了重要貢獻(xiàn)(圖3)。大假山測(cè)繪平面圖和立面圖均根據(jù)實(shí)際投影比例繪圖，較為準(zhǔn)確地反映了豫園大假山及周邊區(qū)域的平面布局和空間結(jié)構(gòu)，具有一定的寫實(shí)性[24]。然而由于當(dāng)時(shí)的測(cè)繪主要基于傳統(tǒng)手工測(cè)量，并未采集假山各部分的詳細(xì)尺寸信息，對(duì)高程信息的估測(cè)存在誤差，因此很難滿足現(xiàn)代遺產(chǎn)空間分析和遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)的需要。

時(shí)隔六十載，測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大發(fā)展為重新認(rèn)知豫園大假山提供了重要機(jī)遇。本研究采用數(shù)字化近景攝影測(cè)量與激光雷達(dá)相互結(jié)合的方法[7]，于2017年12月—2018年4月對(duì)豫園大假山區(qū)域進(jìn)行多次實(shí)地測(cè)繪。測(cè)繪范圍包括北至萃秀堂，南至三穗堂及南大門，西至小世界圍墻，東至漸入佳境長(zhǎng)廊，共計(jì)約2 768m2的區(qū)域。并利用點(diǎn)云處理軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、拼接、裁切、濾波等處理，構(gòu)建大假山區(qū)域三維點(diǎn)云模型。模型包含大假山區(qū)域關(guān)鍵尺度信息，對(duì)模型的剖切、截取以及不同角度的渲染，為大假山空間特征的定量化分析提供了重要基礎(chǔ)。

3 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的豫園大假山空間特征定量化識(shí)別與分析

測(cè)繪成果表明，目前對(duì)豫園大假山空間尺度的認(rèn)知存在誤差。大假山區(qū)域的遺產(chǎn)解說(shuō)標(biāo)識(shí)將其描述為“寬約60m，縱深約40m”。但根據(jù)本研究測(cè)繪的成果，大假山東西寬度為42.1m，南北縱深為44.1m(正負(fù)誤差小于0.1m)，占地面積約為990m2(圖4)。對(duì)大假山高度的認(rèn)知亦有較大誤差，《圖錄》中示意大假山高度為13.2m，大多數(shù)文獻(xiàn)將大假山的高度描述為12m或14m。但根據(jù)本次測(cè)繪，豫園大假山的高度為7.4m(正負(fù)誤差小于0.1m)(圖5)。三維點(diǎn)云技術(shù)糾正了對(duì)大假山空間尺度認(rèn)知的誤差，為進(jìn)一步的空間分析提供了精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

基于最新測(cè)繪數(shù)據(jù)，對(duì)大假山的主要空間特征開(kāi)展定量化識(shí)別與分析。

圖2 《邑廟西園圖》[18]圖3 豫園大假山測(cè)繪平面圖[23]圖3-1 豫園測(cè)繪平面圖3-2 大假山部分放大圖

1)主次分明，渾然一體。大假山平面呈三角形，山體由深壑切分為東、西兩部分。主峰偏西北，逐漸向東南延伸；次峰體積較小，位于東北部萃秀堂前，兩部分由石橋相連。整個(gè)山體由南北、東西2條軸線控制。測(cè)繪發(fā)現(xiàn)，大假山的制高點(diǎn)位于三穗堂中軸線的延長(zhǎng)線上，也是山體東西、南北方向軸線的交點(diǎn)(圖4)。大假山造景主要沿南北軸線展開(kāi)，與清代“邑廟西園圖”中所描繪的空間結(jié)構(gòu)基本一致。南坡布局3層平臺(tái)，與仰山堂北立面構(gòu)成近乎平行的關(guān)系(圖5)。同時(shí)，山澗沿南北軸線從山頂一直延伸到水池中，將主峰分為兩半。測(cè)繪數(shù)據(jù)表明，大假山最高峰與三穗堂的水平視距為45.8m，高度為7.4m，視距與高度比例約為6:1，形成約9°的仰角，創(chuàng)造出平遠(yuǎn)的景觀層次(圖4、5)。而同治年間建造的仰山堂縮短了大假山的觀賞距離，增大了視角并強(qiáng)化了仰視的感受，已無(wú)法一覽大假山的全貌。

2)峰巒相間，錯(cuò)落有致。測(cè)繪成果顯示，大假山高差極為豐富，南北、東西向剖面顯示較明確的標(biāo)高21處，微小的高差及坡度變化更多，由此形成峰巒相間的突出特征(圖6)。其中，連續(xù)2層平臺(tái)之間最大高差為3.2m(東西山體之間的深壑以及萃秀堂前院地面與石壁頂部的高差)，與喬鐘吳《西園記》中描述的“右仰巨山，層崖峭壁，森森若萬(wàn)笏狀”的特征較為一致[19]；平臺(tái)間多次出現(xiàn)大約0.2～0.4m的小高差，變化豐富。大假山高度變化雖多，但仍符合一定的規(guī)律，從而形成錯(cuò)落有致的空間特征：南側(cè)作為主要景觀面，其高度變化最大(圖6)，平臺(tái)間高差控制在2.3～2.5m之間；大假山主峰離北圍墻之間的水平距離約為7m，較為局促，因此緊鄰北圍墻設(shè)置3.5m高的石壁，由于水平空間局促，因此平均高差較小(約為0.98m)；而西側(cè)與北側(cè)相似，都是在有限的水平空間中滿足交通的需求，平臺(tái)間平均高差為1.35m；大假山東部相對(duì)平緩，自東部院墻一側(cè)臺(tái)階而上，高度依次為3.0、3.2、2.6和3.2m，形成一系列微高差，石橋以西高差突然增大，所構(gòu)成的仰角也相對(duì)最大(約為36°)(圖6)，符合《西園萃秀堂記》中描述的“山石犖確，窿然嶺起”之特征[25]。由此可見(jiàn)，豫園大假山在有限的水平空間內(nèi)通過(guò)各個(gè)方向的高差設(shè)計(jì)和組織，形成了峰巒相間、錯(cuò)落有致的空間特征。

圖4 豫園大假山測(cè)繪平面圖(4-1)，大假山平面空間結(jié)構(gòu)分析圖(4-2)圖5 豫園大假山剖面測(cè)繪圖比較圖5-1 《圖錄》中大假山剖面圖(1964年)[23]圖5-2 本研究測(cè)繪大假山剖面圖(2018年)圖5-3 兩版剖面圖疊合對(duì)比

3)蹬道迂回，盤旋曲赴。豫園大假山力求在有限空間中創(chuàng)造各個(gè)維度的豐富變化，游徑便是其中最典型的要素。本研究利用點(diǎn)云處理技術(shù)剝離模型中的建筑、圍墻、植物等元素，構(gòu)建大假山三維點(diǎn)云模型，更直觀地表現(xiàn)大假山的游徑體系(圖7)。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，豫園大假山占地約990m2，假山內(nèi)部游徑的總長(zhǎng)度約為330m，游徑密度約為0.33m/m2，與喬鐘吳《西園記》中“從麓而上，盤旋二三百步，陟其顛”的相關(guān)描述具有一致性。有學(xué)者曾對(duì)游徑較長(zhǎng)的蘇州環(huán)秀山莊假山進(jìn)行過(guò)測(cè)算，環(huán)秀山莊假山占地約半畝(約333m2)，游徑長(zhǎng)度約為70～80m，游徑密度約為0.24m/m2[26]。可見(jiàn)豫園大假山的游徑密度在古典園林假山作品中是較高的。

4 豫園大假山的遺產(chǎn)價(jià)值與保護(hù)

本研究利用三維點(diǎn)云技術(shù)，定量化驗(yàn)證了豫園大假山的遺產(chǎn)特征。研究發(fā)現(xiàn)，豫園大假山現(xiàn)存空間要素和空間特征與古代文獻(xiàn)中的描述具有一致性：現(xiàn)存大假山雖僅占地約40m2，高度也不過(guò)7.4m，卻構(gòu)建了峰巒、洞壑、澗谷、蹬道等一系列自然景觀要素，創(chuàng)造出長(zhǎng)達(dá)300余米的游徑，并利用假山的開(kāi)合、高低變化營(yíng)造出咫尺山林的空間感受，充分體現(xiàn)了疊山者在方寸之地全面平衡復(fù)雜空間關(guān)系和景觀要素的能力。大假山以建筑軸線控制造景，劃分山體主次結(jié)構(gòu)并組織視線關(guān)系，通過(guò)各個(gè)方向的高差變化解決豎向交通問(wèn)題，營(yíng)造出極為豐富的空間感受，展現(xiàn)了極高的藝術(shù)構(gòu)思水平和工程實(shí)踐技巧。豫園大假山整體上具有明代疊山主峰突兀、層次分明的特征，在空間要素上反映了張南陽(yáng)善于利用澗壑、蹬道、石壁表現(xiàn)大山氣勢(shì)的疊山手法，在空間構(gòu)成上與明末清初上海園林景觀日趨繁復(fù)的風(fēng)格具有一致性。

三維點(diǎn)云技術(shù)不僅可以為假山遺產(chǎn)的研究提供數(shù)據(jù)支持，在遺產(chǎn)保護(hù)實(shí)踐中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。首先，點(diǎn)云技術(shù)可以替代二維線劃圖成為古典園林?jǐn)?shù)字化記錄的重要途徑。點(diǎn)云包含高精度的三維空間信息，能夠更全面、更精準(zhǔn)地記錄園林假山空間，為遺產(chǎn)的真實(shí)性、完整性保護(hù)提供更科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次，三維點(diǎn)云技術(shù)使得園林遺產(chǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成為可能，通過(guò)比較不同時(shí)期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別各類園林要素的變化并采取相應(yīng)的措施，形成新的管理工作方法和路徑。再次，三維點(diǎn)云技術(shù)可以支持園林假山遺產(chǎn)的虛擬解說(shuō)。利用三維點(diǎn)云技術(shù)，可以在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中對(duì)園林假山空間進(jìn)行精確的建模和描述，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為數(shù)字化展示平臺(tái)，為公眾提供更多了解遺產(chǎn)價(jià)值的機(jī)會(huì)。因此，如何利用三維點(diǎn)云技術(shù)提升古典園林假山遺產(chǎn)保護(hù)方法的科學(xué)性，推動(dòng)保護(hù)手段的現(xiàn)代化，是風(fēng)景園林、測(cè)繪學(xué)和文化遺產(chǎn)保護(hù)等專業(yè)未來(lái)重要的學(xué)科交叉方向。

注：文中圖片除注明外，均由作者拍攝或繪制。

致謝：感謝上海豫園管理處為本研究現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪提供的支持；感謝同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院圖書館李麗、建筑系朱宇輝在研究過(guò)程中給予的幫助。

圖6 豫園大假山剖面圖及高差分析圖7 豫園大假山三維點(diǎn)云模型高程分析