古建筑保護(hù)中的數(shù)字化技術(shù)研究

芮空空 金華市文物保護(hù)與考古研究所

古建筑既是一座城市的標(biāo)志，也是文化的結(jié)晶，是祖先遺留的財(cái)富。保護(hù)古建筑是每一個(gè)華夏兒女應(yīng)盡的義務(wù)，以保護(hù)中華文化的傳承。在信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天，應(yīng)使用數(shù)字化技術(shù)對(duì)古建筑進(jìn)行保護(hù)。文章主要闡述了保護(hù)古建筑的重要性，同時(shí)對(duì)數(shù)字化技術(shù)的作用進(jìn)行分析，并將其分類，討論其在古建筑中的作用，以供相關(guān)人士參考。

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化技術(shù)在古建筑的保護(hù)工作中也起到重要作用，其既對(duì)古建筑進(jìn)行完美保護(hù)，也推動(dòng)了保護(hù)工作的發(fā)展。古建筑的保護(hù)工作是一項(xiàng)技術(shù)性高且比較復(fù)雜的工作，通過(guò)應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)可降低工作難度，同時(shí)最大程度對(duì)其進(jìn)行復(fù)原，提高其保護(hù)力度。

古建筑保護(hù)的重要性

古建筑承載了我國(guó)上下五千年的文化歷史，其底蘊(yùn)深厚，文化豐富，見(jiàn)證了時(shí)代的發(fā)展與變化，對(duì)文化的傳承起到重要作用。古建筑在某種意義上是一個(gè)城市文化的縮影，其見(jiàn)證了一座城市古往今來(lái)的變化，一旦被破壞就很難對(duì)其進(jìn)行恢復(fù)。

無(wú)論如何破舊的古建筑所蘊(yùn)含的文化內(nèi)涵和歷史痕跡都是無(wú)可取代的。雖然很多地區(qū)出現(xiàn)了仿古建筑，但無(wú)論其外形多么相似，其內(nèi)涵是無(wú)法復(fù)刻的。因此，對(duì)古建筑的欣賞應(yīng)透過(guò)其滄桑的外表看內(nèi)在，感受其深厚的文化魅力。

數(shù)字化技術(shù)的作用

由于古建筑材料特殊且留存時(shí)間較長(zhǎng)久遠(yuǎn)，由于外界因素的影響，一些受損的古建筑無(wú)法進(jìn)行恢復(fù)。例如：山西省的普光寺，寺廟墻上的壁畫(huà)受自然因素的影響出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，如空鼓、壁畫(huà)脫落、裂縫等。當(dāng)它被占用時(shí)，曾有人對(duì)墻面進(jìn)行粉刷，使得大部分壁畫(huà)無(wú)法復(fù)原，嚴(yán)重破壞了壁畫(huà)的文化價(jià)值。因此，若想完整的將古建筑上的文化傳承給下一代，就要加大保護(hù)力度，盡最大的可能將其復(fù)原，以防古建筑文化流失。此時(shí)，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)就可完美解決這一問(wèn)題。

在數(shù)字化技術(shù)未廣泛應(yīng)用時(shí)，人們通常是將古建筑的信息記錄在案進(jìn)行信息記錄，此方法不但占用空間還不能將已經(jīng)丟失的記錄信息進(jìn)行復(fù)原，當(dāng)需要查閱相關(guān)資料時(shí)，還需會(huì)占用很多時(shí)間，耗時(shí)耗力，給相關(guān)工作人員帶來(lái)很大不便。

后期出現(xiàn)的攝影技術(shù)雖然可以很好的對(duì)古建筑信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，便于保存，但不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期儲(chǔ)存。而數(shù)字化技術(shù)就可以很好地解決這一問(wèn)題，減輕了相關(guān)人員的工作壓力。

數(shù)字化技術(shù)的分類

管理保護(hù)

管理保護(hù)技術(shù)是為古建筑的信息提供數(shù)字化平臺(tái)的一種保護(hù)工作，可以將古建筑的信息集中保存。這種方法通常用于一定區(qū)域范圍內(nèi)的古建筑保護(hù)中，為區(qū)域內(nèi)的古建筑建立單一的數(shù)字化平臺(tái)，完整保存其信息。同時(shí)，相關(guān)部門可以對(duì)其信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，結(jié)合工作人員的保護(hù)工作，使得古建筑的保護(hù)工作條理清晰，完整的保存古建筑信息。

修復(fù)保護(hù)

對(duì)被破壞的古建筑可以使用修復(fù)保護(hù)技術(shù)中的計(jì)算機(jī)輔助修復(fù)，此技術(shù)可以有效提高保護(hù)工作的效率和質(zhì)量。由于我國(guó)對(duì)修復(fù)保護(hù)技術(shù)的研究并不深入，因此，目前還是依靠傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)對(duì)古建筑破壞的部位進(jìn)行研究分析，然后決定修復(fù)的方法。同時(shí)還可以對(duì)修復(fù)過(guò)程進(jìn)行模擬演練，以確保修復(fù)的精準(zhǔn)度。

數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)主要是針對(duì)古建筑的遺址和其館內(nèi)收藏的文物建立一套完整的數(shù)字化平臺(tái)，以便全面的對(duì)其進(jìn)行管理，保障古建筑的保護(hù)工作順利進(jìn)行。此技術(shù)主要針對(duì)于古建筑的信息管理，更適用于區(qū)域范圍內(nèi)的古建筑信息保護(hù)管理工作，擴(kuò)展工作人員的保護(hù)職責(zé)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)顧名思義就是將古建筑的原本面貌經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)掃描，然后將其展現(xiàn)到觀察者的眼前，讓觀察者有逼真的感覺(jué)。此技術(shù)通常用在管理保護(hù)工作中，即將古建筑的原本面貌和早期的環(huán)境變化等通過(guò)3D技術(shù)進(jìn)行恢復(fù)。此技術(shù)可以通過(guò)提供給技術(shù)人員更全面的直觀影像來(lái)讀取古建筑相關(guān)信息，提高古建筑信息的還原效率，更好的對(duì)其信息進(jìn)行保存。

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

由于古建筑的位置是固定的，當(dāng)其出現(xiàn)破損時(shí)，需要合理應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)建筑進(jìn)行修復(fù)，以保證其文化能夠長(zhǎng)久的傳承。將古建筑的相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字化處理，需要采集詳細(xì)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，并提高對(duì)修復(fù)等相關(guān)工作的重視。建立專門保存信息數(shù)據(jù)的博物館，加大數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用力度，以保證對(duì)古建筑的完整保護(hù)，減少古建筑的損壞。

衛(wèi)星定位技術(shù)

衛(wèi)星定位技術(shù)是通過(guò)全球定位的方式，將其與攝影技術(shù)相結(jié)合，為戶外測(cè)量工作提供了很大便利。其主要包括接收系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)三大部分，其覆蓋范圍廣，可以實(shí)時(shí)定位且定位的精確度高，同時(shí)其靜態(tài)定位的觀察和測(cè)量效率高，應(yīng)用范圍廣泛。用衛(wèi)星定位對(duì)古建筑進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以將其與攝影儀器結(jié)合，然后安裝導(dǎo)航系統(tǒng)，以便精準(zhǔn)定位[1]。

在衛(wèi)星定位系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)的作用下，將攝影儀器精準(zhǔn)的定位到需要拍攝的位置。例如：對(duì)靖江王陵陵墓進(jìn)行數(shù)字信息采集時(shí)，就要運(yùn)用到GPS技術(shù)的航空攝影方法，通過(guò)對(duì)衛(wèi)星的精準(zhǔn)定位，將其導(dǎo)航到需要進(jìn)行拍攝的地點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)信息的拍攝，采集其建筑平面的立體圖像。使用衛(wèi)星定位技術(shù)可以極大地減輕戶外攝影的工作難度，同時(shí)可以將古建筑的詳細(xì)信息進(jìn)行及時(shí)保存。

全站儀技術(shù)

作為古建筑測(cè)量中將光學(xué)和機(jī)電融為一體最常用的高科技儀器，全站儀可以對(duì)古建筑的觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行任意計(jì)算，詳細(xì)的記錄古建筑的水平角、高度差、距離等數(shù)據(jù)。全站儀技術(shù)是通過(guò)對(duì)古建筑的各個(gè)部位的形狀、大小等進(jìn)行細(xì)致測(cè)量，得出相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)其數(shù)據(jù)繪制相應(yīng)的平面圖或立體圖。

先進(jìn)的儀器中具備馬達(dá)自動(dòng)瞄準(zhǔn)指標(biāo)，免棱鏡全站儀可以通過(guò)光的反射測(cè)量古建筑的距離和坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不能瞄準(zhǔn)的建筑物進(jìn)行測(cè)量。免棱鏡全站儀對(duì)于立面測(cè)繪可以實(shí)現(xiàn)不瞄準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，只要將全站儀的棱鏡高設(shè)置為零，對(duì)古建筑的立面測(cè)繪進(jìn)行掃描就可以進(jìn)行高度測(cè)量，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

全站儀技術(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的建筑比較合適，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與實(shí)際情況不符，提高修復(fù)工作的難度。

數(shù)字化保存

數(shù)字化技術(shù)既提高了測(cè)量的工作效率還保證了數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，但相關(guān)數(shù)據(jù)還需要精準(zhǔn)的保存技術(shù)。激光掃描技術(shù)可以將肉眼捕捉不到的細(xì)節(jié)進(jìn)行激光掃描，利用相關(guān)軟件將激光射出到其返回的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，得到古建筑結(jié)構(gòu)的具體信息，包括角度、材料和結(jié)構(gòu)等，通過(guò)計(jì)算出的數(shù)據(jù)信息建立3D圖像。

數(shù)字化保存技術(shù)是將通過(guò)掃描得出的詳細(xì)信息，如古建筑的整體結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)紋理等建立的圖像進(jìn)行完整保存[2]。根據(jù)給出的古建筑模型，可以詳細(xì)將數(shù)據(jù)信息展現(xiàn)出來(lái)，以便于古建筑的保護(hù)、修復(fù)和研究。

同時(shí)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以加強(qiáng)相關(guān)人員對(duì)古建筑信息的管理，增加修復(fù)人員對(duì)數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，為政府的工作需要提供數(shù)據(jù)，滿足其他行業(yè)人員對(duì)古建筑的數(shù)據(jù)需求，從數(shù)字化保存的角度發(fā)揮數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)管。

數(shù)字化監(jiān)管

在古建筑保護(hù)中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)管，將通過(guò)三維掃描得出的古建筑模型及相關(guān)信息如顏色、材料、紋理等詳細(xì)記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)相關(guān)人員對(duì)古建筑的定期檢查和維護(hù)，將得到的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的信息進(jìn)行分析比對(duì)，觀察是否存在測(cè)繪差異。

數(shù)字化監(jiān)管還可以在檢查過(guò)程中對(duì)遭到破壞的古建筑提供修復(fù)信息，以及時(shí)保護(hù)古建筑，避免古建筑再次遭到人為或外來(lái)因素的破壞，及時(shí)發(fā)現(xiàn)古建筑的破壞信息，以免加大對(duì)相關(guān)修復(fù)工作的損失。用儀器對(duì)古建筑的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的分析處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模型。除了各種儀器的數(shù)據(jù)，還需要相關(guān)繪圖軟件的還原技術(shù)，才可以將古建筑的實(shí)際信息反映出來(lái)。

進(jìn)行數(shù)據(jù)還原

在古建筑保護(hù)過(guò)程中，可以通過(guò)數(shù)字化技術(shù)對(duì)古建筑進(jìn)行還原，建立完整的古建筑，以促進(jìn)古建筑文化資源的傳承。采集三維激光掃描得到的數(shù)據(jù)，將其通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬合成，將古建筑缺失或破損的部位進(jìn)行完整還原，以便人們可以通過(guò)多個(gè)角度感受其真實(shí)狀態(tài)[3]。

首先，利用采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)建模，在建筑空間里實(shí)現(xiàn)虛擬模型；其次，通過(guò)現(xiàn)實(shí)生活中古建筑的真實(shí)情況進(jìn)行虛擬模型的還原，比如古建筑的材質(zhì)、紋理等；最后，在虛擬模型內(nèi)營(yíng)造真實(shí)的環(huán)境，比如光影技術(shù)，讓人可以產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，增加虛擬建筑的藝術(shù)美感。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的還原，構(gòu)建逼真的虛擬建筑，既可以加大對(duì)古建筑的保護(hù)力度，還可以讓人們身臨其境地感受古建筑的魅力，加大對(duì)文化的傳承力度。

輔助設(shè)計(jì)工作

通過(guò)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，可以將古建筑的詳細(xì)信息進(jìn)行記錄，比如壁畫(huà)圖案、墻體紋理、結(jié)構(gòu)尺寸等信息數(shù)據(jù)。通過(guò)詳細(xì)的信息數(shù)據(jù)可以將古建筑的具體情形繪制出來(lái)[4]。在對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄時(shí)可以將原有的圖案導(dǎo)入其中，以便設(shè)計(jì)古建筑信息的完整度，從而保持實(shí)際信息與還原信息的一致性。

此外，在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，通常采用手工繪制圖紙，隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們漸漸開(kāi)始用數(shù)字化技術(shù)繪制建筑圖案。此技術(shù)既可以縮短古建筑的繪制周期，還可以提高技術(shù)人員的工作效率，并對(duì)繪制的圖案進(jìn)行完整保存。同時(shí)精確的數(shù)據(jù)處理，可以將二維圖案轉(zhuǎn)變成三維立體圖案，保證設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的完整性，提高古建筑還原的整體水平。

三維激光掃描

由于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)耗時(shí)耗力，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，在古建筑測(cè)繪時(shí)開(kāi)始廣泛應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，以減輕人力物力的消耗，達(dá)到采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，滿足數(shù)據(jù)采集的要求。三維激光掃描技術(shù)在古建筑數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中可以獲得更詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息且采集速度快，既省時(shí)還高效率。

同時(shí)，此技術(shù)采集的數(shù)據(jù)可將建筑物精準(zhǔn)還原，解決環(huán)境復(fù)雜或建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)繪問(wèn)題，在測(cè)繪時(shí)不需對(duì)建筑物進(jìn)行接觸測(cè)量，可有效提高對(duì)建筑物的保護(hù)工作。且此技術(shù)不需要搭建腳手架等工具，極大地節(jié)約了人力物力的使用。

此外，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保存技術(shù)相比，三維激光掃描技術(shù)可以通過(guò)建立相關(guān)建筑物的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有效保存，以便數(shù)據(jù)能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存且查閱方便，能夠及時(shí)跟實(shí)際的古建筑進(jìn)行對(duì)比，減輕工作人員查找資料的壓力，從而提高工作效率，且其數(shù)據(jù)的完整保存，可及時(shí)為遭到破壞的古建筑提供修復(fù)數(shù)據(jù)。

建立虛擬數(shù)據(jù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)古建筑的保護(hù)力度不應(yīng)局限于隔離保護(hù)這一方面?？梢酝ㄟ^(guò)建立虛擬建筑，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)古建筑的參觀需求。在相關(guān)博物館中可加大虛擬技術(shù)的應(yīng)用，彌補(bǔ)傳統(tǒng)博物館只能實(shí)物展覽的弊端，拓寬其發(fā)展領(lǐng)域，將數(shù)字化技術(shù)中的虛擬技術(shù)應(yīng)用其中，完整還原古建筑的本來(lái)面貌，同時(shí)增加博物館中圖片與聲音等的各項(xiàng)功能，為人們展現(xiàn)逼真的場(chǎng)景[5]。

通過(guò)這種技術(shù)處理手段，可以讓人們?cè)诓黄茐墓沤ㄖ那疤嵯赂惺芷鋬?nèi)在蘊(yùn)含的傳統(tǒng)文化魅力，減少各個(gè)方面的資源浪費(fèi)。此方式既可以滿足古建筑文化的傳承，還符合當(dāng)下時(shí)代發(fā)展的要求。人們可以通過(guò)在虛擬的世界中感受現(xiàn)實(shí)世界的美好，體會(huì)古建筑的風(fēng)采與魅力。

微損檢測(cè)技術(shù)

文物保護(hù)過(guò)程中，應(yīng)加大對(duì)其無(wú)損或微損檢測(cè)技術(shù)的研究，這是古建筑保護(hù)前期最重要的工作，可以最大程度的發(fā)揮其自動(dòng)化、多通道等優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)家加大對(duì)古建筑的保護(hù)力度，應(yīng)用此技術(shù)可有效減少人為因素帶來(lái)的破壞。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)古建筑的損壞情況進(jìn)行檢查時(shí)，可以使用特定的儀器進(jìn)行檢查，以獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

相關(guān)人員通過(guò)對(duì)檢測(cè)出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確保古建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全性，判斷其內(nèi)部構(gòu)造的病害情況，及時(shí)采取相應(yīng)防治措施。例如：文物保護(hù)中心對(duì)大嵩所城遺址的7處遺址進(jìn)行的三維激光掃描測(cè)繪工作，并將其詳細(xì)信息進(jìn)行記錄。

同時(shí)開(kāi)展病害的防治工作，政府對(duì)其全區(qū)進(jìn)行病蟲(chóng)害盤查，尤其是5處名人故居重點(diǎn)實(shí)行白蟻防治措施，并對(duì)危害文物的病害進(jìn)行及時(shí)防控，對(duì)破損的古建筑進(jìn)行修復(fù)，以保護(hù)古建筑的完好，保證其文化傳承。

為保護(hù)好古建筑應(yīng)合理運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，雖然其已經(jīng)有了一套完整的技術(shù)體系，但仍需加大研究力度，以彌補(bǔ)在古建筑保護(hù)中的不足，重視數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)古建筑的文化傳承。同時(shí)，應(yīng)加大保護(hù)力度，呼吁當(dāng)?shù)厝嗣駩?ài)護(hù)古建筑，以保護(hù)我國(guó)現(xiàn)有的文化遺產(chǎn)。