古建筑構(gòu)件數(shù)字化保護及其應(yīng)用

方林娜 衢州學院本科在讀

隨著近代工業(yè)革命的發(fā)展，到信息化革命的大時代，人類社會發(fā)生了幾千年以來前所未有的大變化，隨之而來的是鋼筋混凝土的大建筑時代。長期生活在古老潮濕破舊的傳統(tǒng)建筑之中的人們，在這樣的時代變化之下，紛紛投向一幢幢新建筑樓房，“大樓房”一時之間成為人們奮斗的人生目標。在這樣的時代大背景下，傳統(tǒng)建筑的消亡成為必然（古建筑損壞情況如圖1 所示）。當然，傳統(tǒng)建筑中的精髓傳統(tǒng)建筑構(gòu)件也在劫難逃。然而，隨著人們受教育水平的提高，人們逐漸意識到古建筑是中華民族千年來歷史文脈的根基，因此近年來從政府到社會開始開展不同形式的保護活動。

1 古建筑構(gòu)件的文保價值及保存難度

1.1 古建筑構(gòu)件的文保價值

圖1 古建筑損壞情況

中華民族的傳統(tǒng)建筑主要以木結(jié)構(gòu)為主，磚石等其他材料穿插其中。同時，古建筑主要由眾多不同的構(gòu)件組合而成，其中包括基本的臺基、檁條、梁柱、斗拱、屋頂、山墻、藻井和彩畫等[1]。最具代表性的北京故宮，是目前現(xiàn)存最大、最完整的古建筑群。其宮殿建筑中的古建筑構(gòu)件大量使用了雕刻、貼金、鏤金、漆畫、玉石、景泰藍及螺鈿鑲嵌、硬木貼絡(luò)、綢緞裝裱等一切工業(yè)美術(shù)手段，將高超的建筑技術(shù)與藝術(shù)融為一體，體現(xiàn)了我國古代宮殿建筑的最高成就[2]。

1.2 古建筑構(gòu)件的保存難度

我國的傳統(tǒng)建筑群很多。一座單體建筑往往由成千上萬個構(gòu)件組成，由于古建筑構(gòu)件主要為木結(jié)構(gòu)，其中還有許多獸形飾件[3]，其自然屬性使建筑群體面對災(zāi)害時的抵抗力較弱，尤其是火災(zāi)、蟲害。同時，其較高的文物價值使得一些人對其產(chǎn)生了歹心，主動的交易販賣到偷盜都使許多優(yōu)秀的古建筑構(gòu)件殘缺不全。而且傳統(tǒng)的古建筑繪制保存技術(shù)難度較大，保存不當具有較大的損壞風險。

2 數(shù)字化保存在古建筑構(gòu)件保存中的應(yīng)用

2.1 傳統(tǒng)古建筑保存手段的發(fā)展

圖2 梁思成手繪山西佛光寺大殿

圖3 古構(gòu)件數(shù)字化建模成果

20 世紀中后期，人們已經(jīng)從傳統(tǒng)的手繪記錄保存（見圖2）到利用攝影技術(shù)來記錄古建筑的信息，但是攝影等資料將受到各種因素影響難以保存，同時受制于圖像拍攝技術(shù)角度等問題，拍攝結(jié)果對比現(xiàn)實中古建筑將會出現(xiàn)局部失真等問題，難以長期采用。隨著信息化革命的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)使古建筑構(gòu)件的保存又開啟了新的征程，三維建模技術(shù)的發(fā)展將古建筑數(shù)字化保存推進了一個新的臺階。

2.2 古建筑點云技術(shù)分析建成三維模型

利用圖像的建模與繪制技術(shù)生成三維模型，但即使是最先進的三維激光掃描技術(shù)，結(jié)合復(fù)雜的古建筑結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)掃描漏洞。因此需要對一些古建筑構(gòu)件的尺寸參數(shù)進行參考修復(fù)，使其達到一種完整且現(xiàn)實的形態(tài)，達到真實化保存的目的[4]。在這一個過程中，通過研究古建筑構(gòu)件三維建模的共性特點，結(jié)合提煉其空間三維點云結(jié)構(gòu)和計算機數(shù)據(jù)研究得出新型算法，使得原先緩慢的建模過程通過提煉的算法變得更加便捷、迅速，大大提高建模的工作效率，便于對于古建筑的保存。

通過這種數(shù)字化的保存形式，給古建筑的保護提供了便利，相較于原始的保存形式，數(shù)字化保存技術(shù)可以結(jié)合其他的數(shù)據(jù)測量技術(shù)，將古建筑構(gòu)件數(shù)據(jù)形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析[5]，可以為已經(jīng)遭到破壞的喪失局部的古構(gòu)件提供數(shù)據(jù)，幫助進行古建筑復(fù)原。古構(gòu)件數(shù)字化建模成果如圖3 所示。

2.3 古構(gòu)件數(shù)據(jù)云平臺的建成及分析

圖4 團隊古構(gòu)件數(shù)字化云平臺

對于大量采集的古建筑構(gòu)件數(shù)據(jù)，結(jié)合計算機數(shù)據(jù)建立一個構(gòu)件數(shù)據(jù)的云平臺（見圖4）。通過云平臺的建設(shè)，可以更加簡便地完成古構(gòu)件的快速建模，計算機通過研究古構(gòu)建的三維點云數(shù)據(jù)特點，得出古建筑構(gòu)件三維建模的共同之處，通過深入研究得出新的算法，使得古建筑構(gòu)件能快速完成建模，數(shù)據(jù)采集與構(gòu)件成模兩個過程分離，使得古建筑構(gòu)件數(shù)據(jù)的采集效率大大提升。云平臺的數(shù)據(jù)庫可在短時間內(nèi)積累大數(shù)據(jù)，為后期古建筑多項應(yīng)用提供幫助。

3 古構(gòu)件數(shù)字化保存在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用

新開發(fā)的古建筑建模技術(shù)擁有速度快、精度高、效率高、成本低等特點，因此適合在古建筑數(shù)字化保存領(lǐng)域大面積推廣應(yīng)用。近年來，各類云計算的成熟、各類云平臺的出現(xiàn)，使古建筑數(shù)字化在這個領(lǐng)域開始嶄露頭角，通過拍攝各類古建筑構(gòu)件后到進行模型建設(shè)完成，本地數(shù)據(jù)庫生成是一個局部開放狀態(tài)。通過結(jié)合共享云平臺使“古建筑構(gòu)件數(shù)字化博物館”成為可能。數(shù)據(jù)可以長久保存下去且不受破壞，同時云端的數(shù)據(jù)可以為傳統(tǒng)古建筑研究做出科學的數(shù)據(jù)貢獻，也為廣大人民群眾實現(xiàn)了在家就可以“逛”博物館的可能性，使更多人可以了解古建筑文化，加入古建筑文物保護行列。