Lumion技術(shù)在古建筑結(jié)構(gòu)保護(hù)中的應(yīng)用技術(shù)分析

陶暉

摘 要：古建筑是人類不同文明階段的遺產(chǎn)，見(jiàn)證了人類從農(nóng)業(yè)文明到工業(yè)文明的歷史，但城市化的快速推進(jìn)導(dǎo)致越來(lái)越多的文物古建筑在自然侵蝕和現(xiàn)代建筑的開(kāi)發(fā)過(guò)程中逐漸消亡。興隆山握橋記錄了蘭州發(fā)展的歷史，代表了特定階段的社會(huì)文化，對(duì)研究地域文化具有重要意義。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)于文物古建筑保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，保護(hù)管理工作的不懈推進(jìn)，文物古建筑的科學(xué)保護(hù)成效顯著。但是，古建筑保護(hù)目前較多使用國(guó)有專項(xiàng)資金，且資金撥付進(jìn)度緩慢，這與古建筑保護(hù)工作的及時(shí)性自相矛盾。因此，研究借助數(shù)字信息化手段，降低保護(hù)成本，科學(xué)、及時(shí)地對(duì)文物古建筑實(shí)施保護(hù)是一種可行的策略。而且，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用深入，以Lumion平臺(tái)對(duì)文物古建筑進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、構(gòu)建可視化場(chǎng)景和全景圖像輸出等數(shù)字化模擬研究成為發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān) 鍵 詞： Lumion平臺(tái);虛擬技術(shù);文物古建筑保護(hù);三維可視化;全景圖像

古建筑是民族傳統(tǒng)歷史文化的重要組成部分，隨著社會(huì)發(fā)展，各地對(duì)歷史古跡、文物建筑的保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)。但是，古建筑在自然生態(tài)環(huán)境等外部環(huán)境的侵蝕作用下病害日益增多，很多古建筑因風(fēng)雨侵蝕而失去了原有風(fēng)貌。國(guó)內(nèi)現(xiàn)存古建筑相對(duì)零散且遍布全國(guó)，種類和形式繁多，由于勘察條件受限和保護(hù)資料缺失，使得從事文物古建筑保護(hù)和研究人員的工作難度極大。為了解決這一問(wèn)題，利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)文物古建筑的原有結(jié)構(gòu)形式實(shí)施再現(xiàn)，在減少對(duì)建筑本體的影響，減少時(shí)限和地域限制方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]?；贚umion的三維可視化技術(shù)，可以很好再現(xiàn)古建筑原有結(jié)構(gòu)，傳達(dá)建筑的三維信息，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互。以Lumion平臺(tái)對(duì)古建筑進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、構(gòu)建可視化場(chǎng)景和全景圖像輸出，為古建筑結(jié)構(gòu)保護(hù)提供參考。

一、古建筑保護(hù)的意義和現(xiàn)狀

古建筑代表了民族文化的根基，是國(guó)家精神文明傳承的載體，見(jiàn)證了民族延綿數(shù)千年的璀璨文化。古建筑保護(hù)方面棘手問(wèn)題較多，諸如：現(xiàn)代城市改造、建設(shè)過(guò)程中對(duì)其產(chǎn)生的毀滅性破壞;專項(xiàng)保護(hù)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足;文物古建筑所在地地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)等[2]。盡管部分古建筑保護(hù)納入了政府專項(xiàng)保護(hù)規(guī)劃中，但是，保護(hù)效果良莠不齊。本文所述興隆山握橋（如圖1所示）位于甘肅省蘭州市榆中縣，為當(dāng)?shù)氐湫偷臉蛄航ㄖ瑯蛏碇黧w為巨木原料，由兩岸向河心錯(cuò)落前伸，層層遞出，節(jié)節(jié)相銜，呈穹窿之弓，20世紀(jì)80年代修繕時(shí)為提升其承載能力，將原伸臂梁改為鋼筋混凝土拱券（如圖2所示），致使原結(jié)構(gòu)形式在蘭州地區(qū)消失。

傳統(tǒng)保護(hù)方法恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)由于資金使用量大且將大量破壞現(xiàn)有上部結(jié)構(gòu)不可取，故采用數(shù)字技術(shù)對(duì)握橋進(jìn)行原有結(jié)構(gòu)重現(xiàn)。此舉將促使古建筑文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)古建筑保護(hù)形式多樣化的推進(jìn)具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

二、文物建筑結(jié)構(gòu)的保護(hù)策略

目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)文物古建筑的保護(hù)模式是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物勘察測(cè)繪獲得最初數(shù)據(jù)，后期借助CAD、PS等制圖軟件進(jìn)行圖紙繪制，標(biāo)注病害部位，制定修繕措施，方案通過(guò)專家論證之后由設(shè)計(jì)單位出具施工圖指導(dǎo)后期施工。單從病害處理來(lái)看，上述模式尚可，若要對(duì)文物古建筑原有結(jié)構(gòu)重現(xiàn)，該模式下采取的傳統(tǒng)二維圖紙[3-4]不僅呈現(xiàn)效果比較古板，不夠形象，而且在后期施工過(guò)程中人力、物力及財(cái)力的耗用量均太大。然而，隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，三維信息存儲(chǔ)與表達(dá)越來(lái)越豐富，上述古建筑結(jié)構(gòu)再現(xiàn)即可采用三維激光掃描技術(shù)和手工測(cè)繪相結(jié)合的方式，將獲取的測(cè)繪數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維建模，構(gòu)建可視化場(chǎng)景并進(jìn)行全景圖像輸出，供大家以第一人稱視角親身體驗(yàn)文物古建筑的真實(shí)風(fēng)貌，從而以一種全新的保護(hù)方式來(lái)保護(hù)文物古建筑原有結(jié)構(gòu)。

三、基于Lumion技術(shù)虛擬再現(xiàn)文物古建筑原有結(jié)構(gòu)

Lumion軟件是荷蘭Act-3D 公司開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)3D可視化軟件，可用于三維動(dòng)畫和靜幀作品，可適用于建筑、城市規(guī)劃、園林景觀設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。其借助GPU渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)3D場(chǎng)景的實(shí)時(shí)編輯，并實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景塑造、渲染與全景圖像輸出。Lumion軟件在古建筑結(jié)構(gòu)可視化制作的進(jìn)程中具有如下優(yōu)勢(shì)：

可視化模型制作效率高、輸出畫質(zhì)清晰。Lumion 軟件可以實(shí)現(xiàn)與用戶實(shí)時(shí)交互，這種工作模式極大方便了用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，且操作性極強(qiáng)。Act-3D 公司為L(zhǎng)umion軟件建立了完備地形要素和模型庫(kù)，復(fù)雜地形修改的控制命令操作簡(jiǎn)潔、方便。

在Lumion庫(kù)中嵌入高質(zhì)量對(duì)象和逼真材質(zhì)構(gòu)建精細(xì)場(chǎng)景從而使保護(hù)人員可以充分利用Lumion軟件對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)推敲和修改，并且該軟件充分考慮了兼容性問(wèn)題，主流可視化軟件接口豐富，兼容多種系統(tǒng)平臺(tái)，方便用戶使用。在利用Lumion軟件處理數(shù)據(jù)之前，先利用CAD處理所有的圖層數(shù)據(jù)，如地貌特征、建筑形體尺寸等，再利用Sketchup識(shí)別CAD數(shù)值特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，將CAD模型中的z軸值轉(zhuǎn)換成連續(xù)面，從而獲得古建筑外形輪廓，最終采用Lumion軟件作為古建筑原有結(jié)構(gòu)再現(xiàn)的展示平臺(tái)。該方法的操作性和實(shí)用性良好，尤其是處理CAD的Z軸值，基于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)和虛擬場(chǎng)景建模，通過(guò)修正有效改善古建筑數(shù)字化立體場(chǎng)景的還原度和真實(shí)度?；贚umion平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)與古建筑虛擬場(chǎng)景交互，可以分析、觀察古建筑的結(jié)構(gòu)，還可通過(guò)歷史資料對(duì)古建筑虛擬模型進(jìn)行再次編輯，并制作靜態(tài)圖和動(dòng)畫，如圖3為興隆山握橋模型立面。

四、結(jié)語(yǔ)

鑒于人力、財(cái)力等客觀因素在興隆山握橋原有結(jié)構(gòu)再現(xiàn)過(guò)程中的制約，研究運(yùn)用Lumion 軟件可視化技術(shù)展現(xiàn)文物古建筑原有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高相關(guān)技術(shù)人員對(duì)文物古建筑保護(hù)工作的效率，提升文物古建筑藝術(shù)價(jià)值與文化價(jià)值，促進(jìn)設(shè)計(jì)人員操作能力與知識(shí)水平的拓展，其發(fā)揮了積極且重要的作用，為國(guó)內(nèi)文物古建筑原有結(jié)構(gòu)數(shù)字化再現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展提供了一定的參考價(jià)值。

基金項(xiàng)目：本文是2020年度甘肅省高等學(xué)校創(chuàng)新基金項(xiàng)目《興隆山握橋文物數(shù)字化修復(fù)與虛擬再現(xiàn)技術(shù)研究》（項(xiàng)目編號(hào)：2020A-234）。

參考文獻(xiàn)：

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