江南古典園林文化遺產(chǎn)數(shù)字化開發(fā)研究*
——以網(wǎng)師園數(shù)字展示平臺(tái)設(shè)計(jì)為例

任 菲

（蘇州工業(yè)園區(qū)服務(wù)外包職業(yè)學(xué)院,江蘇蘇州 215123）

一、文化遺產(chǎn)數(shù)字化現(xiàn)狀

文化遺產(chǎn)作為一個(gè)國(guó)家和民族文明的象征，對(duì)文化遺產(chǎn)的傳承保護(hù)和利用發(fā)展一直是各國(guó)文化建設(shè)的重要課題。聯(lián)合國(guó)教科文組織在1972年通過的《保護(hù)世界自然和文化遺產(chǎn)公約》中對(duì)文化遺產(chǎn)作出定義，指從歷史、藝術(shù)和科學(xué)角度來看人類創(chuàng)造并遺存下來的具有突出的普遍價(jià)值的建筑式樣、人類工程、考古遺址等。隨著大數(shù)據(jù)、5G應(yīng)用、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化建模、虛擬仿真、數(shù)字孿生等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于世界文化遺產(chǎn)保護(hù)、開發(fā)與利用領(lǐng)域。

文化遺產(chǎn)數(shù)字化指利用當(dāng)代測(cè)繪遙感和計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以數(shù)字化的方式將文化遺產(chǎn)的全部動(dòng)產(chǎn)和不動(dòng)產(chǎn)數(shù)據(jù)真實(shí)地、完整地存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字存檔，供保護(hù)、修復(fù)、復(fù)原及考古研究和文化交流使用。1992年聯(lián)合國(guó)教科文組織啟動(dòng)“世界記憶”項(xiàng)目，在世界范圍內(nèi)推動(dòng)文化遺產(chǎn)數(shù)字化，讓社會(huì)公眾公平地享有世界遺產(chǎn)的信息資源。近三十年來，各國(guó)在數(shù)字化建筑遺跡、數(shù)字化博物館、美術(shù)館、圖書館等數(shù)字工程中都邁出不同的探索步伐，取得許多可借鑒共享的成果。如：法國(guó)奧塞美術(shù)館的藏品數(shù)字化工程；英國(guó)古建筑《蘇格蘭十大世界文化遺產(chǎn)》數(shù)字仿真虛擬項(xiàng)目；美國(guó)開展的消失文化遺產(chǎn)再現(xiàn)項(xiàng)目虛擬龐貝古城。2013年由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院主導(dǎo)的“威尼斯時(shí)光機(jī)”項(xiàng)目，通過可視化形式為威尼斯及其歷史發(fā)展構(gòu)建一個(gè)多維度模型，向公眾展現(xiàn)1000年以來這座城市的歷史變遷與文化發(fā)展。目前，文化遺產(chǎn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化形態(tài)已成為一種文化遺產(chǎn)保護(hù)的世界潮流。據(jù)美國(guó)國(guó)家人文基金會(huì)最新研究成果表示未來文化遺產(chǎn)的數(shù)字化再現(xiàn)與傳播將從以文化遺產(chǎn)素材的簡(jiǎn)單數(shù)字化向開發(fā)注重使用者體驗(yàn)、自由化交互欣賞、具有研究比較和教學(xué)功能的高精度數(shù)字工具方向發(fā)展。

我國(guó)文化遺產(chǎn)數(shù)字化研究始于20世紀(jì)90年代。1998年敦煌研究院?jiǎn)?dòng)“數(shù)字化敦煌壁畫合作研究”項(xiàng)目，開發(fā)了莫高窟壁畫虛擬漫游展示系統(tǒng)；2002年清華大學(xué)建筑學(xué)院?jiǎn)?dòng)虛擬圓明園項(xiàng)目，用時(shí)15年，復(fù)原2000座數(shù)字建筑模型，120組不同歷史時(shí)期時(shí)空?qǐng)鼍啊Ｔ擁?xiàng)目為我國(guó)在消失文化遺跡的數(shù)字化再現(xiàn)研究方面奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)；2008年故宮博物院和IBM合作開發(fā)“超越時(shí)空的紫禁城”，用戶通過網(wǎng)絡(luò)即可游覽觀看3D虛擬的宮殿建筑和歷史文物，化身角色扮演即可沉浸于故宮文化的情境體驗(yàn)中；在“數(shù)字故宮”建設(shè)的基礎(chǔ)上，2014年故宮博物院又啟動(dòng)“故宮書畫的全媒體傳播策略和關(guān)鍵技術(shù)研究”，成為我國(guó)文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示與傳播研究實(shí)踐方向的一次重大飛躍。該項(xiàng)目有意識(shí)的注重文化遺產(chǎn)傳播內(nèi)容和數(shù)字化呈現(xiàn)形式的深層設(shè)計(jì)，通過打造故宮全媒體傳播體系，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)文化與時(shí)代氣息的有效融合。

文化遺產(chǎn)資源數(shù)字化建設(shè)及開發(fā)利用水平的高低，標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家和民族文化發(fā)展水平的先進(jìn)程度。當(dāng)前我國(guó)文化遺產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)多數(shù)集中于數(shù)字化修復(fù)、建模、仿真、虛擬等技術(shù)層面。強(qiáng)調(diào)對(duì)文化遺產(chǎn)資源的信息復(fù)制和保存，而在遺產(chǎn)資源的數(shù)字化開發(fā)重構(gòu)和關(guān)聯(lián)內(nèi)容的深層設(shè)計(jì)、文化展示傳播方面投入力度還不夠?！爸丶夹g(shù)輕文化”“重形式輕功能”的現(xiàn)象，導(dǎo)致文化遺產(chǎn)資源數(shù)字化的文化內(nèi)容在當(dāng)代展示傳播中承載有限。我們要清楚地認(rèn)識(shí)到文化遺產(chǎn)數(shù)字資源是重要的信息資源，數(shù)字化作為當(dāng)前文化遺產(chǎn)保護(hù)的一種重要手段，但并非最終的目標(biāo)。文化遺產(chǎn)保護(hù)始于數(shù)字化，但其發(fā)展在于傳承與傳播，而其命脈更在于信息資源的創(chuàng)新與利用。

二、古典園林文化遺產(chǎn)數(shù)字化開發(fā)應(yīng)用的必要性與意義

（一）保護(hù)江南歷史遺存，重構(gòu)江南文化記憶的基礎(chǔ)

作為古代社會(huì)歷史文化信息的載體，江南園林為我國(guó)明清時(shí)期江南地區(qū)歷史文化和科學(xué)技術(shù)的研究提供極其重要的實(shí)物資料。江南園林志中記載“吾國(guó)凡有富宦大賈文人之地，殆皆私家園林之所薈萃，而其多半精華，實(shí)聚于江南一隅”。江南古典園林主要指位于江蘇南部、浙江北部地區(qū)，現(xiàn)存實(shí)例較多的古代私家文人宅園。江南園林孕育在獨(dú)特的地域文化背景下，造園者借江南地理特點(diǎn)因水就勢(shì)，在城市住宅旁的有限空間內(nèi)，通過疊山理水，栽植花木，建筑營(yíng)造，創(chuàng)造出具有詩情畫意的文人山水園林。但是隨著風(fēng)雨侵蝕等自然因素以及過度旅游開發(fā)等人為因素的影響，當(dāng)下園林文化遺產(chǎn)正在不同程度上遭遇著破壞。將園林文化遺產(chǎn)進(jìn)行高精度數(shù)字化開發(fā)應(yīng)用，既有助于園林的修繕和復(fù)原工作，同時(shí)在游園高峰時(shí)期，游客利用網(wǎng)絡(luò)不受時(shí)空限制地在園林虛擬平臺(tái)上進(jìn)行自主游覽與交互，可暫時(shí)緩解場(chǎng)地制約，從而減少超負(fù)荷游園參觀對(duì)古典園林景觀造成的潛在損害。

此外，江南古典園林作為江南文化最典型的歷史遺存，是江南地區(qū)古代物質(zhì)文明、制度文明和精神文明共同孕育的產(chǎn)物，映射著江南人的精神基因。其背后蘊(yùn)含的造園思想、審美意境、詩詞文學(xué)、工藝美術(shù)、建筑營(yíng)造等優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是一個(gè)完整的、連貫的價(jià)值思想體系，和江南地區(qū)的歷史文化、生活習(xí)俗緊密聯(lián)系。所有與古典園林遺跡、園史典故、文人趣事、營(yíng)造技藝、江南風(fēng)土相關(guān)的影像、照片、手稿、檔案等文件都存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，而正是這種錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系有助于江南文化研究者全面梳理與還原歷史的真實(shí)面貌，作為重構(gòu)明清時(shí)期江南歷史文化提供重要依據(jù)。通過數(shù)字化手段保護(hù)、開發(fā)、利用好古典園林文化資源，對(duì)“活化”園林文化內(nèi)涵，重塑古典園林文化形象，延續(xù)江南歷史文脈具有重要意義。

（二）促進(jìn)古典園林文旅深度融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)江南文化在當(dāng)代的弘揚(yáng)與傳播

推進(jìn)古典園林文化遺產(chǎn)數(shù)字化開發(fā)與應(yīng)用是歷史發(fā)展的必然，也順應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的要求。當(dāng)下，是一個(gè)以交流、互動(dòng)、分享、傳播等人性化元素為特征的社交媒體時(shí)代，文化信息符號(hào)正在大規(guī)模向視聽化、體驗(yàn)化轉(zhuǎn)化和匯聚。傳統(tǒng)“游觀”為主的古典園林旅游，通過單純的“空間移動(dòng)”，以單一信息產(chǎn)品為傳播內(nèi)容向游客傳播園林自然景觀，而園林背后的園史典故、文人趣事、營(yíng)造技藝等深層歷史文化內(nèi)涵尚未進(jìn)行展示呈現(xiàn)，相對(duì)以數(shù)字化語境為主體的文化消費(fèi)和新媒體傳播，前者顯得過于傳統(tǒng)和陳舊，對(duì)年輕人而言缺乏充足的吸引力。通過借助AR、VR等新技術(shù)對(duì)古典園林文化信息進(jìn)行數(shù)字化開發(fā)與應(yīng)用，以富有趣味性、分享性、互動(dòng)化的方式將園林獨(dú)有的歷史文化資源開發(fā)成消費(fèi)者喜愛的旅游產(chǎn)品，不但能增強(qiáng)古典園林文化遺產(chǎn)知識(shí)的影響力，還能提高游客的參與度，滿足他們?cè)诼眯兄谐两襟w驗(yàn)園林文化的消費(fèi)需求。真正意義上做到用文化豐富旅游內(nèi)涵，用旅游促進(jìn)文化繁榮，在文旅融合中實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)文化的傳承與創(chuàng)新。

三、網(wǎng)師園數(shù)字展示平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

“數(shù)字網(wǎng)師園”利用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等數(shù)字技術(shù)，通過對(duì)園內(nèi)建筑、假山池水、花木景觀、家居陳設(shè)造型進(jìn)行三維再現(xiàn)，開發(fā)一個(gè)為用戶提供集在線漫游、功能性導(dǎo)覽、知識(shí)普及、互動(dòng)為一體的古典園林?jǐn)?shù)字化展示平臺(tái)。

（一）關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality)是綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、立體顯示技術(shù)而開發(fā)的一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它能模擬人類的多種感官功能，如力覺、觸覺、嗅覺等，并生成虛擬環(huán)境，使用戶在計(jì)算機(jī)構(gòu)建的世界中獲得身臨其境的體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)具有感知性、沉浸性、交互性和構(gòu)想性等特點(diǎn)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于古典園林文化遺產(chǎn)領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)用戶跨時(shí)空沉浸式地游覽園林建筑遺產(chǎn)，深入了解其背后的歷史文化知識(shí)，通過互動(dòng)項(xiàng)目還能調(diào)動(dòng)游覽者的好奇心，增加游覽趣味，擴(kuò)大知識(shí)的傳播力度。

（二）“數(shù)字網(wǎng)師園”展示平臺(tái)設(shè)計(jì)策略

借鑒信息空間理論，“數(shù)字網(wǎng)師園”展示平臺(tái)從信息資源數(shù)字化、文化、傳播3個(gè)維度構(gòu)建文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示技術(shù)策略框架，見圖1。數(shù)字化方向即網(wǎng)師園文化遺產(chǎn)資源以何種數(shù)字形式進(jìn)行計(jì)算機(jī)保存；文化空間是通過資源關(guān)聯(lián)、聚合從文化層面對(duì)數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行深層設(shè)計(jì)；傳播空間是從用戶需求角度設(shè)計(jì)可視化的交互場(chǎng)景體驗(yàn)。

圖1 數(shù)字展示平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)策略框架圖

首先，網(wǎng)師園數(shù)字展示平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)江南地域文化特征。設(shè)計(jì)策劃人員圍繞園林遺跡、園史典故、文人趣事、營(yíng)造技藝、江南風(fēng)土等專題，梳理整合網(wǎng)師園零散的資料信息，結(jié)合當(dāng)代人的思維方式、價(jià)值觀，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)語言，借助數(shù)字化媒介形式對(duì)網(wǎng)師園文化內(nèi)涵進(jìn)行更立體化、延伸式、全景式地展示。以進(jìn)入殿春簃景區(qū)界面為例，下設(shè)四個(gè)模塊，點(diǎn)擊“名人與園”圖標(biāo)，鏈接進(jìn)入20世紀(jì)30年代張大千兄弟寓居此園時(shí)的歷史場(chǎng)景。他們將殿春簃辟作畫室，取名大風(fēng)堂，從張善孖和虎兒相撲為戲、以虎作畫的動(dòng)畫短片中，觀眾能鮮活地感受到民國(guó)時(shí)期江南文人的園居生活方式。其次，要以用戶為中心，將觀眾的真實(shí)需求融入“數(shù)字網(wǎng)師園”功能設(shè)計(jì)中。當(dāng)代公眾對(duì)園林文化遺產(chǎn)的深層次信息有著強(qiáng)烈的探索渴求，“數(shù)字網(wǎng)師園”要面向不同用戶提供多元、個(gè)性化的科普內(nèi)容，以提升園林文旅產(chǎn)品中蘊(yùn)含的知識(shí)容量。比如一些受眾對(duì)園林的建筑樣式：亭、臺(tái)、樓、閣、軒、榭、廊、舫感興趣，可以觀看古建營(yíng)造動(dòng)畫做深入學(xué)習(xí)，也可調(diào)閱香山幫匠人以殿春簃為原型建造美國(guó)大都會(huì)博物館明軒的故事。最后，“數(shù)字網(wǎng)師園”虛擬展示平臺(tái)應(yīng)調(diào)動(dòng)觀眾興趣融入趣味性強(qiáng)的交互項(xiàng)目，讓游客親自參與，在游戲體驗(yàn)中感知古典園林的造園藝術(shù)手法和“場(chǎng)所精神”。

（三）“數(shù)字網(wǎng)師園”展示平臺(tái)設(shè)計(jì)方法

1.信息數(shù)據(jù)采集與處理

全面準(zhǔn)確的網(wǎng)師園數(shù)字信息采集是后期制作的基礎(chǔ)。在對(duì)園內(nèi)建筑進(jìn)行實(shí)地調(diào)查時(shí)，采用三維激光掃描儀獲取數(shù)據(jù)。（見圖2）三維激光掃描具有數(shù)據(jù)采集全面、精度高的特點(diǎn)，它能大面積、高分辨率的快速獲取物體表面各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)、反射率、顏色信息等數(shù)據(jù)，這些密集的pointcloud數(shù)據(jù)再快速生成1：1真實(shí)比例的真彩色三維模型。此外，在現(xiàn)場(chǎng)勘察測(cè)繪獲取網(wǎng)師園各景區(qū)主要建筑、山水、花木的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過對(duì)園林歷史文獻(xiàn)資料的研讀，并結(jié)合歷史建筑圖紙的對(duì)比分析，確認(rèn)其精確程度。

圖2 ReCap Pro中掃描數(shù)據(jù)效果

其他數(shù)據(jù)資料有書籍、論文、圖紙、照片、圖片、數(shù)字圖檔、數(shù)字模型等，對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行數(shù)字化處理，便于后續(xù)存儲(chǔ)檢索和共享傳播的需要。

2.數(shù)字化建構(gòu)

（1）高精度部件建構(gòu)

網(wǎng)師園三維場(chǎng)景的數(shù)字模型分為建筑和地形場(chǎng)景、花木、家具模型四個(gè)部分。通過運(yùn)用3DMAX軟件，導(dǎo)入三維激光掃描獲取的數(shù)字信息pointcloud基礎(chǔ)上，運(yùn)用polygon建模法對(duì)園林建筑體進(jìn)行模型設(shè)計(jì)和優(yōu)化，制作LOD多級(jí)模型。（見圖3、4）

圖3 網(wǎng)師園濯纓水閣建筑模型

圖4 網(wǎng)師園三維場(chǎng)景數(shù)字模型

由于古典園林建筑結(jié)構(gòu)和營(yíng)造方式復(fù)雜，如完全依據(jù)園林客觀真實(shí)數(shù)據(jù)建模，不但會(huì)出現(xiàn)單體建筑構(gòu)件數(shù)字模型字節(jié)龐大，紋理貼圖眾多的問題,同時(shí)也可能導(dǎo)致系統(tǒng)因內(nèi)存裝載數(shù)據(jù)量過大而無法正常運(yùn)行。因此，在保證效率的前提下盡量減少場(chǎng)景模型的文件字節(jié)體量，對(duì)于各類模型結(jié)構(gòu)造型，通過高光貼圖或者法線貼圖的材質(zhì)貼圖來表現(xiàn)，對(duì)模型結(jié)構(gòu)與貼圖UV坐標(biāo)起不到作用的點(diǎn)和面一定要?jiǎng)h除它們以節(jié)省數(shù)據(jù)量。

（2）豐富而精準(zhǔn)的景觀表現(xiàn)

網(wǎng)師園素以“小巧淡雅”著稱，園內(nèi)種植的花卉奇特、清雅、別致，與山池建筑相映成趣。作為園林自然景觀的重要構(gòu)成元素之一，如何真實(shí)而精準(zhǔn)的再現(xiàn)花木空間關(guān)系和長(zhǎng)勢(shì)姿態(tài)是場(chǎng)景數(shù)字化建構(gòu)中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，在本項(xiàng)目中運(yùn)用SpeedTree Modeler模擬古柏、黑松、白皮松等古木的動(dòng)態(tài)以達(dá)到仿真視效。

此外，作為“自然寫意山水園”，網(wǎng)師園在不同時(shí)令節(jié)氣、氣象條件下有著不同的意境，需在特定季節(jié)時(shí)分進(jìn)行觀景，如秋日的“小山叢桂軒”、春末的殿春簃、冬日的“看松讀畫軒”等。為了讓用戶不受時(shí)空限制，隨時(shí)體味最佳季節(jié)下的景致，項(xiàng)目將部分景觀進(jìn)行了春、夏、秋、冬四季及朝、午、夕、晚一日景色的虛擬再現(xiàn)。

（3）藝術(shù)化處理

網(wǎng)師園三維場(chǎng)景的數(shù)字化建構(gòu)不僅要求科學(xué)精準(zhǔn)，同時(shí)還應(yīng)具備良好的視覺藝術(shù)性，在藝術(shù)化處理階段，采用Vray渲染效果、材質(zhì)運(yùn)用、法線烘焙貼圖、藝術(shù)處理等手段，達(dá)到研究和展示的目標(biāo)。例如在位于中心景觀區(qū)彩霞池南岸的“濯纓水閣”的數(shù)字建構(gòu)過程中，通過燈光和烘焙技術(shù)等藝術(shù)處理方法，使該建筑與周圍山石、樹木、水面產(chǎn)生的光影效果有機(jī)融為一體，見圖5。

圖5 網(wǎng)師園濯纓水閣3D復(fù)原效果

3.集成共享與展示

網(wǎng)師園數(shù)字化集成共享與展示平臺(tái),設(shè)置3D漫游、指定路線游覽、園林建筑營(yíng)造動(dòng)畫等多類型的虛擬展示方式（見圖6），以實(shí)現(xiàn)用戶通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)師園進(jìn)行跨時(shí)空互動(dòng)體驗(yàn)。如“曲平橋、引靜橋造型設(shè)計(jì)對(duì)比演示動(dòng)畫”，幫助使用者清晰直觀地了解古典園林造園的藝術(shù)規(guī)律。未來，平臺(tái)建設(shè)還會(huì)加入針對(duì)不同興趣方向的基于虛擬空間的信息發(fā)布、即時(shí)討論、資訊上傳等在線互動(dòng)，加強(qiáng)交流與分享，吸引社會(huì)關(guān)注和信息反饋。

圖6 網(wǎng)師園數(shù)字化集成共享與展示平臺(tái)功能圖

四、結(jié)語

江南古典園林是我國(guó)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中的瑰寶和人類共有的文化遺產(chǎn)，作為建筑文化與江南文明演進(jìn)的物化積淀，它鮮明地映射出中國(guó)人的自然觀和人生觀。隨著5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，古典園林文化遺產(chǎn)的數(shù)字化開發(fā)不單是對(duì)傳統(tǒng)園林文化資源的復(fù)制與再現(xiàn)，而是以數(shù)字時(shí)代的新思維、新方法和新手段，對(duì)古典園林文化進(jìn)行留存、解讀、重構(gòu)，賦予其新的時(shí)代內(nèi)涵和表達(dá)形式，喚醒大眾共同心理基礎(chǔ)上的民族文化認(rèn)同感，讓傳統(tǒng)的智慧成為創(chuàng)造美好新生活的靈感源泉。