基于計(jì)算機(jī)三維技術(shù)黔西北民族特色建筑數(shù)字化應(yīng)用研究

金先念，李榮錦，何美，范茜

摘要：文章旨在研究黔西北民族特色建筑數(shù)字化應(yīng)用，通過采集黔西北民族特色建筑各項(xiàng)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)三維技術(shù)把真實(shí)建筑實(shí)體轉(zhuǎn)換成可以在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)中傳播的虛擬實(shí)體。利用3DS MAX、VRay渲染器等軟件，制作帶有實(shí)體建筑信息的數(shù)字化作品，目的是通過數(shù)字化手段高效、安全、長期存儲(chǔ)和記錄黔西北民族建筑文化元素，保護(hù)黔西北民族特色建筑文化遺產(chǎn)。此外，黔西北民族建筑數(shù)字化作品通過網(wǎng)絡(luò)傳播可以促進(jìn)地方特色線上旅游開發(fā)，促進(jìn)地方民族特色動(dòng)漫、游戲等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)民族文化起到一定的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：特色民族建筑；數(shù)字化；三維技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）35-0093-03

三維技術(shù)是相對(duì)于二維而言的，運(yùn)用三維通過在平面二維坐標(biāo)系中加入一個(gè)方向向量，構(gòu)成空間坐標(biāo)系的三維技術(shù)， 使圖片或影像看起來有立體感的圖像處理和制作的技術(shù)[1]。開發(fā)人員對(duì)虛擬空間中的模型、材質(zhì)、燈光進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)一系列計(jì)算實(shí)現(xiàn)類似于真實(shí)世界的三維場景。在虛擬世界中，它能逼真地展示現(xiàn)實(shí)世界的一切場景，給人一種置身于真實(shí)世界的感覺。

民族特色建筑數(shù)字化是把現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)建筑實(shí)體，通過特定方式轉(zhuǎn)換成可以在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)字信息。將現(xiàn)實(shí)中真實(shí)的建筑實(shí)體通過三維技術(shù)方式，構(gòu)建出一樣的虛擬模型，最終在計(jì)算機(jī)中通過效果圖或者三維模型等方式呈現(xiàn)。數(shù)字化數(shù)據(jù)保存一般存儲(chǔ)在電腦硬盤上，可以重復(fù)拷貝、也可以網(wǎng)絡(luò)傳播，保存、傳輸?shù)?，非常方便。例如?shù)字博物館是以圖片、視頻、虛擬模型等方式保存文物信息。

1 民族特色建筑數(shù)字化意義

黔西北地區(qū)，歷史悠久，文化豐富。轄區(qū)內(nèi)有彝族、苗族、回族、白族、布依族、蒙古族和仡佬族等少數(shù)民族，少數(shù)民族獨(dú)特的生活習(xí)慣和居住方式，促使了各民族不同的居住風(fēng)格，尤其是彝族。為此主要以黔西北彝族特色建筑數(shù)字化應(yīng)用為例進(jìn)行研究。

黔西北地區(qū)彝族特色建筑獨(dú)具風(fēng)格，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其中以畢節(jié)市七星關(guān)大屯土司莊園，大方宣慰府，織金財(cái)神廟等最為典型。如大屯土司莊園的最大特點(diǎn)是：在柱礎(chǔ)、欄板、望柱、月梁、門板、門斗、山墻等部位上， 均雕刻或繪畫有眾多的虎頭紋[2]。大屯土司莊園建筑有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，豐富的圖案，它們代表著地方少數(shù)民族的歷史和土司文化曾經(jīng)的輝煌。在歷史長河中，像土司莊園這類建筑經(jīng)過歲月的洗禮，風(fēng)雨侵蝕，自然災(zāi)害等影響，已經(jīng)產(chǎn)生不小改變（圖1）。不管是大屯土司、宣慰府、還是財(cái)神廟，都是經(jīng)過長期維護(hù)和多次翻修，很多文化建筑都不再是最原始的樣貌。由于火災(zāi)、水災(zāi)、地震等自然災(zāi)害，且保護(hù)措施不盡完善，人為破壞及自然老化，這類特色的民族建筑正在遭受一步一步吞噬。為了使土司莊園這類具有文化傳承價(jià)值的民族特色建筑文物廣為流傳，需要不斷地修繕保護(hù)。隨著技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，如今可以利用計(jì)算機(jī)三維技術(shù)對(duì)特色民族建筑進(jìn)行數(shù)字化，有效記錄和保護(hù)文物原始信息，就算因不可抗拒原因損毀，也能通過數(shù)字化數(shù)據(jù)繼續(xù)流傳，這對(duì)傳承和保護(hù)地方民族特色建筑文化遺產(chǎn)日漸重要，并且是行之有效的方法，相對(duì)于文字記錄，手繪平面圖紙等對(duì)建筑遺產(chǎn)的記錄更直觀更真實(shí)。隨著社會(huì)發(fā)展，VR虛擬技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，還可以把原本消失的民族特色建筑通過現(xiàn)代技術(shù)展示在人們面前，通過網(wǎng)絡(luò)渠道進(jìn)行傳播，為更多人了解學(xué)習(xí)和研究提供參考價(jià)值。數(shù)字化在保護(hù)民族特色建筑的空間、時(shí)間、結(jié)構(gòu)、色彩等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。

2 民族特色建筑數(shù)字化基本原則和方法

2.1民族特色建筑數(shù)字化要遵循真實(shí)性、完整性原則

利用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行數(shù)字修復(fù)和還原，始終要注意真實(shí)性和完整性，無論是建筑地形位置、建筑尺寸、建筑結(jié)構(gòu)、建筑風(fēng)格、建筑材質(zhì)、建筑顏色還是特殊花紋，都應(yīng)該進(jìn)行完整的數(shù)字化呈現(xiàn)。除此之外，還要掌握民族特色建筑的民族特性、歷史經(jīng)過、文化特征、發(fā)展過程等信息，才能對(duì)民族特色建筑精準(zhǔn)掌握，有效記錄文化遺產(chǎn)的完整信息，對(duì)保護(hù)文化遺產(chǎn)有重要的意義。

2.2民族特色建筑數(shù)字化要遵循可迭代更新的原則

目前現(xiàn)存的實(shí)際民族建筑（例如大屯土司莊園、大方宣慰府等）都是后期修繕過的建筑，在建筑結(jié)構(gòu)和材質(zhì)方面與最原始建筑有一定的區(qū)別。需要大量的時(shí)間和精力查閱相應(yīng)的數(shù)據(jù)和材料，進(jìn)一步對(duì)數(shù)字化模型修改迭代，不斷完善更新數(shù)字模型，使之更加真實(shí)和完整，更加接近建筑原本的樣貌。如果能按時(shí)間建立模型庫，則對(duì)民族文化研究意義更有意義。

2.3民族特色建筑數(shù)字化要遵循復(fù)用的原則

民族特色建筑數(shù)字化模型可以作為素材提供給互聯(lián)網(wǎng)廣大創(chuàng)作者，大量民族特色建筑數(shù)字化模型為相關(guān)延伸拓展產(chǎn)品開發(fā)提供素材基礎(chǔ)，如為地方民族特色的VR游戲產(chǎn)品開發(fā)、為地方民族特色線上虛擬旅游開發(fā)、為地方特色民族線上虛擬博物館開發(fā)等提供素材元素，為此可豐富民族特色產(chǎn)品類型和范圍，為推廣特色民族建筑文化具有重要的意義。

3 民族特色建筑數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過程

利用計(jì)算機(jī)三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)民族特色建筑數(shù)字化方面有多個(gè)工具可以使用，常用的有3DS MAX，Maya，zbrush，sketchup等。3DS MAX具有強(qiáng)大的建模功能，并且有豐富的插件，特別是VRAY渲染器支持，在室內(nèi)外設(shè)計(jì)、園林設(shè)計(jì)等方面有大量的使用者。本文主要是使用3DS MAX作為三維模型制作工具，它是基于PC系統(tǒng)的3D建模渲染和制作軟件，符合應(yīng)用研究需要。民族特色建筑數(shù)字化實(shí)施流程為實(shí)地測量→CAD繪制平面圖紙→制作三維模型→材質(zhì)燈光→渲染輸出。

實(shí)地測量為獲得最初的數(shù)據(jù)，結(jié)合研究文獻(xiàn)及圖書記錄獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)繪制二維平面CAD圖形，利用CAD圖形對(duì)模型進(jìn)行制作，獲得直觀的三維數(shù)字模型，再結(jié)合建筑顏色、材質(zhì)等最終渲染帶有豐富信息的數(shù)字化成品文件。

現(xiàn)以財(cái)神廟建筑模型為例，討論民族特色建筑模型實(shí)現(xiàn)過程。財(cái)神廟位于城中部，始建于清朝初年，現(xiàn)存建筑是乾隆四十八年（1783）年重建的，距今已二百余年。財(cái)神廟為木結(jié)構(gòu)閣樓建筑，底層平面為凸字形，五開間，通面寬20.72米，總進(jìn)深為15.48米，總高14.5米，二層以上四面逐層內(nèi)收，呈寶塔狀。正角梁起翹平緩，伸出1.10米，極富明代建筑風(fēng)格[4]。根據(jù)測量數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)獲得平面圖（如圖2），立面圖。

依據(jù)繪制CAD平面圖和立面圖，參考建筑照片，繪制出數(shù)字化財(cái)神廟樣貌模型（見圖3）。

繪制方式步驟如下：

1）首先，利用3DS MAX軟件導(dǎo)入CAD平面圖，利用平面圖作為參考對(duì)象進(jìn)行3D模型制作。對(duì)于簡單造型，可以選用基本體建模，二維線條添加修改器等方式進(jìn)行修改變換實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜造型可以多邊形建模、曲面建模進(jìn)行制作實(shí)現(xiàn)。古建筑模型制作難度最高的要數(shù)局部花紋造型，例如財(cái)神廟門上花紋造型模型（如圖4），這需要細(xì)心布線、精心雕琢。

2）其次是材質(zhì)燈光，在制作過程中，材質(zhì)燈光直接影響著模型的外觀效果，對(duì)于這類古建筑模型制作，通常都是以寫實(shí)手法。在門窗、柱子、墻壁等都會(huì)用到做舊處理，這會(huì)讓模型更加接近建筑真實(shí)外觀效果。針對(duì)翼角、門窗花紋等復(fù)雜造型，采用模型雕刻再上材質(zhì)，不適用貼圖展示。

3）最后渲染保存，模型可以通過圖片方式進(jìn)行輸出，也可以選用視頻方式進(jìn)行輸出。為了展示模型細(xì)節(jié)，可以針對(duì)模型不同地方進(jìn)行單獨(dú)渲染。當(dāng)然，還可以把通過軟件烘焙后導(dǎo)入U(xiǎn)nity等軟件，做成可以交互的VR作品。

4 民族特色建筑三維數(shù)字化的應(yīng)用

民族特色建筑數(shù)字化可以起到文化遺產(chǎn)保護(hù)的作用，起到文化傳承和弘揚(yáng)的作用，民族建筑數(shù)字化作品通過網(wǎng)絡(luò)傳播，可以促進(jìn)地方特色線上旅游資源開發(fā)，促進(jìn)地方民族特色動(dòng)漫、游戲產(chǎn)品的創(chuàng)作，對(duì)發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)民族文化起到一定的推動(dòng)作用，民族特色建筑數(shù)字化作品結(jié)合VR技術(shù)，可以開發(fā)計(jì)算機(jī)類、建筑類等專業(yè)教學(xué)資源，有助于民族特色建筑的研究。民族特色建筑數(shù)字化具有下列作用：

4.1文化遺產(chǎn)保護(hù)作用

民族特色建筑數(shù)字化可以起到文化遺產(chǎn)保護(hù)的作為。通過數(shù)字化手段高效、安全、長期記錄和存儲(chǔ)民族建筑文化元素信息，有效保護(hù)黔西北民族特色建筑文化遺產(chǎn)。民族建筑數(shù)字化文件可以長期保存、多地保存、拷貝復(fù)用、網(wǎng)絡(luò)展示，數(shù)字化保護(hù)方式相對(duì)于長久維修保養(yǎng)具有維護(hù)成本低、安全性高、交流容易、易被大眾所熟知等優(yōu)點(diǎn)。

4.2文化傳承和弘揚(yáng)作用

通過計(jì)算機(jī)三維技術(shù)，可對(duì)已磨損建筑文物進(jìn)行虛擬修復(fù)還原，借助 VR技術(shù)對(duì)文物進(jìn)行跨時(shí)空展示，讓參觀者穿越時(shí)空感受不一樣的時(shí)代建筑。借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行文物的管理和保護(hù)，開發(fā)例如數(shù)字博物館等產(chǎn)品，能有效提升文物展示的效果，讓更多人走進(jìn)博物館，了解文物所承載的精神和文明內(nèi)涵，促進(jìn)文化的傳承和弘揚(yáng)[5]。

4.3有助于民族特色建筑的研究

在古建筑工程技術(shù)等專業(yè)教學(xué)過程中，為了直觀地讓學(xué)生了解各種建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)合VR技術(shù)，數(shù)字化的民族特色模型就有了重要的意義。它可以隨意拆解，可以從不同角度觀看，可以通過記錄數(shù)據(jù)信息了解建筑文化背景等知識(shí)。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)中，可以讓學(xué)生參考模型進(jìn)行建模能力學(xué)習(xí)和鍛煉，從而提升計(jì)算機(jī)操作應(yīng)用能力，提升學(xué)生空間感和視覺感受能力。除此之外，還可以為很多相關(guān)專業(yè)的教學(xué)或者學(xué)習(xí)提供模型素材作用。

4.4促進(jìn)線上旅游資源的開發(fā)

對(duì)于大屯土司莊園、織金財(cái)神廟等這種建筑相對(duì)范圍較小，周邊產(chǎn)業(yè)不成熟，重金打造旅游景點(diǎn)性價(jià)比相對(duì)較低，參觀人數(shù)和了解熱度一直不高，民族特色建筑文化價(jià)值未能得到體現(xiàn)，且疫情之下，很多旅游景點(diǎn)只能暫時(shí)停業(yè)，也不合適出行旅游。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)是人們連接外界的重要工具，這是線上旅游開發(fā)的最好時(shí)機(jī)。為此，若能將民族特色建筑通過數(shù)字化技術(shù)，將其傳播到網(wǎng)絡(luò)上，不但能滿足人們旅游、參觀等愿望，而且還會(huì)獲得更多人的關(guān)注和了解，有助于民族文化的推廣和傳承。

4.5促進(jìn)地方特色動(dòng)漫影視、游戲作品開發(fā)

《奢香夫人》電視劇的拍攝，塑造了大方縣的文化旅游形象，“古彝圣地，奢香故里”的文化品牌深入人心[6]。在動(dòng)漫和游戲領(lǐng)域，基于地方民族特色文化動(dòng)漫影視，游戲作品非常少，在這方面具有很大的潛力，若能基于民族特色建筑模型，開發(fā)民族特色的影視動(dòng)漫作品，通過網(wǎng)絡(luò)傳播在一定程度上可以促進(jìn)和塑造地方特色文化旅游形象，打造類似“古彝圣地，奢香故里”文化品牌也未嘗不可。

5 結(jié)束語

民族建筑特色建筑數(shù)字化有助于民族特色建筑文化遺產(chǎn)的保護(hù)，有助于民族特色建筑文化研究，有助于民族特色建筑文化宣傳。目前還需要大量的民族特色建筑沒有被人們知曉和了解，若要將這些特色建筑數(shù)字化，還需很長的路要走，需要廣大研究者和技術(shù)人員不斷努力奮斗。通過將數(shù)字化民族特色建筑上傳至互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行傳播，將會(huì)使越來越多人的關(guān)注、學(xué)習(xí)、了解和弘揚(yáng)特色民族文化。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，這些特色建筑數(shù)字化將會(huì)變得更加容易、更加真實(shí)、更加完整。

參考文獻(xiàn)：

[1] 夏蕾.三維技術(shù)的分類及應(yīng)用[J].硅谷，2014，7（15）：121-122.

[2] 吳正光.大屯彝族土司莊園[J].貴州文史叢刊，2004（3）：81-82.

[3] 一編.大屯土司莊園[J].畢節(jié)師專學(xué)報(bào)，1995，13（4）：2.

[4] 黃浩.貴州織金縣財(cái)神廟木構(gòu)樓閣平移工程施工簡介[J].古建園林技術(shù)，1993（3）：69-71.

[5] 趙青山，楊麗梅，楊瑞璟.淺談博物館文物的數(shù)字化保護(hù)與管理[J].文物鑒定與鑒賞，2020（23）：134-136.

[6] 朱梅梅，張曉瑾.電視劇《奢香夫人》影視文旅融合之創(chuàng)新范式建構(gòu)[J].電影評(píng)介，2021（14）：83-87.

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