數(shù)字技術(shù)跨界融合在建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)中的運(yùn)用

楊晗 鄭東

（1.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.澳門科技大學(xué)）

隨著城市化的加速和“美麗鄉(xiāng)村”、“鄉(xiāng)村振興”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，遺產(chǎn)建筑的保護(hù)也日益受到重視。但在當(dāng)下舊建筑“拆與不拆”兩種極端聲音下，仍使地方政府或居民在是要“經(jīng)濟(jì)還是遺產(chǎn)”之間搖擺。伴隨著3D掃描、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、VR、MR等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在建筑文化遺產(chǎn)領(lǐng)域也開(kāi)始掀起了一場(chǎng)以三維重建、AR遺產(chǎn)再現(xiàn)與修復(fù)展示等核心的技術(shù)革命。而AR技術(shù)的利用使得建筑文化遺產(chǎn)能得到更好的還原再現(xiàn)與傳播，能有效地推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)其資源活化利用。

數(shù)字技術(shù)是新時(shí)代技術(shù)和科學(xué)融合的發(fā)展趨勢(shì)。研究證明，數(shù)字技術(shù)在提高文化遺產(chǎn)地理位置探測(cè)的精準(zhǔn)度，擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的信息量，提升視覺(jué)展示的表現(xiàn)力，提高信息資源管理等方面均發(fā)揮重要作用。雖然學(xué)界對(duì)信息技術(shù)在建筑文化遺產(chǎn)領(lǐng)域運(yùn)用有一定的研究。但大部分都是在技術(shù)手段上保護(hù)，且少在傳承和活化上的研究；為了將建筑文化遺產(chǎn)真實(shí)的保存并傳承活化利用，本文從信息技術(shù)角度出發(fā)，以真實(shí)性、傳承性為原則。通過(guò)技術(shù)性保護(hù)達(dá)到建筑文化遺產(chǎn)的傳承與活化。

一、文化記憶：建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的意義

（一）文化遺產(chǎn)的概述

從《雅典憲章》、《威尼斯憲章》被定義為“物質(zhì)的對(duì)象”和“禁止的現(xiàn)狀”開(kāi)始接受傳統(tǒng)文化，到《保護(hù)世界自然遺產(chǎn)公約》把對(duì)象看成文化的結(jié)果；從《馬丘比丘憲章》提出在保護(hù)時(shí)繼承文化傳統(tǒng)，并使之“繼續(xù)有生命力”，其后系列文件都提出保護(hù)是建立與傳統(tǒng)的聯(lián)系作出的努力；包括他的物質(zhì)價(jià)值、人文價(jià)值、場(chǎng)所精神、以人為本等，從文化意義角度就不能把保護(hù)看成是一個(gè)靜止和純物質(zhì)的。而是建立在歷史真實(shí)性基礎(chǔ)上的延續(xù)，是建立在文化藝術(shù)基礎(chǔ)上的活化；是在認(rèn)同歷史物質(zhì)性基礎(chǔ)上的文化延續(xù)，是強(qiáng)調(diào)以人為主體性的物質(zhì)精神的延續(xù)。

我國(guó)《憲法》、《文物保護(hù)法》等歷史建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的相關(guān)法律法規(guī)，是當(dāng)前開(kāi)展建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的基本依照。在有法可依的情況下，對(duì)歷史文化的保護(hù)還原以及繼承和活化就是當(dāng)下對(duì)歷史文化事實(shí)尊重的最重要的途徑和依據(jù)。

（二）建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的現(xiàn)狀與意義

建筑文化遺產(chǎn)作為見(jiàn)證我國(guó)歷史發(fā)展各階段最直接的現(xiàn)存地面上的文化，歷史建筑能間接地反映當(dāng)時(shí)的社會(huì)發(fā)展水平，社會(huì)文明程度以及各行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平，所以具有極高的歷史研究?jī)r(jià)值。

建筑文化遺產(chǎn)是各時(shí)期建造技術(shù)在建造當(dāng)代藝術(shù)價(jià)值的反映；不同時(shí)期的歷史建筑都蘊(yùn)含著時(shí)代的文化烙印，具有時(shí)代性獨(dú)特的文化藝術(shù)價(jià)值；歷史建筑與城市發(fā)展相依共存，不僅是各個(gè)時(shí)代的烙印，更是最直接的藝術(shù)考古資料和文化旅游等軟實(shí)力的見(jiàn)證。

二、傳承記憶：建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的真實(shí)性與延續(xù)性

（一）建筑文化遺產(chǎn)的真實(shí)性

文化遺產(chǎn)的核心是“真實(shí)性”，“真實(shí)性”不僅包含物質(zhì)文化遺產(chǎn)本身的真實(shí)性，還包含相關(guān)材料、環(huán)境、工藝、人、物、事等相關(guān)構(gòu)成要素的真實(shí)性；真實(shí)性可以貫穿到物質(zhì)文化遺產(chǎn)的橫向和縱向，能真實(shí)地反映遺產(chǎn)當(dāng)時(shí)時(shí)間、社會(huì)環(huán)境、文化背景以及建造技術(shù)等等各方面。建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)要嚴(yán)格遵守“真實(shí)性”的原則才能真實(shí)的還原當(dāng)時(shí)的各種情景，這才是遺產(chǎn)保護(hù)的真正價(jià)值所在。

（二）建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的延續(xù)性

隨著全球化的發(fā)展，人類文化的互相學(xué)習(xí)和借鑒，造成人類歷史過(guò)程中形成的多樣性文化日益趨同。使得對(duì)歷史過(guò)往文化的保護(hù)與傳承就更為重要；尊重和傳承歷史文化深入人心，也是人類傳承和具有差異性的地區(qū)文化身份的重要體現(xiàn)。同時(shí)地區(qū)文化的傳承也體現(xiàn)在“場(chǎng)所精神”上，地方固有的文化價(jià)值是屬地文化自信的體現(xiàn)，也是有別其他文化的“領(lǐng)域性”文化特性，保護(hù)和傳承屬地文化對(duì)文化遺產(chǎn)特色的保護(hù)和文化延續(xù)具有重要的作用，在對(duì)建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的延續(xù)性尤為重要和突出。

三、再現(xiàn)記憶：數(shù)字技術(shù)在建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的技術(shù)路徑概述

（一）數(shù)字技術(shù)的發(fā)展概述

本文指的數(shù)字技術(shù)包含建筑三維激光掃描技術(shù)、三維建模技術(shù)、AR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

芯片技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了計(jì)算編程等技術(shù)的快速發(fā)展，在二十世紀(jì)以來(lái)三維激光掃描技術(shù)迅猛發(fā)展，是數(shù)字技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用的又一次偉大發(fā)展及革命，三維激光掃描通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)掃描識(shí)別物體的三維點(diǎn)來(lái)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，而通過(guò)識(shí)別獲取物體表面高精度高分辨率的圖像或生成數(shù)字模型；因此又被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)[2]。該技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展到可以通過(guò)相關(guān)三維掃描機(jī)器直接從物體中進(jìn)行快速的逆向三維數(shù)據(jù)采集及通過(guò)軟件技術(shù)模型重構(gòu)[3]，通過(guò)設(shè)置激光掃描點(diǎn)對(duì)掃描物體無(wú)需進(jìn)行任何的處理，這樣通過(guò)激光掃描點(diǎn)獲得的每個(gè)數(shù)據(jù)都是直接采取目標(biāo)真實(shí)數(shù)據(jù)，使得后期處理的數(shù)據(jù)完全真實(shí)可靠[4]。三維建模技術(shù)是利用相關(guān)3D軟件對(duì)物體進(jìn)行虛擬建造的一門技術(shù)[5]；隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷升級(jí)，建模技術(shù)有了更可靠的硬件支撐也得到了質(zhì)的提高，三維建模技術(shù)的運(yùn)用也更加的廣泛，特別是在現(xiàn)代高速運(yùn)算計(jì)算機(jī)的運(yùn)用使得三維建模技術(shù)速度更快還原度更真實(shí)。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)輸出的虛擬世界轉(zhuǎn)變成數(shù)字世界的模擬系統(tǒng)。它是把用戶帶入到一個(gè)通過(guò)數(shù)字技術(shù)仿真的虛擬世界，通過(guò)一定輔助設(shè)備，如虛擬眼鏡、穿戴設(shè)備等等通過(guò)傳感設(shè)備刺激人體及視覺(jué)神經(jīng)而達(dá)到的虛擬交互世界。使用戶可通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)直接地參與到其中感受它們這種虛擬真實(shí)存在，產(chǎn)生沉浸式體驗(yàn)。實(shí)際上，VR技術(shù)是計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、信息交互技術(shù)、傳感與測(cè)繪技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、多媒體數(shù)字影音技術(shù)、語(yǔ)與模式識(shí)別技術(shù)、機(jī)接技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能技術(shù)等多種新技術(shù)集成之結(jié)晶。具有逼真性沉浸性、交互性和構(gòu)想性[6]。

（二）數(shù)字技術(shù)在建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

數(shù)字技術(shù)在建筑文化遺產(chǎn)中扮演的角色主要為還原和再現(xiàn)技術(shù)。從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)還原和再現(xiàn)需要經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟：如建模技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

還原的第一步是對(duì)照建筑遺產(chǎn)真實(shí)參考，利用3D掃描、3D建模技術(shù)建造出與歷史建筑一樣的建筑模型。要獲取三維模型就要通過(guò)對(duì)3D模型進(jìn)行精細(xì)的掃描以及通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。3D掃描通過(guò)對(duì)建筑空間掃描點(diǎn)進(jìn)行掃描，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)坐標(biāo)。這樣也稱作點(diǎn)云。為了得到更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)量應(yīng)盡量的多，這樣才能保證通過(guò)不同角度掃描得到全方位的掃描數(shù)據(jù)，生成的模型會(huì)更加的真實(shí)和精準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)處理之前，為了能更有效地處理和成功處理；首先就需要把掃描點(diǎn)鏈接起來(lái)，將點(diǎn)云布置成網(wǎng)格化。將點(diǎn)變成線，再由線組合成一個(gè)面。這樣才能更精準(zhǔn)。其實(shí)就是需要對(duì)這些面進(jìn)行多面化、多角度地掃描了。再次，就需要分辨不要重復(fù)，所有的掃描點(diǎn)不能有重疊，避免在數(shù)據(jù)處理生成模型的時(shí)候有疊加造成模型疊加的失誤。而建造是指對(duì)已損壞的建筑遺產(chǎn)在3D掃描完成后利用3D建模軟件建模的過(guò)程，是現(xiàn)實(shí)不存在的掃描點(diǎn)通過(guò)人工的方式添加進(jìn)去。整個(gè)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路徑如下：

1.3D掃描

掃描點(diǎn)位決定了掃描的效果，所以設(shè)置正確的掃描位置是首要。而掃描也是有一定順序可言，首先，得對(duì)掃描點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，做好記號(hào)作為掃描的參考物來(lái)對(duì)齊掃描點(diǎn)。而掃描有時(shí)不是一次性能完成的所以需要設(shè)置多個(gè)掃描點(diǎn)，一般會(huì)設(shè)置最少三個(gè)掃描點(diǎn)，才能有效地完成兩次掃描；其次，設(shè)置掃描點(diǎn)的網(wǎng)格化，也就是在水平和垂直方向設(shè)置掃描點(diǎn)；再次，設(shè)置掃描分辨率后對(duì)物體進(jìn)行耐心有序地掃描工作； 最后再次獲取標(biāo)記點(diǎn)的確切位置。

2.數(shù)據(jù)處理

在對(duì)掃描的云點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中最重要的就是之前掃描時(shí)創(chuàng)建的網(wǎng)格對(duì)齊?？墒褂肅yclone，如之前未對(duì)齊的點(diǎn)云可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)對(duì)齊。值得注意的是在進(jìn)行手動(dòng)對(duì)齊時(shí)要之前設(shè)置掃描點(diǎn)一樣至少選擇三個(gè)能夠聯(lián)系對(duì)應(yīng)的點(diǎn)及兩個(gè)能對(duì)齊的點(diǎn)云；自動(dòng)對(duì)齊基本理論與手動(dòng)對(duì)齊是一樣的，但是自動(dòng)對(duì)齊主要是可以識(shí)別掃描時(shí)設(shè)置的點(diǎn)云標(biāo)記來(lái)獲取坐標(biāo)。

3.網(wǎng)格簡(jiǎn)化和增加缺失模型

為了簡(jiǎn)化網(wǎng)格，選擇使用3dsMax建模軟件。主要目的是刪除處理完后的數(shù)據(jù)中本不屬于該建筑的網(wǎng)格物體和一些操作上錯(cuò)誤的網(wǎng)格物體。使用3dsMax的網(wǎng)格功能簡(jiǎn)化物體的網(wǎng)格。簡(jiǎn)化后的模型可以少處理大量的點(diǎn)和面的復(fù)雜問(wèn)題。其定義是在為在保持建筑物原來(lái)整體的形狀、體積和邊界不變的同時(shí)減少物體的大小和復(fù)雜程度。這樣的方法可以簡(jiǎn)化模型帶來(lái)的機(jī)器運(yùn)作及后期可視化的復(fù)雜程度，但也可以有效地達(dá)到鏈接具體的點(diǎn)及有用曲面等組件。

在增加缺失的遺產(chǎn)模型部分我們也采用3D建模應(yīng)用程序3dsMax或者草圖導(dǎo)師建模軟件對(duì)缺失的部分進(jìn)行建模。我們會(huì)依據(jù)史料記載以及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況賦予材質(zhì)等。使缺失的部分與現(xiàn)存完全融合。

4.模型加工后可視化

模型建設(shè)完畢后我們會(huì)對(duì)前面的工作競(jìng)選反復(fù)的實(shí)驗(yàn)。主要目的是對(duì)前期工作的一個(gè)評(píng)估和規(guī)劃，對(duì)評(píng)估后的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后來(lái)搭建能實(shí)現(xiàn)三維可視化的前期工作確定這些處理參數(shù)以與后續(xù)VR技術(shù)的銜接。

5.使用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化

要實(shí)現(xiàn)VR的可視化技術(shù)，就離不開(kāi)3D顯示技術(shù)和3D打印技術(shù)。3D顯示技術(shù)主要是通過(guò)三個(gè)維度的虛擬數(shù)據(jù)達(dá)到在顯示器上三個(gè)維度的顯示技術(shù)，是觀感有立體感。在三維技術(shù)發(fā)展上，從需要通過(guò)特殊制造的儀器觀看視頻才能有立體效果到裸視三維技術(shù)以及現(xiàn)在的三維穿戴技術(shù)等等。每種三維技術(shù)因?yàn)闀r(shí)間和技術(shù)的發(fā)展都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。也是從小型的特殊材質(zhì)三維打印機(jī)到現(xiàn)在的建筑3D打印機(jī)的迅猛發(fā)展，也是打印增材制造技術(shù)迅猛發(fā)展的一種體現(xiàn)形式。3D打印機(jī)的不斷發(fā)展使開(kāi)發(fā)人員能夠通過(guò)打印3D模型以進(jìn)行可視化、測(cè)試或直接創(chuàng)建零件。VR可視技術(shù)還可以使用VR佩戴眼鏡進(jìn)行虛擬交互觀看。使用VR眼鏡可以達(dá)到身臨其境的感覺(jué)，使觀者達(dá)到與建筑遺產(chǎn)“零”距離的接觸。

數(shù)字技術(shù)的發(fā)展對(duì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)意義重大，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過(guò)數(shù)字模型保存和數(shù)字可視化直接使用在文化遺產(chǎn)的保護(hù)上。通過(guò)VR技術(shù)多渠道的運(yùn)用，特別是穿戴設(shè)備，VR電影的流行，可以表明；VR技術(shù)是非常適合于用在建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)上的；未來(lái)數(shù)字技術(shù)將實(shí)施到數(shù)字歷史建筑物保護(hù)中，不僅歷史建筑，古村落的整體保護(hù)也可以運(yùn)用虛擬信息技術(shù)。

四、結(jié)語(yǔ)

傳承與活化是建筑文化遺產(chǎn)保護(hù)的主要目的，在傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)保護(hù)中喜歡把建筑文化遺產(chǎn)作為建筑文化旅游景點(diǎn)或改造成商業(yè)區(qū)；通過(guò)利用改造或后期商業(yè)化改造后，因?yàn)橐蠀⒂^和消費(fèi)者的喜好，往往商業(yè)化后，歷史文化建筑已經(jīng)被破壞得面目全非，很難能長(zhǎng)久維系和達(dá)到保護(hù)建筑遺產(chǎn)的目的。通過(guò)現(xiàn)在數(shù)字技術(shù)的跨界運(yùn)用，對(duì)建筑遺產(chǎn)的虛擬真實(shí)性的還原、活化和利用并不會(huì)破壞其旅游或商業(yè)性質(zhì)的活化使用；通過(guò)數(shù)字技術(shù)再現(xiàn)和保護(hù)甚至展示，不斷賦予其生命力，煥發(fā)其生命價(jià)值和文化價(jià)值，也是與時(shí)俱進(jìn)地體現(xiàn)。VR等數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用使建筑遺產(chǎn)以新的方式、新的面貌、新的精度還原歷史文化建筑。不僅有助于建筑文化遺產(chǎn)更完整更真實(shí)的被傳承和保護(hù)；而且未來(lái)利用數(shù)字技術(shù)把建筑遺產(chǎn)通過(guò)游戲場(chǎng)景、文旅場(chǎng)景等活化和利用，可以在無(wú)形中使不同年齡群體、不同地域文化的人民更好地了解建筑歷史文化和理解建筑歷史文化，達(dá)到真正的文化的傳承和經(jīng)濟(jì)上的活化利用。數(shù)字技術(shù)的跨界運(yùn)用在歷史建筑遺產(chǎn)中的運(yùn)用是對(duì)歷史文化保護(hù)的一種升華傳承和活化運(yùn)用，具有劃時(shí)代的意義。