数字化技术在乡村古建筑保护中的应用探讨
时间：2021-04-02 07:58:53 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要： 对于作为人类文明重要载体的乡村古建筑，研究运用数字化技术对其保护有重要的现实意义。为此，探讨了将数字化技术应用于乡村古建筑保护的价值和方法。
关键词： 数字化技术； 古建筑保护； 虚拟现实； 信息集成
中图分类号：TP3 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）01-20-03
Discussion about application of digital technology in conservation of rural ancient architecture
Jin Chengyu， Wang Qin
（1. Zhejiang cultural information center， Hangzhou， Zhejiang 310013， China； 2. Zhejiang Topcheer Information Technology Co.，Ltd）
Abstract： It is meaningful to study on how to apply digital technology in protecting rural ancient architecture， which is an important carrier of human civilization. The value and methods of applying digital technology in rural ancient architecture protection are discussed.
Key words： digital technology； conservation of ancient architecture； virtual reality； information integration
0 引言
古建筑一般是指建于民国以前，建筑环境、建筑风貌、村落选址和格局未有大的变动，具有独特民俗民风和历史文化价值的建筑物。古建筑不仅是历史与文化的见证，也是文化传承的无声的历史载体。浙江省具有众多的古建筑，散落在全省各地农村的古老村落里，这些村落的历史文化资源相当丰富，古老建筑的整体风格和具体的细节表现出江浙农村的典型地区差异性和多样性。但是，经过岁月的剥蚀和人为的损坏，许多古村落的建筑或多或少地遭到了破坏，随着农村经济的发展和农民生活水平的提高，房屋的拆旧建新也使得乡村的古建筑逐渐减少，古老的记忆正在消失，中华文化的基础日益薄弱。在经济改革的大潮中如何保护好这些艺术瑰宝，则是当前我省在新农村建设过程中迫切需要解决的一个问题。
1 数字化技术在乡村古建筑保护中的意义
古建筑中木构件的木质地很脆弱，受当地气候条件的影响，随着时间的推移，必将发生变化；此外存在许多不可预见的自然灾害，以及遭受一些人为因素造成的损坏。江浙一带乡间的古建筑有一些是石头结构的，但多数是土木或者砖木结构，极易遭受各种侵害。乡村古建筑是一个地区特殊的文化资源，有着不可替代的独特性和惟一性，具有工艺考究的特点，而目前掌握精湛工艺的匠人越来越少，古建筑所包含的工艺元素没有得到发现与研究，而是渐渐失传。保护古建筑的目的在于保护中国传统的文化，需要让我们能依照历史记载为依据，并能参考当地其他古建筑中类似东西的图案进行复原设计，尊重当地的建筑风格，以保证地方特征不至流失，体现出地方建筑的多样性。
传统使用纸质文献来记录古建筑的构造、工艺、相关历史等信息资料，这些原始的纸张、书籍等纸质材料笨重又占空间，易损坏，一旦毁坏就难以复原，不方便查阅，而且图片资源不准确、不完整。二十世纪六七十年代，摄影摄像等技术的发展使得文化遗迹信息的记录能以录像和相片的形式保存，但这些资料同样存在难以长久保存且不够准确的问题。
数字化技术的发展为乡村古建筑的保护开拓了一个新途径，为古建筑的长期保存和传播创造了有利的条件[1]。数字化古建筑保护技术的开发和应用极大程度上解决了上述问题，首先在信息保存方面就是一个巨大的飞跃，再加上其具有高精度和高逼真度等优势，能帮助我们更有效更全面地记录乡村古建筑上传达的各种信息。多种数字化技术的运用使得我们在尊重历史古建筑原真性的基础上，能够更好地完成古建筑的复原、重建、信息资料保存等工作，从而帮助我们更好地完成古建筑的保护和展示。利用当今较为成熟的数字化保存技术，可以对各类信息进行高精度和高真实度的保存，可将各类信息转化为计算机数据提供给不同领域用于研究，同时又不会对原始建筑造成破坏。
2 数字化技术在乡村古建筑保护中的应用
信息数字化技术涉及到数字的转换、存取、处理、传输、控制等一系列高技术。数字化是多媒体技术的基础：数字、文字、图象、语音，包括虚拟现实，以及可视世界的各种信息等。信息数字化技术实际上是由一群高技术综合发展而实现的。
数字化保护技术基于计算机与网络环境的新型实用化辅助系统或手段，采用人工智能、虚拟现实、多媒体、宽带网络与数据库等先进信息技术，为古建筑保护的可持续发展提供支撑。有了数字化技术，可对与古建筑相关的文字、图像、声音、视频及三维数据信息，提供数字化保存、组织、存储与查询检索等手段，并进一步建立数字化文化遗产博物馆、展览馆，为古建筑的保护、开发与利用服务。
当前，数字化技术应用于乡村古建筑保护主要有以下几个方面[2]。
2.1 数字化保存
数字技术的发展促使更高精度的图形图像技术设备相继产生，更精确真实的数字化保存与存档技术也随之诞生。与数字化摄影相结合，激光扫描可以捕捉肉眼难以察觉的细节，比如说建筑表面的裂纹。通过记录激光从发出到被物体反射或者折射回来的时间，用相关软件进行计算和处理就可以了解物体的角度、位置乃至材质，最后形成三维图像。数字化保存主要是利用先进的二维三维扫描、数字摄影、三维建模与图像处理等技术，实现文物图形结构与纹理等信息的高精度获取与保存。目的是在计算机里建立相关的数字模型，为文物的信息保护、修复、研究、参观和开发利用等提供准确的数字化素材。
2.2 虚拟博物馆
随着信息技术的迅猛发展，通过利用虚拟现实技术、网络技术构筑虚拟数字博物馆，打破实体博物馆局限性，大大扩展了博物馆的延伸空间，最大限度地拓展了博物馆功能。借助于计算机，人们可以更好地再现历史，通过各种虚拟现实技术模拟现实的场景，达到图像、声音等方面的高度拟真，在不动一砖一瓦的情况下，人们同样能够身临其境地领略到历史古迹的魅力，了解过去的历史和文化，这不仅节省了资源，符合可持续发展观的要求，同时也把历史建筑中无形的遗产延续和传播了下来。在数字博物馆里，传统博物馆中的展品如今只需点一下鼠标就可以清晰且内容详尽地呈现在阅览者面前。利用虚拟现实技术，人们更能在虚拟博物馆中漫游，足不出户就能浏览难得一见的建筑古迹。这是数字时代古建筑保护与数字化技术相结合的体现，更是古建筑保护的时代特征。
2.3 虚拟修复与复原
利用计算机图形学、图像处理、虚拟现实等信息领域最新发展技术，结合传统的文物保护与修复工作，可以形成古建筑科学保护的理念和程序。根据已保存下来的各种乡村古建筑文物相关的数字化信息数据，结合艺术家、保护专家等的研究和经验知识，利用图像处理技术、人工智能等技术，可以对同一风格的古建筑的损坏部分进行虚拟修复与复原，还其原貌。
2.4 数字化辅助设计
数字化辅助设计系统可以进行对平面图案的数字化辅助设计，对三维实体的造型进行数字化辅助设计。通过数字化图案、三维实体辅助设计系统，可以对已有的典型图案、三维实体进行创新设计，有助于乡村古建筑文化的传承与发扬。
2.5 数字化监管
图像之间的比对技术是图像处理技术中的一个分支，主要是利用图像的颜色特征、形状特征、纹理特征等对图像进行比较，根据这些统计特征，对图像之间的相似度做出评价。在乡村古建筑数字化保存的基础上，可以每隔一段时间对古建筑进行复查，利用图像处理中的图像匹配或图像融合等技术，通过将最新采集的图像数据与已存储的图像数据进行比对，结合人工筛选和专家鉴定，来发现建筑的某些构件风化、腐烂、损坏以及缺失等详细信息。
3 数字化技术应用于乡村古建筑保护的实现方法
由于乡村古建筑是不可移动的，因此利用数字化技术来挽救和重现将要消失的古建筑或古构件，是一种很好的方法。乡村古建筑数字化，是指对乡村古建筑通过映像采集重组的数字化技术，以信息收集和复原为主要手段，建立起数字化展览馆，全方面开展对外展示和宣传以及管理，通过一系列的数字技术达到对乡村古建筑保护的目的。
3.1 信息采集与处理
⑴ 信息系统的核心问题，就是在对数据进行采集录入、传输交换、存储管理、加工处理以及展示提供等处理过程中有效地管理， 确保数据的真实准确。
⑵ 信息资料数字化是乡村古建筑数字化保护研究的基础。古建筑的信息采集需要到现场进行大量的采集工作，经过对信息的整理和处理，最终实现古建筑资料的数字化。数字化的成果主要分为三部分：数字化的文献资料；实体信息成像，分别对应建筑平面图中的各视点；数字化的测绘图以及在测绘图上整理得到的各种分析图和细节图样，这些数字化的测绘图将成为虚拟模型建构的基本依据。从实体信息成像到数码成像是通过感光器件来实现从实物到图像的转换过程，即通过数码成像技术实现古建筑实体信息的初步数字化。其数码技术产品最常见的有扫描仪、数码相机、家用摄录一体机等。数码相机和摄录机可以直接将古建筑实物转化为图片，DV等数字信息。而为了保证古建筑的精确度，数字化研究中，对于古建筑的各种规划设计图、测绘图、照片以及模型等的数字化则采用成像质量高的扫描仪。数字化的测绘图技术是用扫描技术把建筑的实物信息转化为某一阶段的数字信息。
⑶ 文献数据数字化，把与古建筑相关的文字信息转化为数字信息，并可以利用声音录制等方式作为对数字复原后的文化背景进行补充。
⑷ 通过各种方法采集的图像数据，通过相应软件的处理，得到的图片可以作为数字化的一部分成果加以保存和研究，如色彩和形式等方面。但是对于古建筑的很多信息，只有数字图片是不够的，如建筑的平立剖面尺寸、构件大小等。要想在数据上科学地反映古建筑的实物信息，就必须借助一定的绘图软件技术才能达到，如AutoCAD技术。
3.2 虚拟模型建构
虚拟现实（Virtual Reality）[3]是近年来十分活跃的技术研究领域。它是一系列高新技术的汇集，包括机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能、多传感器技术以及高度并行的实时计算技术。利用计算机数字测图技术、多媒体信息技术、虚拟现实技术（例如结合MultiGenCreator和3DSMAX等建模软件）等[4，5]，对古建筑所采集的各种数据进行层次和类别加工处理，可以建立起对象的三维数字模型，以便利用计算机在各种载体上进行古建筑的多方位、多层面、客观、形象地再现。构建的模型应该尽量真实地反映古建筑的实际情况。在虚拟过程中应遵循自然直观性、兼容性、异构性、可扩展性、灵活性等特点。
3.3 信息集成
信息集成是指系统中各子系统和用户的信息采用统一的标准，规范和编码，实现全系统信息共享。标准化是信息集成的基础，主要包含协议标准化、数据标准化、网络标准化、文档标准化和图形标准化等。集成平台是信息集成的有力工具，要确保乡村古建筑管理信息数据的准确性、完整性、一致性、可用性和安全性，需要在进行数据采集之前，建立起相应的信息标准与技术规范， 应用面向对象的开放式集成技术，实现信息集成和共享。常用的信息集成及其实现方式多以数字化模型为核心，集成对象包括图像、文档、声音、动画、视频等各种数字媒体。保存在计算机中的乡村古建筑数字信息常以多媒体为载体，通过建立网上虚拟展览馆等方式并借助互联网，可实现高效传播，同时可得到多渠道的动态反馈，通过不断的信息扩充、更新，最终实现数字化乡村古建筑的真实性、准确性和完整性。
3.4 乡村古建筑数据库
为了更好地对乡村古建筑进行保护，有必要建设省级乡村古建筑数据库。乡村古建筑数据库的建成能够加强对乡村古建筑的管理，使古建筑在有利于古建筑保护的基础上增加了被利用的价值：为政府部门的管理提供数据支持、与行业研究机构和博物馆进行数据交换、面向全社会提供广泛的信息服务、向特定对象提供专业服务等。数据库的建成，能在技术层面为实现对乡村古建筑真正意义上的动态监管打下基础，从而最大限度地发挥乡村古建筑数据库的作用。
4 结束语
数字化时代为乡村的古建筑保护带来了前所未有的新技术，为古建筑保存和复原带来了诸多新的可能，为现代建筑师在古建筑基础上的创新设计提供了更多的支持。本文基于现有的数字化技术，从虚拟现实技术、数据库以及网络等多方面阐释了数字化技术对开展乡村古建筑保护工作的新思路，探讨了开展数字化乡村古建筑保护工作的实施方式等，希望能为我省的数字化乡村古建保护工作者提供有益的参考。
数字化技术是手段，要真正能挽救濒临消失的乡村古建筑，还需要全社会的共同关注和努力。数字化技术是不断发展的，如何利用先进的技术力量来帮助我们应对新农村建设时期的古建筑保护这一课题，还需我们不断地探索和创新。
参考文献：
[1] 张青.古建筑保护的意义和措施[J].安徽建筑，2011.2：18-21
[2] 范张伟，邢昱.基于数字化技术的古建筑保护研究[J].北京测绘，2010.3.
[3] 赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学：信息科学，2009.1.
[4] 刘晓波，张琴舜，张和林.一个基于MultiGen/Vega的虚拟场景漫游系统[J].计算机机应用，2002.12：85-86
[5] 阎晓东，张永生.基于3DS MAX环境的三维场景重建工具[J].测绘学院学报，2002.19：109-112
