重慶市優(yōu)秀近現(xiàn)代建筑建筑立面數(shù)字重建研究

唐湘暉

重慶市優(yōu)秀近現(xiàn)代建筑建筑立面數(shù)字重建研究

唐湘暉

從19世紀40年代到20世紀50年代末，重慶市出現(xiàn)了一批形態(tài)優(yōu)美、體現(xiàn)重慶人文歷史的優(yōu)秀建筑，既有公館、教堂，也有民居、學校等。重慶市政府對這些建筑的保護相當重視，通過摸底調查，將其中98處建筑列入首批保護對象，一些建筑得以重建，一些建筑利用商業(yè)開發(fā)進行保護性使用，還有一些被辟為公園，大多數(shù)建筑得以煥發(fā)新生。

但在具體對這98處列入保護名錄的建筑進行走訪調查時，也發(fā)現(xiàn)其中存在的一些問題：

1. 使用性保護雖然使建筑得以延續(xù)，但部分保護技術手段不夠專業(yè)。在渝中區(qū)、沙坪壩區(qū)等經(jīng)濟條件較好的區(qū)域，或大學里的優(yōu)秀近現(xiàn)代建筑，由于有專人管理，建筑得到的保護相對較好，建筑結構無破壞，并得到有效使用。但由于是使用性保護，在維修時并不像文物保護那樣“修舊如舊”，建筑立面多采用涂料重新涂刷，看起來失掉了原有韻味。比較突出的如重慶大學的理學院，朱紅門柱，四檐翹角，極具獨特建筑魅力，但這畢竟不是古建筑，對建筑立面的處理比較簡單，通過涂刷勾縫，建筑立面煥然一新，但建筑的歷史感、滄桑感卻損失過半。

2. 建筑雖被標記為保護單位，卻缺乏管理，無人保護。在一些并不是市中區(qū)、單位里的建筑，地理位置偏僻，沒有得到良好保護，有些建筑常年失修，建筑立面已開始有部分被破壞。如重慶市北碚區(qū)蔡家崗鎮(zhèn)陳舉人樓，建筑樓閣呈聯(lián)排形式，廊柱精美細膩，可惜的是，由于沒有得到妥善保護，部分柱頭已出現(xiàn)破損狀態(tài)，實在可惜。

3. 部分建筑在列入保護名錄之前存在改建、加建現(xiàn)象。有一些位于老居住區(qū)的優(yōu)秀近現(xiàn)代建筑，處于生活狀態(tài)，建筑主體結構基本還完好，但為了使用方便，在列入保護名錄前已被使用人進行了不同程度的改建、加建，建筑立面結構被破壞，建筑保存的情況不容樂觀。

基于此，利用三維圖形技術進行建筑立面數(shù)字化研究就變得極為重要。通過三維圖形技術，可以逼真地還原建筑立面形態(tài)、紋理，不受時空限制，可以最有效展示優(yōu)秀建筑立面的歷史特質。

建筑立面數(shù)字化研究包括兩個方面，一是圖形元素的數(shù)字處理，二是三維形狀的數(shù)字模擬。

一、三維紋理圖像與建筑立面數(shù)字還原

數(shù)字化建筑紋理圖形包括建筑立面紋理、建筑頂面紋理、建筑周邊地表紋理。對于數(shù)字建筑表達來講，建筑立面紋理是最直觀傳達建筑視覺感官的元素，其真實性、逼真性將直接影響到建筑對外信息的表達，對展示優(yōu)秀歷史建筑將起到至關重要的作用。

建筑立面紋理數(shù)字圖形圖像信息來源方式在現(xiàn)階段最常用的方法是數(shù)字攝影與數(shù)字繪制。在進行建筑立面紋理數(shù)字攝影采集時，需要注意采集時間段、采集角度、采集周邊環(huán)境、采集數(shù)據(jù)格式。一般數(shù)字紋理圖像采集的最佳時間段是能見度較好的上午、下午時間，盡量避免陽光直射的正午與能見度不高的天氣；采集時應該盡量使用正視角度，保證建筑物各個視面的完整性；要盡量避免環(huán)境顏色對所拍對象的顏色影響，不能有偏色。

采集到建筑立面紋理圖像后，其紋理已完整地展現(xiàn)在數(shù)字圖形信息文件中，但由于這是直接、客觀得到的圖形信息，沒有重新噴涂的原始建筑立面紋理可不做修改；已經(jīng)重新噴涂、失去歷史滄桑感的文件則需要重新進行數(shù)字繪制。最常用的數(shù)字繪制工具有Photoshop、Paint等圖形處理軟件。對歷史建筑，紋理處理必須有章可循，不可隨意處置。可找到與該建筑相似的未噴涂過的同類歷史建筑，采集其舊跡紋理，通過調整色調、色階，利用可選顏色調整圖層，再加上通道混合器進行混合，還遠歷史建筑原本滄桑、古舊的紋理感。

如前文所講重慶大學理學院，在進行三維數(shù)字化制作時，可以先利用高清拍攝，得到高分辨率的正立面影像，再利用PS軟件，進行幾何糾正、色調調整，并通過疊加、通道、圖像映象等方法進行處理，形成滄桑、古舊的歷史感，重新貼到模型上，既不破壞現(xiàn)有建筑，又體現(xiàn)出建筑的悠久韻味，實是利用數(shù)字方式保護歷史建筑的一大優(yōu)勢。 (如圖1)

二、三維形狀與建筑立面結構數(shù)字模擬

要想再現(xiàn)建筑立面形狀，需要大量的建筑立面模型基礎CAD數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，可以采用三維激光掃描技術得到，也可以采用近距離測量得到。利用三維激光掃描技術得到的建筑立面數(shù)據(jù)方式簡單、快速精準，但數(shù)據(jù)只有幾何信息，沒有結構信息，無通用性。而通過數(shù)字化近景測量得到的數(shù)據(jù)可進入AUTOCAD，并通過3DMAX形成數(shù)字模型，模型結構精準、真實，可通用，但只可采用人工方式制作，工作量相對較大。

通過比較，重慶優(yōu)秀近現(xiàn)代建筑數(shù)字模型制作比較適合采用基于CAD數(shù)據(jù)的參數(shù)化模型制作方式。這種方式是將建筑構件參數(shù)錄入數(shù)據(jù)庫，建立一些共同的建筑構件，然后在三維軟件中制作出來，不同建筑如果有共同部分，就從數(shù)據(jù)庫中抽調出來直接使用，既可以保證三維數(shù)字建筑的結構數(shù)據(jù)，又可以簡化人工勞動強度。

具體做法是：在AOTUCAD中制作出建筑立面的三視圖，然后在3DMAX中分別導入平面圖、左立面圖、右立面圖、正立面圖，分別群組后將其X/Y/Z軸坐標值還原為0，再利用旋轉工具將左立面圖、右立面圖、正立面圖旋轉到它們的三維位置。有此建筑立面三維立體框架為基礎，三維實體模型的創(chuàng)建就變得簡單多了。如北碚蔡家舉人樓，先通過近距測量，形成CAD文件，然后通過建筑立面模型制作，將建筑殘缺部分直接數(shù)字還原，形成建筑保護的重要數(shù)據(jù)源。（如圖2、圖3）

三、云存儲與云共享對建筑立面數(shù)字重建的影響

云技術的出現(xiàn)，使得越來越多的用戶不再自己購買和維護軟硬件，而是利用云平臺進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算，利用云平臺進行網(wǎng)絡資源交換，數(shù)字信息化變得極為簡單、方便。

建筑立面數(shù)字重建，將產(chǎn)生大量建筑立面紋理、形狀數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)具有歷史傳承意義，需要保留的時間相當長，對存儲技術要求較高，只有海量數(shù)據(jù)處理技術云技術才能滿足其存儲需要。建立建筑紋理、建筑形態(tài)數(shù)字文件云數(shù)據(jù)庫，一方面便于數(shù)據(jù)保存，另一方面，針對有相同建筑構件或相同材質紋理的物體，一次建模或一次材質紋理采集，就可使用到其他建筑上面，資源利用率將大大提高。

云存儲也使云共享變得通暢。對于優(yōu)秀近現(xiàn)代建筑、古文物建筑，不同地區(qū)、不同專業(yè)都有人在進行數(shù)字保護研究，建筑專業(yè)會從建筑結構、建筑材料等方面入手，文物研究方向則會從建筑歷史、建筑傳承等方面入手。通過云共享，各個專業(yè)都可以進行資源分享，交流數(shù)字建筑保護的方法、采用的技術手段、收集的資料，形成統(tǒng)一資料庫，為研究者提供基礎查詢，更可以提供包含基于搜索引擎的資料搜索服務。

四、結語

重慶優(yōu)秀近現(xiàn)代建筑，是重慶歷史發(fā)展的見證，體現(xiàn)了重慶在特定時代城市建設的特點，其保護意義不言而喻。數(shù)字化建筑保護手段的使用，可以彌補真實建筑周邊環(huán)境無法留存的遺憾，還原因使用而改變的內部空間結構，營造歷史建筑中當時人們的生活狀態(tài)，具有實際建筑保護手段達不到的優(yōu)點。

＊本文系2014年重慶市教育委員會人文社會科學研究重點項目成果（項目編號：14SKR02）。

[1]范張偉、刑昱．基于數(shù)字化技術的古建筑保護研究[J].北京測繪,2010（3）.

[2]蔣梁鵬.近現(xiàn)代歷史建筑保護更新模式探析[J].學術論文專刊,2012(8).

[3]王京衛(wèi)、周亞飛，孟祥國,基于3DGIS的古建筑物的三維數(shù)字化保存研究[J].山東建筑大學學報,2011(10).

唐湘暉：重慶人文科技學院建筑與設計學院講師