重慶市優秀建筑的數字化保護還原研究

王越

摘要：本文以重慶市優秀建筑“陳家大院”為研究對象，運用相機、三維全景激光掃描儀等獲取基礎數據，利用CAD、3DMAX等軟件技術為支持，以虛擬現實動畫的形式完成大院昔日原貌，對該建筑進行數字化修復還原，保護研究，使人們不僅可以通過文獻資料、圖片，還能從數字模型及虛擬動畫中對該建筑有全方位的了解與認識，從技術層面上能加強對古建筑保護的力度。

關鍵詞：優秀建筑；“陳家大院”；三維虛擬；數字還原

一棟優秀的建筑是見證城市變化的印記，能體現一座城的文化，不僅能為現代建筑修建提供設計借鑒，同時也是一份重大的文化遺產。它的價值就在于它不可能再生，如果遭受破壞就無法挽回，就算修繕成功，其意蘊和文化價值也會差了很多，所以優秀的古建筑都是古人留下的珍貴禮物。但是，隨著社會的發展，城市化進程的不斷推進，我們很多優秀的建筑在自然災害的影響和人為破壞的力量下都受到了不同程度的破壞，如何對它們進行保護和傳承是當下人們關注的熱點問題。重慶市是國家級歷史文化名城，擁有大量優秀建筑，但一些建筑保護現狀不太樂觀，都有著不同程度的損毀，而失去了當初的風采。如何讓這些優秀古建能重新綻放出當初的魅力，展現出原始的風貌，大家都在以各種方式找尋解決問題的方法。目前，除了常見的實物加固修繕，圖片影像保存外，通過實地三維激光測量獲取數據，建立虛擬模型資料庫獲得越來越多的人關注。

1“陳家大院”建筑保護緣由

重慶是歷史文化名城，有著豐富的文化遺產，很多建筑都極富個性和時代特征，但是隨著歲月的變遷，有些曾經很“風光”的建筑慢慢淹沒在了城市化的進程中，很多已經殘破不堪。對于這種狀況，重慶市政府開始重視這些建筑的保護，并將其納入了政府考核體系中。雖然如此，但現狀還是不容樂觀，本文案例“陳家大院”就是其中一處被保護的對象。它又名陳舉人大院，位于重慶市北碚區蔡家，是清朝末期舉人陳介白的兒子陳庚虞為了紀念其父陳介白為官清廉而修建命名的。建筑占地約10畝，建筑面積960平方米，是一院融合東西方建筑特色為一體并有著重慶土著建筑風格的精美建筑。該大院依據自然形成的坡地修建，主要由大門、前院壩、主體聯排閣樓、側廂房、后院構成一個四合院，主體是一棟兩樓一底的樓房。大門是高約9米的八字朝門，構筑精美、非常氣派。走入院壩可見整體建筑呈中軸對稱結構，主屋是歇山式屋頂，穿斗式磚木結構的連排樓閣，走廊有雄偉的石柱支撐，柱頭線腳上嵌入有各式各樣花紋，異常秀美，廊道上是石質拱形門。該樓里面共有20間房，每間房里都設有壁爐，天花板上也刻有個各式各樣的花朵，這在重慶是很罕見的。所以，其入選重慶市優秀建筑，是政府掛牌的重點文物保護單位。目前，此院雖有政府掛牌保護，大院卻是空置，無人看管，雜草叢生，殘缺不堪。不少房間的木板已開始破裂，部分窗戶的玻璃已掉下來，二樓木質樓梯已經腐朽斷裂，主體建筑也隨時有坍塌的可能性。基于此，用數字虛擬技術對此建筑進行重建保護迫在眉睫，可在最短時間內保存下該建筑的整體構造及造型紋理等重要參數。

2“陳家大院”數字建筑重建流程

2.1建筑基礎數據獲取

“陳家大院”體量較大，本次數字化建模初期，為了得到比較準確的數據，我們利用三維激光掃描技術進行測繪，它可以在相對快速的情況下，實時準確地獲取資料，而且避免了傳統測繪方法可能對古建筑造成的一些損害。進行本次掃描，我們利用RODEON激光全景掃描儀獲得的點云數據采。該設備最大的掃描距離達到250米，而且在掃描的同時可以創建全景圖像。實施掃描過程中需要注意選擇掃描站點的位置，我們在大院主樓前的平壩中架設機器，既可以得到主屋的信息，又可以反面獲取大門數據，在盡量減少工作量、減少數據冗余的基礎上，合理布設掃描站點。數據在采集過程中會受到現場環境等因素的影響，該建筑由于四周樹木過多，主樓前也有高樹遮擋，導致獲取的數據中建筑主體很多有缺失的部分。鑒于這種情況，我們配合測距儀等小型儀器測量取得實地實物的尺寸和數據，根據所采集的數據在CAD軟件中制作出了大院的整體平面布局圖及各樓立面圖。（見下圖）

2.2建筑數據模型建立

模型數據模型建立主要完成對建筑整體結構和內部構件的數字化建模，是整個數字建筑復原的核心部分。具體來說就是在虛擬環境中，我們要將大院的結構及細部和裝飾殘缺的或已經破壞的部分全部創建出來。

根據前面詳細的數據及平立面圖，關于大院的詳細模型我們利用目前常用的三維建模軟件3DMAX+VR渲染來制作完成。Max中多用POLY建模來完成基本模型構造。這里面的重難點主要在于建筑形態的真實復原和材質的把握，建筑在外形上主要由屋頂、屋身和走廊及支撐柱體幾部分組成；復雜的屋頂，樣式繁雜的柱頭，圍欄的碎石拼花，石質與木材的有機融合，要將這些特征都能真實反映出來才能達到對建筑復原和保護的意義。為了保證效果，這時需要將建筑的各個視角及特殊的細節部分利用數碼相機近距離拍攝下來，然后在photoshop中選取最佳的角度進行紋理貼圖處理。后期紋理烘培上主要經過以下幾個步驟實現：

建筑體不是孤立存在的，外部結構制作完成后，還需制作當地地形以及周邊環境，包括周邊豐富的樹木和植被，院內的雕塑等，最后加上相應的光照效果，完成建筑數據模型的創建。下圖為“陳家大院”大門處及主體樓

2.3買景虛擬動畫生成

為了后人能全方位多角度地對建筑單體、群體格局做研究，我們在整體模型創建完畢之后再制作一部實景虛擬動畫。這種表現方法，為建筑的展示有著更多的優越性，打破了原先只能被動從單一角度和靜態觀看建筑的局限，讓大家能虛擬建筑里主動觀看。配合三維眼睛的佩戴和電腦鼠標的操控，觀者可以自由輕松選擇想看的內容，自己設定路線與角度，既可近觀建筑某個細節成分，又能遠看建筑的整體面貌，既可仰望天花造型，又可俯瞰庭園水塘中的魚兒嬉戲。除了這種多視角主動性觀察建筑之外，虛擬動畫中我們還將建筑的生存背景復原于當初建造的年代，里面呈現當時的室內裝飾和家具擺件以及人物在里面生活起居的場面，可以讓大家更直觀地感受到該建筑的人文氣息和文化傳承魅力。動畫圖像、音樂、文字、旁白的有機結合，能讓觀眾在動畫的視聽世界里輕松地了解要表達的內容。此部分的重難點在于前期劇本及分鏡頭的編寫工作，技術主要通過Flash制作動畫，AE完成特效，Primiere進行配音及剪輯輸出設置。

3結語

基于數字技術的建筑文化保護是對多媒體技術的有機整合，不僅有攝影測量技術、有三維建模技術，還需影視后期技術的支持。采用虛擬現實技術將“陳家大院”進行重建，不僅能獲得建筑整體的實際標準尺寸、各種物件的真實造型、當初的材質風貌，而且還能還原出當初那個年代建筑本體與周圍環境的關系、人物在內勞作休息的場面。這些數據都可作為文化遺產永久性保存，為后人研究建筑保護提供快速、高質量的原始資料。