浙中地區(qū)古村落建筑群的數(shù)字化技術(shù)保護(hù)研究

修瑞云

金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院

浙中地區(qū)古村落建筑群的數(shù)字化技術(shù)保護(hù)研究

The research of the digital technology protection of ancient village buildings in Mid-Zhejiang

修瑞云

金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院

傳統(tǒng)的古村落和古民居保護(hù)工作因工藝技術(shù)落后、環(huán)境因素多變等原因，影響保護(hù)效果。隨著數(shù)字科技高速發(fā)展，運用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行古村落建筑群的維護(hù)，能實施建筑無損耗保護(hù)研究，有利于傳統(tǒng)古村落文化保護(hù)的普及與推廣。本文研究針對于浙中古村落建筑群的數(shù)字化保護(hù)，在實地深入調(diào)研考察的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字化建模和交互的呈現(xiàn)，并投入人機(jī)交互試驗，為保留數(shù)字化文物遺產(chǎn)的研究，提供借鑒和參考。

虛擬現(xiàn)實；浙中古村落建筑群；數(shù)字化技術(shù)

浙江省教育廳科研項目《古村落建筑群的數(shù)字化開發(fā)與保護(hù)研究》課題成果

（2015YB010）；浙江省現(xiàn)代職業(yè)教育研究中心文化傳承與創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)研究所研究成果。

引言

村落是人類聚集、生產(chǎn)、生活和繁衍的最初形式。進(jìn)入現(xiàn)代社會后，一些演進(jìn)較為緩慢的特殊地域仍有幸保存著特定歷史時期的一些村落，且環(huán)境、形態(tài)、建筑、歷史文脈、風(fēng)俗等均保存得較好，這種村落一般稱為“古村落”、“古民居”。古村落的建村歷史原因，多以宗族血緣的社區(qū)型傳統(tǒng)基礎(chǔ)，是集結(jié)了群體、社區(qū)、宗族、民族的集體記憶和智慧結(jié)晶，是集鄉(xiāng)土建筑等物質(zhì)文化遺產(chǎn)，民俗、傳統(tǒng)技藝等非物質(zhì)文化遺產(chǎn)和宗族、耕讀等文化內(nèi)涵于一體的人居空間。由于歷史和人為因素的影響，原有的村民生活水平提高，古建筑或老舊失修或被改造重建，更有甚者被無情地拆毀破壞，造成的后果令人惋惜。

浙江地區(qū)物產(chǎn)豐富，文化多元，在不斷積淀的歷史文化中形成的古村落，作為民間建筑的典型代表。以浙中地區(qū)為例，全市古村落近150個，其中國家級歷史文化名村有七個，占全省的百分之二十五；中國傳統(tǒng)村落53個，占全省的百分之十六。浙中地區(qū)的古村落不僅有數(shù)量上的優(yōu)勢，還具有保存良好，真實完整的要素。以蘭溪諸葛八卦村、武義縣郭洞村、浦江縣鄭宅鎮(zhèn)鄭宅村、金華湯溪鎮(zhèn)寺平古村以及澧浦鎮(zhèn)瑣園村為例，其精心謀劃的布局，以婺派建筑風(fēng)格的廳堂院落，白墻黑瓦土木架構(gòu)建筑營造技藝為主，加上科學(xué)合理布局的人文景觀及建筑周邊的自然環(huán)境，以及繁復(fù)精美的木雕、磚雕裝飾工藝，讓古村、古林、小橋流水形成了一幅幅世外桃源般的畫卷，每年都吸引著大批海內(nèi)外游客前往。

一、浙中地區(qū)古村落建筑群數(shù)字化保護(hù)的目標(biāo)

由團(tuán)隊專業(yè)師生組隊的調(diào)研組，在浙中地區(qū)的歷史文化名城、名鎮(zhèn)、名村進(jìn)行保護(hù)及資料整理工作，帶領(lǐng)學(xué)生對金華及附近多個村鎮(zhèn)做了建筑測繪、文化遺產(chǎn)調(diào)查、歷史狀況采集，據(jù)此編制了部分古村落（鎮(zhèn)）保護(hù)規(guī)劃。深入走訪調(diào)查，運用城市規(guī)劃學(xué)、社會學(xué)、文化人類學(xué)、建筑學(xué)以及媒體藝術(shù)、數(shù)字技術(shù)等相關(guān)學(xué)科理論和知識展開研究，旨在結(jié)合高校藝術(shù)類專業(yè)課程中數(shù)字化三維課程、古建筑測量與實施課程的實訓(xùn)融合，師生團(tuán)隊協(xié)作，運用數(shù)字化技術(shù)，保護(hù)、研究和展示浙中古建筑的歷史文化遺產(chǎn)。利用測量技術(shù)、數(shù)碼拍攝、三維建模等數(shù)字化技術(shù)手段，采集、設(shè)計、加工和儲存古建筑及古村落的數(shù)據(jù)，建立數(shù)字資料圖庫、三維模型庫和大數(shù)據(jù)分析庫，建立虛擬現(xiàn)實的立體再現(xiàn)平臺，利用三維立體呈現(xiàn)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)來展現(xiàn)古村落原貌，進(jìn)行非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化傳承和保護(hù)，解決互聯(lián)網(wǎng)時代下的展示和表現(xiàn)方式。此前浙中地區(qū)古村落的調(diào)研測繪，鮮有院校參與，結(jié)合高新技術(shù)的嘗試尚屬首次，對推進(jìn)數(shù)字技術(shù)在浙中古村落建筑群保護(hù)的綜合應(yīng)用有很大幫助。

二、古村落建筑數(shù)字化采集數(shù)據(jù)的方法

傳統(tǒng)的古村落、古民居在維護(hù)和修繕過程中，往往根據(jù)老工匠的經(jīng)驗、落后的技術(shù)進(jìn)行實體修復(fù)，再次損壞鮮有發(fā)生，造成無法挽回的后果。浙中傳統(tǒng)古建筑是從農(nóng)耕時期逐漸形成，當(dāng)時的人們已經(jīng)懂得因地制宜，采集本土材料，以木材、磚瓦為主要建筑材料。以木構(gòu)架結(jié)構(gòu)為主要的結(jié)構(gòu)方式，此結(jié)構(gòu)方式由立柱、橫梁、順檁等主要構(gòu)件建造而成，各個構(gòu)件之間的結(jié)點以榫卯相吻合，構(gòu)成富有彈性的框架。在圍繞已有的浙中古村落測繪的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大關(guān)于古建筑的數(shù)據(jù)采集范圍，通過現(xiàn)場繪制進(jìn)行觀察及手繪，通過三維形式進(jìn)行動畫展示和數(shù)字復(fù)原。所有的研究是基于實地考察、測繪獲得的原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在金華婺城區(qū)湯溪鎮(zhèn)寺平村、上鏡村，金東區(qū)澧浦鎮(zhèn)瑣園村，江東鎮(zhèn)雅湖村等村落，由于經(jīng)濟(jì)相對比較落后，城市化進(jìn)程慢，古村落群保存較為完整，在土木結(jié)構(gòu)的修復(fù)上，基本依靠本地老手藝人、老木匠進(jìn)行維護(hù)修復(fù)，對于完整的測繪數(shù)據(jù)的收集有著有利的條件。現(xiàn)階段采集中使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方式包括以下幾種：

（一）傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，主要以古村落的地貌、建筑、建筑結(jié)構(gòu)，組織現(xiàn)場采集測量，對古建筑工程測繪圖紙和檔案資料進(jìn)行整理和繪制；

（二）通過數(shù)碼攝影攝像技術(shù)，利用數(shù)碼拍攝的方式對古村落的人文景觀、建筑造型記錄，包括老照片的收集翻拍和處理，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源；

（三）通過三維掃描立體成像的方式，對古建筑進(jìn)行非接觸式三維掃描來獲取，以及典型特征的建筑物件來進(jìn)行掃描形成數(shù)據(jù)。

基于建筑模型的分析和測繪基礎(chǔ)之上，通過細(xì)化分類和數(shù)據(jù)整理，已初具雛形，然而對于古村落建筑群而言，不能僅有建模，還需要對古村落建筑群的特征及類別，如貼圖材質(zhì)的細(xì)節(jié)信息、色彩信息、材質(zhì)及復(fù)原效果等進(jìn)行深入研究，結(jié)合古村落的環(huán)境生態(tài)的布局加以制作。

三、古村落數(shù)字化保護(hù)方案中人文歷史因素

在調(diào)研和采集了古建筑群信息后，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，浙中地區(qū)古村落在建筑特點上較為相近，但從文史資料來看，每座古村落都有其形成的建筑由來、歷史沿革、人文風(fēng)俗等特征，其所在的地理環(huán)境，包括山形水域和植被特點，都不盡相同，這對古村落數(shù)字化修復(fù)中提出一個更高的要求，需要深入了解加以采集，將建筑與人文、歷史與風(fēng)貌相結(jié)合，進(jìn)行方案制定。往往過去將古村落建筑群單一解剖成單棟或多棟建筑，是錯誤的，應(yīng)該整體考慮古村落這一物質(zhì)文化遺產(chǎn)與非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的結(jié)合。對保護(hù)古村落原始形態(tài)，堅持物質(zhì)文化遺產(chǎn)與非物質(zhì)文化遺產(chǎn)共同保護(hù)和挖掘，有機(jī)的整體包括了民居、牌坊、祠堂、廟宇等，還有生活在當(dāng)時的民俗民事，包括民間工藝、人文藝術(shù)等有血有肉鮮活的存在，才是對保護(hù)和繼承古村落數(shù)字化遺產(chǎn)的最大核心。

以金華蘭溪諸葛八卦村為例，由諸葛亮二十世孫為紀(jì)念先祖諸葛亮而按九宮八卦陣圖式精心設(shè)計構(gòu)建的。位于村中九宮八卦圖中心的鐘池，一半水塘一半陸地，兩面各設(shè)一口水井，形成極具象征意義的魚形太極圖。鐘池周圍構(gòu)筑的八條弄堂向四周輻射，使村中的所有民居自然歸入坎、艮、震、巽、離、坤、兌、乾八個部位。村外八座小山環(huán)抱諸葛村，構(gòu)成天然的外八卦陣形。當(dāng)步入村中縱橫交錯的古巷時，大有似連非連、半通不通、曲折玄妙之感。在實地考察、資料分析、采集素材的同時了解到人文歷史和文化內(nèi)涵，對諸葛后裔的民風(fēng)民俗傳統(tǒng)，村落的習(xí)俗文化進(jìn)行深入了解，對于數(shù)字化呈現(xiàn)的后續(xù)內(nèi)容，增加都起到輔助作用。

四、數(shù)字化模型的材質(zhì)技術(shù)研究

古建筑相對現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)方式要復(fù)雜得多，為保證模型的逼真度，無論是建模還是模型的貼圖都有更高的要求。但是為保證最后的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能正常運行,必須對模型進(jìn)行簡化，簡化的主要方法是使用貼圖來代替復(fù)雜的模型，為了保證模型的真實感，用來代替模型的貼圖在采集和處理時就要求格外認(rèn)真。

1.貼圖材質(zhì)的細(xì)節(jié)

考慮到硬件的限制和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實時性的要求,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的建模與以造型為主的動畫建模方法有著顯著的不同，建模大都采用模型分割、紋理映射等技術(shù)。在貼圖上采用照片數(shù)據(jù)色彩處理、幾何校正（偏正處理）、數(shù)據(jù)拼接和數(shù)據(jù)修復(fù)等工序，由于歷史原因，許多古建筑構(gòu)件表面已被腐蝕損壞，有不同程度的霉變、蟲蛀、掉落、褪色等情況，油漆、琉璃、墻繪圖案等材質(zhì)光澤，磚雕、石雕磨損等情況進(jìn)行復(fù)原處理。需要查閱較多古建筑修復(fù)知識和技術(shù)，加以數(shù)字化的實現(xiàn)。

2.空間布局的設(shè)置

場景空間、環(huán)境人文等要素是古村落數(shù)字化重建的基礎(chǔ)，對建筑周邊自然環(huán)境以及建筑在自然環(huán)境中，建筑文化遺產(chǎn)的虛擬重建必須尊重文化遺產(chǎn)的真實性，不同時期、季節(jié)、氣候下的狀態(tài)進(jìn)行模擬效果布景及制作，調(diào)節(jié)其光照、植被、周邊山體水域及植被等環(huán)境要素。由于虛擬仿真技術(shù)的特性，仿真技術(shù)復(fù)原的古建筑群更有利于數(shù)據(jù)的分析和研究，研究人員只需要調(diào)整參數(shù)，就能夠改變?nèi)照铡⒑恿鳌⒎治鲎匀画h(huán)境與建筑的關(guān)系。

3.渲染實施要素

通過測繪及建模制作的基礎(chǔ)上，需要最終的展示和人機(jī)的互動，才能讓古村落數(shù)字化保護(hù)的效果得以展示和觀看，得到觀眾的認(rèn)知和體驗。目前三維軟件主要通過制作物體的表面來表現(xiàn)對象，如果攝像機(jī)進(jìn)入物體內(nèi)部將看不到任何的對象。在VR制作的虛擬現(xiàn)實中，用戶可以使用預(yù)設(shè)相機(jī)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置好的動畫路徑，進(jìn)行游覽和采用自由相機(jī)模式在場景中進(jìn)行游覽兩種模式實現(xiàn)攝像機(jī)交互，（1）貼圖烘焙（2）貼圖優(yōu)化（3）攝像機(jī)交互式設(shè)計（4）交互設(shè)計（5）編譯輸出進(jìn)行最終渲染和展示。利用仿真技術(shù)復(fù)原的古建筑群可以在不占用現(xiàn)實資源，不破壞歷史文物的基礎(chǔ)上，達(dá)到具象的、直觀的、古建筑觀賞、研究和科普的作用。通過交互的方式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以有效地展示中浙中古村落的建筑群效果，對于古村落獨特的建筑和人文魅力這一非物質(zhì)文化遺產(chǎn)可起到有效的保護(hù)作用。

五、初步方案經(jīng)驗小結(jié)

在歷時三年的初步方案實施過程中，先后對金華湯溪鎮(zhèn)寺平村、蘭溪諸葛八卦村、澧浦鎮(zhèn)瑣園村等古村落群實施了初步建模和環(huán)境布局，測繪和前期規(guī)劃采集，都能基本完成，通過采集古建筑群數(shù)據(jù)庫，整理構(gòu)件數(shù)字資料集以及村落人文歷史等因素，整理出系列的調(diào)研報告。但對數(shù)字化模型渲染中遇到的問題重重，主要存在的問題是對古建筑的材質(zhì)制作經(jīng)驗較少，相對較為成熟的建筑模型效果，團(tuán)隊作品略顯稚嫩，不能突出古建筑構(gòu)建中腐蝕破損的歲月滄桑質(zhì)感。這需要長期的訓(xùn)練和實踐積累，以及深入了解和采集，爭取更真實的效果。第二，在環(huán)境布局上，通過對博物館、圖書館等資料，對浙中地區(qū)的人文歷史素材進(jìn)行整理收集，還需要較長的周期，才能全面和真實。最后，在渲染過程中發(fā)現(xiàn)模型的制作面較多且細(xì)節(jié)處理復(fù)雜，普通的工作站無法輸出最終效果，接下來將通過后期借用渲染農(nóng)場和刀片式渲染方法進(jìn)行渲染和展示，硬件的條件能通過技術(shù)解決，同時也會將初期作品反饋到古村落研究專家和普通觀眾，給予意見和建議，加以實施完善。

主要經(jīng)驗小結(jié)有以下幾點：

1.古村落建筑群的數(shù)字化保護(hù)是一項系統(tǒng)工程，需要在經(jīng)驗積累中探索前進(jìn)。選擇一套典型案例，作為基本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)流程方案的制定，能夠舉一反三，為接下來的村落數(shù)字化方案提供參考。

2.以古村落為紐帶，關(guān)注古村落形成的歷史原因、選址規(guī)劃、人文風(fēng)俗、歷史演變過程，對古代村落文化和人文歷史的考究，對提升古村落人文價值，提升旅游開發(fā)價值，以及對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的傳承和保護(hù)有著重要意義。

3.通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析古建筑地域性與時代性的特征，對現(xiàn)代化保護(hù)和開發(fā)，在實施過程中，協(xié)調(diào)好古文物、風(fēng)俗的保護(hù)，也做到現(xiàn)代化開發(fā)，提升本土居民生活水平，具有整體性、前瞻性、動態(tài)性的作用。

六、浙中地區(qū)古村落建筑群數(shù)字化保護(hù)的意義

在對浙中地區(qū)古村落建筑群的數(shù)字化保護(hù)研究的初衷，是為了填補(bǔ)傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)保護(hù)中對于動態(tài)的文化遺產(chǎn)保護(hù)的空白。通過交互的方式，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，無損化地進(jìn)行采集和整理寶貴的物質(zhì)文化遺產(chǎn)信息，研究古村落建筑群傳統(tǒng)木建筑營造技藝，對于木建營造技藝的信息采集數(shù)字化數(shù)據(jù)和傳承保護(hù)的作用。虛擬仿真技術(shù)的利用利于網(wǎng)絡(luò)和展覽館展示的傳播特性，也為廣大群眾從中了解浙中地區(qū)古村落及古建筑群，普及浙江金華地區(qū)乃至全國古村落歷史文化起到了積極的作用。有效的將古建筑及周邊的環(huán)境一起保存下來通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將文化遺產(chǎn)存儲為數(shù)字方式，可以永久的保護(hù)文化遺產(chǎn)，方便以后學(xué)者研究。

結(jié)論

基于現(xiàn)代信息化和網(wǎng)絡(luò)化時代，加強(qiáng)對古村落建筑的研究，利用現(xiàn)代科技手段進(jìn)行保護(hù)和傳承，開展浙中地區(qū)古村落建筑群數(shù)字化開發(fā)與保護(hù)研究工作。目的是以古建筑的數(shù)字化復(fù)原解決方案為線索，以三維建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)交互技術(shù)等手段，進(jìn)行從素材歸集和數(shù)據(jù)分析到完成整個數(shù)字復(fù)原系統(tǒng)平臺的解決思路。此類方案可以應(yīng)用于大多數(shù)實體文物類的數(shù)字保護(hù)與復(fù)原、博物館虛擬展示、歷史文化的網(wǎng)絡(luò)普及等領(lǐng)域。對浙中地區(qū)古村落建筑群數(shù)字化及三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，將具有功在當(dāng)代，利在千秋的意義。

注釋：

①婺派建筑:北京土人景觀規(guī)劃設(shè)計研究院顧問、總規(guī)劃師洪鐵城提出了“婺派建筑”概念，并撰寫了《東陽明清住宅》、《經(jīng)典盧宅》、《沉浮櫸溪》書籍和論文，引起了廣泛關(guān)注。屏風(fēng)墻、大院落、單體建筑規(guī)模、型制不一、大敞口廳等特點是婺派建筑區(qū)別于徽派建筑的特點。

[1]國務(wù)院關(guān)于公布第三批國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄的通知[EB/OL].（2011-06-09）[2012-12-08]http://www.gov.cn/zwgk/ 2011-06/09/content_1880635.htm.

[2]王越.重慶市優(yōu)秀建筑的數(shù)字化保護(hù)還原研究——以“陳家大院”為例[J].藝術(shù)科技.2016（01）.

[3]黃永林，談國新.中國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)研究[J].華中師范大學(xué)學(xué)報（人文社會科學(xué)版），2012（2）.

[4]談國新，孫傳明.信息空間理論下的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)與傳播[J].《西南民族大學(xué)學(xué)報：人文社會科學(xué)版》，2013（06）人大復(fù)印《文化研究》復(fù)印期號：2013（10）.

修瑞云（1984-），女，福建龍巖人，藝術(shù)碩士，金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院影視動畫專業(yè)，浙江省現(xiàn)代職業(yè)教育研究中心文化傳承與創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)研究所副所長，講師，主要研究方向：視覺藝術(shù)、數(shù)字媒體、影視動畫。