浙中地區古村落建筑群的數字化技術保護研究

修瑞云

金華職業技術學院

浙中地區古村落建筑群的數字化技術保護研究

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

修瑞云

金華職業技術學院

傳統的古村落和古民居保護工作因工藝技術落后、環境因素多變等原因，影響保護效果。隨著數字科技高速發展，運用數字化技術進行古村落建筑群的維護，能實施建筑無損耗保護研究，有利于傳統古村落文化保護的普及與推廣。本文研究針對于浙中古村落建筑群的數字化保護，在實地深入調研考察的基礎上，利用數字化建模和交互的呈現，并投入人機交互試驗，為保留數字化文物遺產的研究，提供借鑒和參考。

虛擬現實；浙中古村落建筑群；數字化技術

浙江省教育廳科研項目《古村落建筑群的數字化開發與保護研究》課題成果

（2015YB010）；浙江省現代職業教育研究中心文化傳承與創意產業研究所研究成果。

引言

村落是人類聚集、生產、生活和繁衍的最初形式。進入現代社會后，一些演進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，且環境、形態、建筑、歷史文脈、風俗等均保存得較好，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型傳統基礎，是集結了群體、社區、宗族、民族的集體記憶和智慧結晶，是集鄉土建筑等物質文化遺產，民俗、傳統技藝等非物質文化遺產和宗族、耕讀等文化內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。

浙江地區物產豐富，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；中國傳統村落53個，占全省的百分之十六。浙中地區的古村落不僅有數量上的優勢，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、浦江縣鄭宅鎮鄭宅村、金華湯溪鎮寺平古村以及澧浦鎮瑣園村為例，其精心謀劃的布局，以婺派建筑風格的廳堂院落，白墻黑瓦土木架構建筑營造技藝為主，加上科學合理布局的人文景觀及建筑周邊的自然環境，以及繁復精美的木雕、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外游客前往。

一、浙中地區古村落建筑群數字化保護的目標

由團隊專業師生組隊的調研組，在浙中地區的歷史文化名城、名鎮、名村進行保護及資料整理工作，帶領學生對金華及附近多個村鎮做了建筑測繪、文化遺產調查、歷史狀況采集，據此編制了部分古村落（鎮）保護規劃。深入走訪調查，運用城市規劃學、社會學、文化人類學、建筑學以及媒體藝術、數字技術等相關學科理論和知識展開研究，旨在結合高校藝術類專業課程中數字化三維課程、古建筑測量與實施課程的實訓融合，師生團隊協作，運用數字化技術，保護、研究和展示浙中古建筑的歷史文化遺產。利用測量技術、數碼拍攝、三維建模等數字化技術手段，采集、設計、加工和儲存古建筑及古村落的數據，建立數字資料圖庫、三維模型庫和大數據分析庫，建立虛擬現實的立體再現平臺，利用三維立體呈現、虛擬現實技術來展現古村落原貌，進行非物質文化遺產的數字化傳承和保護，解決互聯網時代下的展示和表現方式。此前浙中地區古村落的調研測繪，鮮有院校參與，結合高新技術的嘗試尚屬首次，對推進數字技術在浙中古村落建筑群保護的綜合應用有很大幫助。

二、古村落建筑數字化采集數據的方法

傳統的古村落、古民居在維護和修繕過程中，往往根據老工匠的經驗、落后的技術進行實體修復，再次損壞鮮有發生，造成無法挽回的后果。浙中傳統古建筑是從農耕時期逐漸形成，當時的人們已經懂得因地制宜，采集本土材料，以木材、磚瓦為主要建筑材料。以木構架結構為主要的結構方式，此結構方式由立柱、橫梁、順檁等主要構件建造而成，各個構件之間的結點以榫卯相吻合，構成富有彈性的框架。在圍繞已有的浙中古村落測繪的基礎上，擴大關于古建筑的數據采集范圍，通過現場繪制進行觀察及手繪，通過三維形式進行動畫展示和數字復原。所有的研究是基于實地考察、測繪獲得的原始基礎數據。

在金華婺城區湯溪鎮寺平村、上鏡村，金東區澧浦鎮瑣園村，江東鎮雅湖村等村落，由于經濟相對比較落后，城市化進程慢，古村落群保存較為完整，在土木結構的修復上，基本依靠本地老手藝人、老木匠進行維護修復，對于完整的測繪數據的收集有著有利的條件。現階段采集中使用的基礎數據獲取方式包括以下幾種：

（一）傳統數據采集，主要以古村落的地貌、建筑、建筑結構，組織現場采集測量，對古建筑工程測繪圖紙和檔案資料進行整理和繪制；

（二）通過數碼攝影攝像技術，利用數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，作為基礎數據的來源；

（三）通過三維掃描立體成像的方式，對古建筑進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行掃描形成數據。

基于建筑模型的分析和測繪基礎之上，通過細化分類和數據整理，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，如貼圖材質的細節信息、色彩信息、材質及復原效果等進行深入研究，結合古村落的環境生態的布局加以制作。

三、古村落數字化保護方案中人文歷史因素

在調研和采集了古建筑群信息后，根據數據分析，浙中地區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、人文風俗等特征，其所在的地理環境，包括山形水域和植被特點，都不盡相同，這對古村落數字化修復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、歷史與風貌相結合，進行方案制定。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，應該整體考慮古村落這一物質文化遺產與非物質文化遺產的結合。對保護古村落原始形態，堅持物質文化遺產與非物質文化遺產共同保護和挖掘，有機的整體包括了民居、牌坊、祠堂、廟宇等，還有生活在當時的民俗民事，包括民間工藝、人文藝術等有血有肉鮮活的存在，才是對保護和繼承古村落數字化遺產的最大核心。

以金華蘭溪諸葛八卦村為例，由諸葛亮二十世孫為紀念先祖諸葛亮而按九宮八卦陣圖式精心設計構建的。位于村中九宮八卦圖中心的鐘池，一半水塘一半陸地，兩面各設一口水井，形成極具象征意義的魚形太極圖。鐘池周圍構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。村外八座小山環抱諸葛村，構成天然的外八卦陣形。當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涵，對諸葛后裔的民風民俗傳統，村落的習俗文化進行深入了解，對于數字化呈現的后續內容，增加都起到輔助作用。

四、數字化模型的材質技術研究

古建筑相對現代建筑結構方式要復雜得多，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實系統能正常運行,必須對模型進行簡化，簡化的主要方法是使用貼圖來代替復雜的模型，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真。

1.貼圖材質的細節

考慮到硬件的限制和虛擬現實系統的實時性的要求,虛擬現實系統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。在貼圖上采用照片數據色彩處理、幾何校正（偏正處理）、數據拼接和數據修復等工序，由于歷史原因，許多古建筑構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、墻繪圖案等材質光澤，磚雕、石雕磨損等情況進行復原處理。需要查閱較多古建筑修復知識和技術，加以數字化的實現。

2.空間布局的設置

場景空間、環境人文等要素是古村落數字化重建的基礎，對建筑周邊自然環境以及建筑在自然環境中，建筑文化遺產的虛擬重建必須尊重文化遺產的真實性，不同時期、季節、氣候下的狀態進行模擬效果布景及制作，調節其光照、植被、周邊山體水域及植被等環境要素。由于虛擬仿真技術的特性，仿真技術復原的古建筑群更有利于數據的分析和研究，研究人員只需要調整參數，就能夠改變日照、河流、分析自然環境與建筑的關系。

3.渲染實施要素

通過測繪及建模制作的基礎上，需要最終的展示和人機的互動，才能讓古村落數字化保護的效果得以展示和觀看，得到觀眾的認知和體驗。目前三維軟件主要通過制作物體的表面來表現對象，如果攝像機進入物體內部將看不到任何的對象。在VR制作的虛擬現實中，用戶可以使用預設相機根據系統設置好的動畫路徑，進行游覽和采用自由相機模式在場景中進行游覽兩種模式實現攝像機交互，（1）貼圖烘焙（2）貼圖優化（3）攝像機交互式設計（4）交互設計（5）編譯輸出進行最終渲染和展示。利用仿真技術復原的古建筑群可以在不占用現實資源，不破壞歷史文物的基礎上，達到具象的、直觀的、古建筑觀賞、研究和科普的作用。通過交互的方式，虛擬現實技術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文化遺產可起到有效的保護作用。

五、初步方案經驗小結

在歷時三年的初步方案實施過程中，先后對金華湯溪鎮寺平村、蘭溪諸葛八卦村、澧浦鎮瑣園村等古村落群實施了初步建模和環境布局，測繪和前期規劃采集，都能基本完成，通過采集古建筑群數據庫，整理構件數字資料集以及村落人文歷史等因素，整理出系列的調研報告。但對數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制作經驗較少，相對較為成熟的建筑模型效果，團隊作品略顯稚嫩，不能突出古建筑構建中腐蝕破損的歲月滄桑質感。這需要長期的訓練和實踐積累，以及深入了解和采集，爭取更真實的效果。第二，在環境布局上，通過對博物館、圖書館等資料，對浙中地區的人文歷史素材進行整理收集，還需要較長的周期，才能全面和真實。最后，在渲染過程中發現模型的制作面較多且細節處理復雜，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場和刀片式渲染方法進行渲染和展示，硬件的條件能通過技術解決，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。

主要經驗小結有以下幾點：

1.古村落建筑群的數字化保護是一項系統工程，需要在經驗積累中探索前進。選擇一套典型案例，作為基本規范標準流程方案的制定，能夠舉一反三，為接下來的村落數字化方案提供參考。

2.以古村落為紐帶，關注古村落形成的歷史原因、選址規劃、人文風俗、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，提升旅游開發價值，以及對非物質文化遺產的傳承和保護有著重要意義。

3.通過數據統計分析古建筑地域性與時代性的特征，對現代化保護和開發，在實施過程中，協調好古文物、風俗的保護，也做到現代化開發，提升本土居民生活水平，具有整體性、前瞻性、動態性的作用。

六、浙中地區古村落建筑群數字化保護的意義

在對浙中地區古村落建筑群的數字化保護研究的初衷，是為了填補傳統文化遺產保護中對于動態的文化遺產保護的空白。通過交互的方式，使用虛擬現實技術，無損化地進行采集和整理寶貴的物質文化遺產信息，研究古村落建筑群傳統木建筑營造技藝，對于木建營造技藝的信息采集數字化數據和傳承保護的作用。虛擬仿真技術的利用利于網絡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古村落及古建筑群，普及浙江金華地區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境一起保存下來通過虛擬現實技術，將文化遺產存儲為數字方式，可以永久的保護文化遺產，方便以后學者研究。

結論

基于現代信息化和網絡化時代，加強對古村落建筑的研究，利用現代科技手段進行保護和傳承，開展浙中地區古村落建筑群數字化開發與保護研究工作。目的是以古建筑的數字化復原解決方案為線索，以三維建模技術、虛擬現實技術、網絡交互技術等手段，進行從素材歸集和數據分析到完成整個數字復原系統平臺的解決思路。此類方案可以應用于大多數實體文物類的數字保護與復原、博物館虛擬展示、歷史文化的網絡普及等領域。對浙中地區古村落建筑群數字化及三維虛擬現實技術的研究，將具有功在當代，利在千秋的意義。

注釋：

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

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

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

[3]黃永林，談國新.中國非物質文化遺產數字化保護與開發研究[J].華中師范大學學報（人文社會科學版），2012（2）.

[4]談國新，孫傳明.信息空間理論下的非物質文化遺產數字化保護與傳播[J].《西南民族大學學報：人文社會科學版》，2013（06）人大復印《文化研究》復印期號：2013（10）.

修瑞云（1984-），女，福建龍巖人，藝術碩士，金華職業技術學院藝術設計學院影視動畫專業，浙江省現代職業教育研究中心文化傳承與創意產業研究所副所長，講師，主要研究方向：視覺藝術、數字媒體、影視動畫。