數字虛擬技術在古建筑修復中的探索及發展

吳揚

摘 要：隨著現代科學技術的迅速發展，數字建模技術得到不斷完善，為古建筑的數字存檔、修復改造、再現、展示、保護提供了一個全新的技術平臺。本文在簡要闡述古建筑修復保護的重要意義和數字虛擬技術基本內涵基礎上，重點闡述了我國古建筑修復的數字虛擬技術探索應用，以期人們能認識數字虛擬技術對古建筑的保護、展示、修復和復原的重要作用。

關鍵詞：數字虛擬技術；古建筑；修復；保護；信息集成

古建筑受風雨侵蝕、陽光照射、蟲蟻侵害等自然原因，也受現代城市建設的拆毀等人為原因，讓很多古建筑失去了原有的風貌，無法復原古建筑，所以歷史建筑的復原與保護是我們當代義不容辭的責任。不斷發展的現代數字技術尤其是數字建模技術可以構建一個與原建筑一樣的虛擬環境，為歷史建筑資料的保存和復原提供強有力的技術支持，為古建筑的修復和文化遺產的傳承提供很大方便。新時期探討數字虛擬技術應用于古建筑修復保護中是一個非常重要的課題。

1 古建筑修復與保護的重要意義

古建筑是一種特殊的文化信息載體，具有豐富的文化信息資源，也是人類文明的藝術瑰寶，保護古建筑是當代人義不容辭的責任。但近年來，受旅游業、城市建設、環節污染等因素的影響，我國很多古建筑都不同程度地發生了變形和損壞；古建筑中大多是木質結構，古建筑中的很多考究的工藝細節和工藝元素，受氣候影響、自然災害和人為因素影響，現在是腐蝕損壞非常嚴重，有的已經是面目全非。而目前掌握精湛工藝的匠人越來越少，其工藝手法漸漸失傳，古建筑安全保護與模擬復原是任重道遠。有的地方雖然認識到保護古建筑的重要性，但受政府財力限制，只對部分著名古建筑進行了保護修繕，大多數古建筑還沒有列入保護計劃，即使列入了計劃也不能得到有效保護，所以保護古建筑是具有很強的必要性和重要性，具有非常重要的現實意義。

2 數字虛擬技術

虛擬技術是利用電腦和傳感器模擬一個和真實環境非常逼真的環境。虛擬現實技術是利用計算機構建一個三維數字虛擬環境，讓人產生一種身臨其境的視覺感覺，這就是虛擬現實技術。虛擬現實技術是由計算機圖形學、圖像處理、多傳感器、網絡等技術構成。隨著現代科技的發展，美國、英國、日本和中國等數字技術發達的國家都在廣泛應用虛擬現實技術，如用數字技術來虛擬復原古建筑。虛擬古建筑需要構建可視三維模型，建立古建筑復原系統，收集詳細的古建筑資料，建立數據庫。建立可視化三維模型首先是建立古建筑的三維結構；接著是對模型進行貼圖、打光、渲染等處理，最后是描述處理物體的運動和行為，這樣一座仿真的虛擬古建筑就建成了。

3 數字虛擬技術在古建筑保護修復中的應用探索

3.1 古建筑保護修復中的數字化儀器應用

第一，三維激光掃描技術。三維激光掃描技術是不受環境條件限制，能夠對建筑物表面進行快速掃描，并測量、獲取數據，這些數據量大且精準，是一個龐大的三維坐標點的云數據，能滿足保護和修復古建筑的高精度要求。這些云數據具有完整、精確、永久等優點，是保護和修復古建筑的依據。利用這些云數據和一些軟件，就能構建出建筑物表面的三維模型，還原已經不存在的古建筑。

第二，全站型電子速測儀。全站型電子速測儀簡稱全站儀，利用全站儀測得的數據就能夠計算出任意觀測點的坐標，能夠準確測量古建筑的形狀、大小和空間位置，還能自動繪制出古建筑的平面、剖面、立體等三種圖像。在立面測繪時，免棱鏡全站儀能夠選擇任意安置點測量古建筑高度，能把所測得的數據準確及時地在草圖上標注。

第三，GPS。GPS是全球定位系統的簡稱，它是由高空中的衛星、地面控制監測系統和用戶終端設備三部分組成，具有全天候、全球性、高精度、及時性等特點。在古建筑保護中，應用GPS，通過動態和靜態定位方法，能簡化攝影測量戶外控制工作，測得的數據能夠得到及時準確處理。

3.2 古建筑保護修復中的數字化保存

古建筑保護修復中使用數字化儀器，不僅提高了測量效率，也提高了數據精度，更為重要的是，這些數據還能夠實現數字化保存，科學歸類存放古建筑的年代、建筑內外部結構、圖形尺寸和紋理等一系列數據。數字化保存能實現高保真度，調取查閱方便，如果日后要對古建筑進行保護、修復、研究，就可以隨時調出這些數字信息，最大限度地發揮古建筑數據庫的作用，增加數據的利用價值。

3.3 古建筑保護修復中的數字化監管

古建筑信息數字化保存后，可以利用圖像處理技術，定期不定期地對前后圖像的顏色、形狀和紋理等特征進行比較分析，比較出古建筑圖像的匹配度，及時發現古建筑中的風化、腐爛或損壞的部位、程度等詳細信息，專業人士可以利用圖像處理技術、人工智能技術，對古建筑進行虛擬修復與復原，還其本來面貌，全程實現數字化監管。

3.4 古建筑保護修復中的數字化輔助設計

在古建筑保護修復中，可以利用數字化輔助設計系統，對平面圖案、三維實體造型進行數字化輔助設計，也可以對已有的典型圖案、三維實體進行創新設計，使得更加便利快捷地復原古建筑。可以運用計算機輔助設計軟件，借助古建筑原有的測量數據，創建仿制品，準確地復原與再現古建筑。

3.5 古建筑保護修復中的數字化展示

利用虛擬現實技術、網絡技術構筑虛擬數字博物館，借助于計算機的虛擬現實技術模擬現實場景，無需一磚一瓦，閱覽者通過點點鼠標就可以清晰地看到內容詳盡的歷史原貌，讓人們產生身臨其境感覺，這不僅節省了物質資源，也大大擴展了實體博物館的展示空間，全方位展示古建筑，人們足不出戶就能漫游在虛擬而又真實的博物館中，就能飽覽古建筑的藝術風采和人文魅力。

4 結語

古建筑保護運用數字技術就可以為人們提供文字、圖像、聲音、視頻及三維數據信息，為古建筑提供數字化保存、監管、輔助設計和展示服務，為實現對古建筑的動態監管打下堅實的技術基礎，能實現更好地對古建筑進行保護。意大利羅馬古城的復原，讓世界人們又一次目睹了羅馬古城的風采。中國建立圓明園的虛擬影模，讓人們又體驗了大清盛世時皇家御用園林的磅礴氣勢。江西建設“南昌明城”，重塑明代繁華。所以說，數字虛擬復原具有很好的應用前景，它是將來文化遺產復原和保護的發展方向。

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