中國古代建筑多維模型庫的搭建與展示界面設計研究

張子迎，周平，曹瑩，薛露然，張泓胤

(北京聯合大學應用文理學院，北京100191）

1 引言

中國古代建筑是一種在中國發展了數千年的建筑風格，具有悠久的歷史和光輝的成就。自商周時期以來，中國建筑的整體結構特點基本沒有改變，總體都以木構架結構為主要的結構方式，布局對稱，具有一種簡明的組織規律，規劃嚴整，造型優美，裝飾豐富多彩，特別注意跟周圍自然環境的協調[1]。同時，中國建筑的構成都非常重視追求中和、平易、含蓄而深沉的美學特質，這同時也體現了中國人的民族審美習慣，這與歐洲建筑體系突出建筑個體的放射外向性格、體形體量的強烈對比等審美習慣有明顯的差別[2]。

近年來，古建的調查與保護開始采用一些先進技術，例如以3S技術為核心的綜合應用[3]。3S主要包括全球定位系統（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統（GIS），其產品的多樣化能夠滿足古建多目標多尺度地行業需求。三維建模技術在古建保護中的應用也非常廣泛，三種常用的建模方法（三維極光掃描技術[4]、幾何建模技術[5]、攝影測量技術[6]）都在古建三維建模中使用。古建的三維模型數據對古建的研究與展示非常有價值。通過三維模型數據，可直接獲得古建不同視角平面圖；在古建三維數據的基礎上可開發古建筑數字化管理系統，不僅為古建筑的研究與使用提供幫助，還極大的方便了古建筑的保護工作[7]；利用三維模型，可虛擬拆解建筑結構[8]，并模擬出古建筑建造的過程動畫，以便更清晰的展示古建的結構，讓古代的建造過程得以真實再現，從而增加古建數字化展示的交互性與趣味性。

目前古建三維模型已經積累了大量的數據基礎，如何對這些數據進行分析與再利用，使其能夠更好的支撐不同時期，不同類型的古建三維模型的搭建，并進行展示利用，是大量三維模型獲得之后需要密切關注的問題。文章工作主要針對已有的大量模型數據，對模型進行梳理、分類，最終形成方便調用、方便查詢的多維模型庫。

2 研究思路與方法

目前積累的古建及相關構件模型數量約1029件（套），數據量將近50G。這些數字化模型包括不同時期，不同布局的典型建單體筑，還包括不同類型、不同材質的建筑構件。數據來源以幾何建模方法為主，少數是三維激光掃描或攝影測量的數據。圖1展示了部分SkechUp和3DsMax格式的模型。

基于上述大量建筑模型數據，首先在模型數據信息分析的基礎上，設置多維度分類標簽。例如可從模型數據質量的角度，對這些古建三維模型數據的精度進行評估，同時提升模型質量，并根據模型質量設置模型質量級別標簽；還可從建筑模型知識信息的角度，根據時代、功能、地域等劃分建筑模型，根據類型、等級、歸屬等劃分構件模型。其次，根據標簽建立古建多維模型庫的三維模型展示系統，根據展示的多樣性，提供三維模型展示、高清圖片展示及詳細信息展示。具體工作思路如圖2所示。

3 古建模型多維標簽設置

中國古代建筑多姿多彩，有多種分類方法，例如按時代分類，按房屋造型分類，按使用功能分類等等，但是要做到一分而蓋全的分類幾乎是不可能的。所以，標簽設置中改用了多種分類方法結合的方法。下面對部分標簽進行詳述。

3.1 朝代標簽

中國建筑已經發展了很長一段時間，但由于文化的連續性和工匠對傳統風格的執著，它具有很大的一致性。由于設計的連續性，要區分大多數中國古代建筑的建造年代并不容易。但是每個朝代還是有一些文化影響下的特征，例如漢代建筑的典型建筑形式是闕，建筑上筑以高臺，屋脊平直而短，屋頂瓦當均為全圓瓦當等特點；宋代建筑梁柱上有碩大的斗拱，更出現了不規整的梁柱鋪排形式，建筑物的屋脊、屋角有起翹之勢，柱子造型更是變化多端。根據這些古建筑的朝代特征，把這些古建筑都歸屬到不同的朝代下。

3.2 功能標簽

根據樂嘉藻先生的《中國建筑史》中的描述，我們把古建單體模型按功能分為平屋、塔、橋、亭子、宮殿、漢闕、城門、牌樓、樓閣這幾類。故樂嘉藻先生認為“中國建筑，就實用上言，如特殊之結構，不外三間五間、一正兩廂組合而成，故不能用西人之法，在用途上分類，而由形式上分類”這是樂先生的觀點，不過他認為雖然形式上結構上大體相同，但是由于用途的不同，各種不同類用途的建筑或建筑群都有著自己光輝的歷史。于是他又提出了仿歐人就用途上分類：曰城市、曰宮殿、曰明堂、曰園林、曰廟、寺、觀。

西方人的功能分類方法比較簡單，比如城堡就是一個整體，一個頗具規模的龐大的單體建筑。因此，按西方人的分類方法，就適用于一組建筑，即達到規模的建筑組群。據此在標簽設置中有一個宮殿分類，就是按照一組建筑的標準進行分類。

3.3 地域標簽

地域標簽主要用在傳統民居的分類中，民居分類主要來源于《中國傳統民居類型全集（上、中、下）》。民居屬于公元1840年之后的近代鄉土建筑，是非皇親國戚權貴高官的一類百姓的建筑。傳統民居有幾個重要的特點：大量性、地域性、多樣性與活化石。

圖3 古建多維模型庫框架結構

圖4 古建多維模型庫展示界面

無論是古代還是近代，民居都是建造數量最多的，在整個中國傳統建筑體系中，占據著突出的數量優勢。古建模型數據中就有很多土地廟、祠堂、四合院等單體模型。中國國土的地域多樣性，帶來了傳統民居建筑的多樣性，同樣是木構架建筑，北方與南方的散屋會呈現不同的形態；同樣是木構架體系下的庭院式布局，北京四合院、東北大院、晉陜窄院、徽州天井院又不相同。與此同時，該部分還把蘇州園林分在了民居分類中，不同于傳統皇家園林，蘇州園林屬于私家園林，所以屬于民居的范圍。

3.4 建筑構件標簽

除了單體建筑或建筑群，還有建筑構件的分類，根據模型數據情況，主要包括建筑組成部件及室內家具陳設兩部分。對于建筑組成部件，我們主要根據其功能、等級進行標簽設置。主要類別根據建筑基本構件功能的劃分，包括走廊、照壁景墻、小品、圍墻、宅門、美人靠、佛像菩薩、雕花窗、窗花格、花窗等。除此之外，還可根據等級進一步劃分，例如宅門可細分為廣亮大門、金柱大門、蠻子門、如意門等。室內家具陳設模型主要為明代桌、椅，燈籠等。

4 古建多維模型庫及展示界面

根據古建模型標簽搭建古建多維度模型庫。同時在已設置標簽模型庫的基礎上，進行多維展示頁面的設計。設置朝代為一級查詢目錄，功能為二級查詢目錄，實際分類情況根據模型進行劃分。例如根據模型的朝代歸屬，目前只有漢唐、宋代、明代、清代的建筑模型。考慮民居、構件的層級特點，設置民居、部件為兩個獨立一級查詢目錄，民居下分地域查詢目錄，構件下分功能查詢目錄。詳細模型庫構架如圖3所示。

利用網頁制作軟件Dreamweaver設計展示界面，根據古建多維模型庫的基本樣例范式，設計簡潔的展示界面首頁，如圖4a所示，同時根據古代建筑多維展示的主題設計了網頁LOGO。依據標簽分級顯示，考慮到層級顯示的友好性，設計三級顯示。圖4b為二級顯示界面，圖4c為三級顯示界面，可對模型的詳細信息、高清圖、三維模型等內容進行進一步以彈窗形式展示。

5 結論

三維建模技術在古建中的應用日益廣泛，隨著數據量的豐富，如何在大量模型數據的基礎上開展古建三維模型的可持續開發與利用成為古代建筑數字化領域逐漸為人關注的焦點。文章即基于大量古建三維模型數據，通過標簽設置的形式，建立可展示、可利用的多維模型庫，并以多維模型庫為內容設計展示界面。這不僅實現了模型的多維管理與展示，避免了古建模型的重復制作和資源浪費，而且對基于模型庫的場景復原，建筑重建都有重要的現實意義。在今后的工作，將把多維模型庫應用到古遺址場景再現的項目中。