古建筑構件數字化保護及其應用

方林娜 衢州學院本科在讀

隨著近代工業革命的發展，到信息化革命的大時代，人類社會發生了幾千年以來前所未有的大變化，隨之而來的是鋼筋混凝土的大建筑時代。長期生活在古老潮濕破舊的傳統建筑之中的人們，在這樣的時代變化之下，紛紛投向一幢幢新建筑樓房，“大樓房”一時之間成為人們奮斗的人生目標。在這樣的時代大背景下，傳統建筑的消亡成為必然（古建筑損壞情況如圖1 所示）。當然，傳統建筑中的精髓傳統建筑構件也在劫難逃。然而，隨著人們受教育水平的提高，人們逐漸意識到古建筑是中華民族千年來歷史文脈的根基，因此近年來從政府到社會開始開展不同形式的保護活動。

1 古建筑構件的文保價值及保存難度

1.1 古建筑構件的文保價值

圖1 古建筑損壞情況

中華民族的傳統建筑主要以木結構為主，磚石等其他材料穿插其中。同時，古建筑主要由眾多不同的構件組合而成，其中包括基本的臺基、檁條、梁柱、斗拱、屋頂、山墻、藻井和彩畫等[1]。最具代表性的北京故宮，是目前現存最大、最完整的古建筑群。其宮殿建筑中的古建筑構件大量使用了雕刻、貼金、鏤金、漆畫、玉石、景泰藍及螺鈿鑲嵌、硬木貼絡、綢緞裝裱等一切工業美術手段，將高超的建筑技術與藝術融為一體，體現了我國古代宮殿建筑的最高成就[2]。

1.2 古建筑構件的保存難度

我國的傳統建筑群很多。一座單體建筑往往由成千上萬個構件組成，由于古建筑構件主要為木結構，其中還有許多獸形飾件[3]，其自然屬性使建筑群體面對災害時的抵抗力較弱，尤其是火災、蟲害。同時，其較高的文物價值使得一些人對其產生了歹心，主動的交易販賣到偷盜都使許多優秀的古建筑構件殘缺不全。而且傳統的古建筑繪制保存技術難度較大，保存不當具有較大的損壞風險。

2 數字化保存在古建筑構件保存中的應用

2.1 傳統古建筑保存手段的發展

圖2 梁思成手繪山西佛光寺大殿

圖3 古構件數字化建模成果

20 世紀中后期，人們已經從傳統的手繪記錄保存（見圖2）到利用攝影技術來記錄古建筑的信息，但是攝影等資料將受到各種因素影響難以保存，同時受制于圖像拍攝技術角度等問題，拍攝結果對比現實中古建筑將會出現局部失真等問題，難以長期采用。隨著信息化革命的發展，網絡技術與虛擬現實的出現使古建筑構件的保存又開啟了新的征程，三維建模技術的發展將古建筑數字化保存推進了一個新的臺階。

2.2 古建筑點云技術分析建成三維模型

利用圖像的建模與繪制技術生成三維模型，但即使是最先進的三維激光掃描技術，結合復雜的古建筑結構也會出現掃描漏洞。因此需要對一些古建筑構件的尺寸參數進行參考修復，使其達到一種完整且現實的形態，達到真實化保存的目的[4]。在這一個過程中，通過研究古建筑構件三維建模的共性特點，結合提煉其空間三維點云結構和計算機數據研究得出新型算法，使得原先緩慢的建模過程通過提煉的算法變得更加便捷、迅速，大大提高建模的工作效率，便于對于古建筑的保存。

通過這種數字化的保存形式，給古建筑的保護提供了便利，相較于原始的保存形式，數字化保存技術可以結合其他的數據測量技術，將古建筑構件數據形成系統的數據分析[5]，可以為已經遭到破壞的喪失局部的古構件提供數據，幫助進行古建筑復原。古構件數字化建模成果如圖3 所示。

2.3 古構件數據云平臺的建成及分析

圖4 團隊古構件數字化云平臺

對于大量采集的古建筑構件數據，結合計算機數據建立一個構件數據的云平臺（見圖4）。通過云平臺的建設，可以更加簡便地完成古構件的快速建模，計算機通過研究古構建的三維點云數據特點，得出古建筑構件三維建模的共同之處，通過深入研究得出新的算法，使得古建筑構件能快速完成建模，數據采集與構件成模兩個過程分離，使得古建筑構件數據的采集效率大大提升。云平臺的數據庫可在短時間內積累大數據，為后期古建筑多項應用提供幫助。

3 古構件數字化保存在現實生活中的應用

新開發的古建筑建模技術擁有速度快、精度高、效率高、成本低等特點，因此適合在古建筑數字化保存領域大面積推廣應用。近年來，各類云計算的成熟、各類云平臺的出現，使古建筑數字化在這個領域開始嶄露頭角，通過拍攝各類古建筑構件后到進行模型建設完成，本地數據庫生成是一個局部開放狀態。通過結合共享云平臺使“古建筑構件數字化博物館”成為可能。數據可以長久保存下去且不受破壞，同時云端的數據可以為傳統古建筑研究做出科學的數據貢獻，也為廣大人民群眾實現了在家就可以“逛”博物館的可能性，使更多人可以了解古建筑文化，加入古建筑文物保護行列。