基于無人機技術的歷史建筑保護數(shù)字化資源建設與利用

莊東曉

摘 要：無人機便攜、機動的特點，適合作為歷史建筑保護數(shù)字化資源采集的工具。無人機相關的影像處理軟件、網(wǎng)絡存儲與展示技術、線上教學平臺，助力歷史建筑保護數(shù)字化資源的利用。

關鍵詞：無人機技術；歷史建筑保護；數(shù)字化資源

一、傳統(tǒng)歷史建筑影像采集方法的局限性

傳統(tǒng)的歷史建筑影像采集，采用人工走訪拍照，觀察建筑的改建情況，記錄勘察數(shù)據(jù)，搜索文獻資料的方法。由于傳統(tǒng)建筑多處偏遠的鄉(xiāng)村，無法就近找到有效的制高點拍照，往往需要利用周邊山體才能鳥瞰整個建筑，費時又不安全；有些歷史建筑緊靠河流，靠水的一面無法拍攝只能放棄；傳統(tǒng)的地面攝影只能觀察建筑的各個立面，建筑整體、外部環(huán)境、建筑與周邊環(huán)境的關系通常無法表達。傳統(tǒng)歷史建筑影像采集方法受到諸多自然條件的限制。

由于歷史建筑多處偏遠的鄉(xiāng)村，交通不便，前期的資料不完整甚至缺失，給資料的收集，包括影像資料的采集和建檔帶來很多不便。建檔工作往往費時費力，進展緩慢，效率低下，很多設計單位望而生畏，表示無意也無力承擔此類工作。因此，必須依靠現(xiàn)代化的技術手段，才能從根本上解決影像資料采集難的問題。

二、基于無人機技術的傳統(tǒng)歷史建筑影像采集的數(shù)字化建設方案

信息化是當今時代發(fā)展的大趨勢，數(shù)字技術的大力發(fā)展和廣泛應用為傳統(tǒng)歷史建筑保護提供了新的技術手段和思路，歷史建筑保護也進入了數(shù)字時代。數(shù)字化技術可快速且高精度地獲取建筑的全方位立體空間信息并將采集的建筑物相關屬性信息轉化為數(shù)字化信息，建立歷史建筑數(shù)字化檔案，從而實現(xiàn)歷史建筑信息的永久保存和數(shù)字化傳播。

黨的二十大報告首次將“推進教育數(shù)字化”寫入“辦好人民滿意的教育”部分，提出了“推進教育數(shù)字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”的目標。2021年初，聯(lián)合國教科文組織提出要開發(fā)高質量的數(shù)字學習內容，支持教師掌握遠程和混合教學彈性教育系統(tǒng)。以數(shù)字化助力教育優(yōu)質均衡發(fā)展，助力教育強國建設將成為普遍共識，利用數(shù)字技術提高教育應對能力將成為常態(tài)。

（一）數(shù)字化技術助力歷史建筑的保護和利用

隨著各種數(shù)字化攝影設備如無人機、三維激光掃描儀、360全景云臺的發(fā)展，數(shù)字化技術已經(jīng)廣泛應用于傳統(tǒng)建筑的管理和修復中，主要的數(shù)字化技術有虛擬現(xiàn)實技術、計算機攝影和測量技術、計算機輔助修復技術。

虛擬現(xiàn)實技術能夠把拍攝的圖像進行合成，以三維的方式展現(xiàn)傳統(tǒng)建筑，提供更為直觀和全面的視角，提高信息解讀的效率；計算機攝影和測量技術能夠量化建筑的各類數(shù)據(jù)信息，根據(jù)這些信息利用計算機制圖軟件建模，并針對模型進行一系列分析；計算機輔助修復技術可以對建筑破壞比較嚴重的區(qū)域進行單獨掃描或拍攝，獲取建筑破壞情況的詳細信息，便于后續(xù)修復工作的展開。

（二）無人機為主的信息采集方案

無人機技術已經(jīng)較為成熟，廣泛應用于城市規(guī)劃、環(huán)保、交通、地質勘探等領域，中國是無人機開發(fā)和應用的領跑者，選用國產無人機，技術上不存在問題。

無人機具有攝帶方便、成像效果好、視角跨度大的特點，既可以在空中拍攝總體效果，也可以貼近目標拍攝建筑細部特寫，還可生成360全景圖，十分適合歷史建筑數(shù)據(jù)的采集。無人機對于起降場地的要求較低，只需找到上空無遮擋的一小塊空地就可起降，在古村落這種特殊環(huán)境拍攝，具有其他設備不可比擬的優(yōu)勢。

（三）通過軟件處理照片和視頻

為了充分發(fā)揮無人機的效能，無人機拍攝的照片格式可以選擇稱為“數(shù)字底片”的DNG格式，從而真實地再現(xiàn)建筑的色彩、光影和質感，PhotoShop和LightRoom軟件是照片后期的通用軟件，師生們可以協(xié)同處理；陽光充足的環(huán)境下，視頻拍攝可以選擇高動態(tài)的“D-LOG格式”，通過剪映、Premiere、達芬奇等軟件進行視頻處理。

（四）建設并優(yōu)化網(wǎng)絡展示和共享平臺

對外，完善可用于線上展示VR全景影像的“720云”平臺，把無人機采集的資源上傳至該平臺，并不斷地補充；對內，可利用實驗室現(xiàn)有網(wǎng)絡設備，搭建面向全校的專用FTP服務器，把制作的資料上傳至服務器，利用校內訪問不計網(wǎng)絡流量的優(yōu)勢，共享上述資料，做為教學、科研、設計的專用資源庫。

2.5網(wǎng)絡平臺的教學應用。在傳統(tǒng)歷史性建筑數(shù)字化的建設過程中，通過多資源開發(fā)、多情景展現(xiàn)、多形式交流等模式，改變傳統(tǒng)的課堂教學方式，幫助學生從資源展示中欣賞建筑藝術，從實測數(shù)據(jù)中感知建筑尺度，從研究成果中擴展認知視野；還可以幫助學生利用網(wǎng)絡平臺，從多個維度全面認知傳統(tǒng)建筑本體及其外部環(huán)境，客觀理解傳統(tǒng)建筑的基本特點，從而真正實現(xiàn)“以學生為中心”的教學理念，對豐富教學方法和實驗手段具有重要意義。

根據(jù)應用場景開展線上教學或線上線下混合教學，收集師生使用反饋，進一步完善網(wǎng)絡平臺。

三、結論

數(shù)字化技術在我國的歷史建筑保護領域已得到了很好的應用，基于成熟的無人機技術、豐富的圖像和視頻后處理軟件、高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡技術、疫情時代打造的線上教學平臺，可以把歷史建筑保護數(shù)字化資源建設和利用提高到新的高度。

參考文獻：

[1] 高益忠，陳明輝，黃燕．東莞市歷史建筑數(shù)字化保護研究［J］．測繪通報，2021（7）：140-143．DOI：10．13474/j．cnki．11-2246．2021．0225．

[2］池夢潔，張文翔.三維激光掃描及傾斜攝影測量在古建筑數(shù)字化建模中的應用對比--以西安廣仁寺為例［J］.建筑與文化，2022（6）：45-46.