歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：歷史文化村鎮(zhèn)；數(shù)字化保護(hù)；數(shù)字化應(yīng)用

0前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化技術(shù)越來(lái)越深入人們的生活。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展為文化遺產(chǎn)的保護(hù)與利用提供了新的途徑，借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行文化遺產(chǎn)的保護(hù)，不僅成為聯(lián)合國(guó)教科文組織多年來(lái)倡導(dǎo)的方向，也是衡量一個(gè)國(guó)家文化遺產(chǎn)保護(hù)基礎(chǔ)技術(shù)和設(shè)施條件發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。

歷史文化村鎮(zhèn)也稱傳統(tǒng)聚落，是人類生產(chǎn)生活過(guò)程中形成的具有地方特色的古村、古鎮(zhèn)、古城或歷史文化街區(qū)，是歷史時(shí)期人們賴以生存的生產(chǎn)生活空間，是中華文明薪火相傳的重要組成部分，其數(shù)量眾多、分布廣泛、特色鮮明、價(jià)值豐富，傳承著中華民族的歷史文化記憶、生產(chǎn)生活智慧結(jié)晶，寄托著中華各族兒女的鄉(xiāng)愁?！爸袊?guó)傳統(tǒng)村鎮(zhèn)保護(hù)工程”是實(shí)施“中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化傳承發(fā)展工程”的重要組成部分，保護(hù)歷史文化村鎮(zhèn)就是要保護(hù)其獨(dú)特的規(guī)劃思想、布局文化、建筑風(fēng)格、環(huán)境風(fēng)貌以及豐富的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。除了常規(guī)的實(shí)體性保護(hù)之外，數(shù)字化保護(hù)是其重要的新途徑和新方式。實(shí)體性保護(hù)與數(shù)字化保護(hù)，二者互為補(bǔ)充，共同推進(jìn)中華傳統(tǒng)文化的全方位保護(hù)和永續(xù)傳承。隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化己成為時(shí)代發(fā)展的數(shù)字技術(shù)機(jī)器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的潮流和標(biāo)志，數(shù)字技術(shù)及其應(yīng)用深刻地推動(dòng)和改變了人類文明發(fā)展的軌跡，對(duì)人類社會(huì)的日常生活和生產(chǎn)等產(chǎn)生了深刻的影響。數(shù)字技術(shù)在歷史文化村鎮(zhèn)保護(hù)方面擁有著廣闊的應(yīng)用前景，賦能村鎮(zhèn)的文化保護(hù)、管理和技術(shù)開(kāi)發(fā)。歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)，能夠永久性地保護(hù)歷史文化村鎮(zhèn)的原始數(shù)據(jù)，全面詳細(xì)地記錄歷史文化村鎮(zhèn)的空間、環(huán)境與人文等數(shù)據(jù)信息，對(duì)其實(shí)行數(shù)字化管理，構(gòu)建智慧村鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)字遺產(chǎn)保護(hù)系統(tǒng)、數(shù)字鄉(xiāng)村管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)的多元價(jià)值綜合利用，提升管理效率。對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)開(kāi)展數(shù)字化保護(hù)與應(yīng)用研究，利用數(shù)字技術(shù)保護(hù)和傳承好本土文化基因，既是國(guó)家文化發(fā)展戰(zhàn)略的需要，也是鄉(xiāng)土文化保護(hù)與傳承的需要。

1歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)

1.1歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)的基本概念

歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)是指引入空間信息可視化（Geographical

information

visualiza-tion，GIV）、激光掃描儀、雷達(dá)掃描儀等數(shù)字化技術(shù)，對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)進(jìn)行全方位三維數(shù)字化數(shù)據(jù)采集，再借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，利用AutoCAD、Adobe Photoshop、3ds MAX等軟件構(gòu)建歷史文化村鎮(zhèn)傳統(tǒng)建筑的精細(xì)三維模型，通過(guò)360度全景展示、三視圖展示、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual

Reality，VR）、VRML三維實(shí)體展示歷史文化村鎮(zhèn)的虛擬成像（也叫數(shù)字再現(xiàn)、數(shù)字孿生），然后進(jìn)一步建立歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字博物館、在線服務(wù)系統(tǒng)和移動(dòng)APP等，對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行存儲(chǔ)和再利用，達(dá)到虛擬成像、數(shù)字存儲(chǔ)和后續(xù)再利用的目的。進(jìn)行歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)，需遵循四個(gè)理念：一是數(shù)字保存理念，借助于數(shù)字化技術(shù)對(duì)瀕危鄉(xiāng)土建筑實(shí)現(xiàn)數(shù)字化搶救和保存；二是數(shù)字監(jiān)測(cè)的理念，即借助于空間觀測(cè)技術(shù)對(duì)重點(diǎn)保護(hù)的歷史文化村鎮(zhèn)建筑、格局和環(huán)境災(zāi)害等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)；三是數(shù)字傳播的理念，對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化成果進(jìn)行多維數(shù)字化傳播；四是數(shù)字修復(fù)的理念，即根據(jù)數(shù)字化檔案對(duì)自然損毀、人為損毀和災(zāi)害損毀的有價(jià)值的歷史文化村鎮(zhèn)或村鎮(zhèn)建筑進(jìn)行修復(fù)和恢復(fù)。歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)包括對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)的理論架構(gòu)、歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化展示和傳播的方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化在村鎮(zhèn)保護(hù)和規(guī)劃中的應(yīng)用范式、歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化在文化產(chǎn)業(yè)中的價(jià)值和應(yīng)用范式、歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)理論、方法、應(yīng)用體系的推廣等內(nèi)容，是一項(xiàng)包含建筑學(xué)、地理學(xué)、美術(shù)學(xué)、社會(huì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和地理信息科學(xué)等多學(xué)科交叉融合的研究。目前，我國(guó)對(duì)于鄉(xiāng)村文化遺產(chǎn)的數(shù)字化研究仍處于初級(jí)階段，存在過(guò)于注重物質(zhì)文化因子而忽略非物質(zhì)文化因子、注重建筑本體而忽略建筑外延、注重空間形態(tài)而忽略文化內(nèi)涵、注重實(shí)際應(yīng)用而忽略學(xué)理分析等問(wèn)題與缺陷。因此，需要豐富歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化的理論研究，重新構(gòu)建歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保存與傳播技術(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)、方法流程、技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等，可望實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科文化保護(hù)模式的形成與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)科技與文化融合基礎(chǔ)上的學(xué)術(shù)與技術(shù)協(xié)同，推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。

1.2歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)的理論體系

中國(guó)人文地理學(xué)者劉沛林在多年從事歷史文化村鎮(zhèn)文化景觀特征分析和旅游開(kāi)發(fā)規(guī)劃等的基礎(chǔ)上，受到文化基因理論和景觀意象（Land-scape Image）理論等的啟發(fā)，借鑒生物科學(xué)的基因分析思想，逐步形成了文化景觀基因及其相關(guān)學(xué)術(shù)思想。他認(rèn)為文化景觀基因是某種代代傳承區(qū)別于其他文化景觀的文化因子，對(duì)某種文化景觀的形成具有決定作用，也是識(shí)別該種文化景觀的決定性因子，是文化“遺傳”的基本單位。文化景觀基因能夠結(jié)合地圖學(xué)、GIS等不同數(shù)字技術(shù)和方法，對(duì)傳統(tǒng)聚落文化景觀的特征進(jìn)行可視化分析，從而揭示傳統(tǒng)聚落景觀的地理學(xué)特征。之后，劉沛林和申秀英嘗試結(jié)合圖示表達(dá)的思想和“胞、鏈、形”的分析思路，構(gòu)建某研究區(qū)域的傳統(tǒng)聚落文化景觀特征的“全景式”圖譜，即文化景觀基因圖譜。針對(duì)文化景觀基因理論在研究聚落的文化景觀基因與聚落整體的空間意象方面存在著容易忽視單個(gè)傳統(tǒng)聚落包含的景觀基因整體性特征的不足，劉沛林和胡最受JeanBaptise等人提出的文化基因組（Culturomics）理論及其計(jì)算方法的啟發(fā)，提出文化景觀基因組圖譜（Cultural Landscapge Genome Maps， CLGM）理論，其繼承了景觀基因圖譜的譜系分析思想和圖示表達(dá)理念，又充分發(fā)揮了地理信息圖譜的可視化分析特點(diǎn)，推動(dòng)了定量解析傳統(tǒng)聚落景觀特征的方法體系構(gòu)建?；凇熬坝^基因信息”的“景觀基因圖譜”理論和“景觀信息鏈”理論，有助于在歷史文化村鎮(zhèn)景觀信息數(shù)字化采集、數(shù)字化識(shí)別、數(shù)字化復(fù)原的過(guò)程中，確保景觀信息不走樣、不失真、少丟失，從而忠實(shí)地記錄和傳承歷史文化村鎮(zhèn)的景觀信息。

地圖符號(hào)能描述地理對(duì)象的語(yǔ)義屬性與語(yǔ)義特征，是交流、傳輸、表達(dá)和存儲(chǔ)空間信息的媒體。同時(shí)，地圖符號(hào)又是可視化呈現(xiàn)的圖形語(yǔ)言（符號(hào)系統(tǒng)），具有類似人類自然語(yǔ)言的基本特征。從符號(hào)學(xué)的視角來(lái)看，地圖符號(hào)是表征地理空間信息特征、地理現(xiàn)象和地理系統(tǒng)發(fā)展演化、地理規(guī)律等最為有效的語(yǔ)言，可以為解讀傳統(tǒng)聚落文化景觀特征提供基礎(chǔ)支持。現(xiàn)階段的文化景觀基因理論研究工作仍然在深入探索文化景觀基因的物質(zhì)形態(tài)、外觀表征、空間結(jié)構(gòu)和表達(dá)機(jī)制等重要理論問(wèn)題，其根源在于目前尚缺乏綜合符號(hào)學(xué)的相關(guān)原理與語(yǔ)言學(xué)方法探索文化景觀基因的特征。其次，歷史文化村鎮(zhèn)是疊加于自然景觀基底之上的人類文明活動(dòng)的結(jié)晶，既具有自然景觀的屬性特征，又承載著豐富的社會(huì)歷史和文化景觀基因等文化信息，這要求人文地理學(xué)者從空間信息的維度來(lái)考察傳統(tǒng)聚落景觀的社會(huì)文化屬性特征與歷史文化價(jià)值。傳統(tǒng)聚落文化景觀基因（Cultural Landscape Gene of Tradi-tional Settlement，簡(jiǎn)稱CLGTS）以識(shí)別中國(guó)傳統(tǒng)聚落中具有標(biāo)志性意義的文化因子的特征為切入點(diǎn)，在Biolnfomatics和Geoinformation Graphes的支持下構(gòu)建文化景觀基因的科學(xué)圖解，科學(xué)解讀傳統(tǒng)聚落景觀的地學(xué)特征，在地域文化基因的識(shí)別與傳統(tǒng)聚落區(qū)劃構(gòu)建、建筑景觀特征解讀、旅游規(guī)劃等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，結(jié)合地圖符號(hào)的原理與方法，借助可視化的視覺(jué)符號(hào)語(yǔ)言歸納傳統(tǒng)聚落景觀蘊(yùn)含的地理信息特征，有助于充分解讀傳統(tǒng)聚落景觀的地學(xué)特征，揭示傳統(tǒng)聚落文化景觀基因的形成機(jī)制，從文化景觀基因的特征出發(fā)來(lái)分析其符號(hào)特征與相應(yīng)的分類體系、符號(hào)化表達(dá)方法，進(jìn)而為構(gòu)建文化景觀基因符號(hào)庫(kù)軟件工具提供支持。

2歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化方法

2.1歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化記錄與保存方法

經(jīng)過(guò)歷史長(zhǎng)河的洗禮，在社會(huì)城鎮(zhèn)化高速發(fā)展的背景下，歷史文化村鎮(zhèn)遭受到不同程度的自然或人為因素的破壞，往往對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)進(jìn)行實(shí)物保護(hù)存在著固有的生命周期限制，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久保存，而數(shù)字化保護(hù)具有保存完善、時(shí)間長(zhǎng)、可備份、易傳播、傳播范圍廣等特點(diǎn)，歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化記錄與保存己成為實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)永續(xù)傳承的不二選擇。

歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化記錄與保存主要是綜合運(yùn)用測(cè)繪遙感等地理信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)與互聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)技術(shù)以及多媒體與物理化學(xué)手段獲取文化遺產(chǎn)的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化記錄、監(jiān)測(cè)、修復(fù)或重建，再現(xiàn)其原有形態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存檔和再利用。根據(jù)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化對(duì)象的不同，其數(shù)字化采集與處理技術(shù)具有差異，主要可分為兩大部分：物質(zhì)環(huán)境的數(shù)字化和非物質(zhì)文化的數(shù)字化。歷史文化村鎮(zhèn)的物質(zhì)環(huán)境是指其原有的建成環(huán)境，包括古建筑、古河流、古道路、古廣場(chǎng)及周邊環(huán)境的山水等（圖1）。現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展為歷史文化村鎮(zhèn)的保護(hù)提供了許多新的采集和記錄的手段：①近景攝影測(cè)量，主要運(yùn)用無(wú)人機(jī)飛行器、地面站系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、機(jī)載設(shè)備以及軟件系統(tǒng)對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對(duì)飛行高度、速度、航向、坐標(biāo)、側(cè)重疊度等參數(shù)進(jìn)行記錄，然后對(duì)傾斜圖像進(jìn)行排序保存，從影像中提取目標(biāo)對(duì)象三維信息的測(cè)量技術(shù)。②三維激光掃描，又名“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，采用非接觸測(cè)量的方式，通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，全自動(dòng)、大面積、高分辨率地快速獲取歷史文化村鎮(zhèn)古建筑內(nèi)外部各個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)（x，y，z）、反射率以及顏色（R，G，B）等光譜信息，然后根據(jù)大量的點(diǎn)云信息提取物體的二維平面信息，快速?gòu)?fù)建真彩色三維模型，為村落后期建模提供數(shù)據(jù)支持。③多技術(shù)綜合測(cè)繪，是指利用不同平臺(tái)、多種傳感器對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行綜合測(cè)繪，可克服單一平臺(tái)、單一數(shù)據(jù)源的局限，消除數(shù)據(jù)盲區(qū)，提高數(shù)據(jù)采集精度。通常先利用無(wú)人機(jī)搭載攝像頭進(jìn)行村落整個(gè)大場(chǎng)景的影像獲取并進(jìn)行處理，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再運(yùn)用全站儀進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，最后利用三維激光掃描的優(yōu)勢(shì)，獲取建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云。在歷史文化村鎮(zhèn)的非物質(zhì)文化數(shù)字化方面，需要根據(jù)非物質(zhì)文化的形式類別，采用科學(xué)合理的方法。①圖文掃描，以文字、圖畫為載體，主呈靜態(tài)，適合通過(guò)圖文掃描的方法進(jìn)行數(shù)字化，包括平面掃描、三維掃描和圖像在線識(shí)別三種技術(shù)。使用高清數(shù)碼相機(jī)、高分辨率平面掃描儀對(duì)書法、繪畫和古書等文物進(jìn)行圖像采集，獲得高分辨率圖像；或通過(guò)三維掃描技術(shù)、以非接觸的測(cè)量形式獲取如壁畫、雕塑等文物表面的空間坐標(biāo)，獲得的測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理可以形成空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)。圖像在線識(shí)別系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)將圖像特征轉(zhuǎn)換為特征字符后與服務(wù)器中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索匹配。②音視頻采集及多模態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于呈動(dòng)態(tài)的或以聲音、肢體動(dòng)作為載體的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，可以依托于錄音機(jī)／筆、基于CNN+MFCC的復(fù)雜聲音識(shí)別、高清／家用攝像機(jī)、手機(jī)、多模態(tài)系統(tǒng)等方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采集與記錄。通過(guò)專業(yè)的設(shè)備儀器，可以對(duì)聲音進(jìn)行采集備份，精準(zhǔn)識(shí)別復(fù)雜聲音中的有用信息，更好開(kāi)展后期的記錄工作。③全息拍攝與運(yùn)動(dòng)捕捉，記錄被攝物體反射（或透射）光波的振幅、相位等所有信息和精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)音樂(lè)、傳統(tǒng)戲劇、傳統(tǒng)曲藝、傳統(tǒng)舞蹈、傳統(tǒng)技藝以及傳統(tǒng)游藝等表演藝術(shù)類的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)與傳承。

對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)的文化遺產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化采集和記錄后，更重要的是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)和管理，長(zhǎng)久的存儲(chǔ)和廣泛的傳播有利于將歷史村鎮(zhèn)文化的外在形式和精神內(nèi)核永恒繼承與流傳。數(shù)字化存儲(chǔ)技術(shù)，包括光盤塔、磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)等界質(zhì)以及一系列相關(guān)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行全息采錄、安全存儲(chǔ)、分類管理和便捷訪問(wèn)等功能。應(yīng)用到歷史文化村鎮(zhèn)保護(hù)上的數(shù)字化存儲(chǔ)與管理方法主要有文件型存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、三維地理信息系統(tǒng)（3D GIS）以及建筑（園林）信息模型（BIM）。

2.2歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化展示與傳播方法

進(jìn)行歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)需要充分發(fā)揮數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)，將其采集和記錄的文化遺產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化展示與傳播，實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)的觀賞、利用和體驗(yàn)價(jià)值。通過(guò)虛擬展示技術(shù)和虛擬體驗(yàn)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)歷史文化村鎮(zhèn)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化展示與傳播，并在技術(shù)完善的同時(shí)，進(jìn)一步完善歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化成果的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)法規(guī)，應(yīng)用數(shù)字化成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)保障數(shù)字化成果的安全合法使用。

基于三維GIS的歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化場(chǎng)景設(shè)計(jì)和基于AR技術(shù)的歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化展示設(shè)計(jì)是進(jìn)行歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化虛擬展示的主要技術(shù)。三維GIS能夠?qū)⒌乩砜臻g現(xiàn)象以立體的造型進(jìn)行展示，對(duì)復(fù)雜空間具有獨(dú)特的管理和分析能力，能夠?qū)⒃馐艿狡茐牡臍v史文化村鎮(zhèn)以生動(dòng)形象的方式復(fù)制。首先通過(guò)3DMAX、City-Engine、SketchUp等三維建模軟件組成了常用的三維建模平臺(tái)，然后進(jìn)行數(shù)字化場(chǎng)景設(shè)計(jì)及技術(shù)路線設(shè)計(jì)，利用ArcGIS組件開(kāi)發(fā)包進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建三維場(chǎng)景，通過(guò)鏈接歷史文化村鎮(zhèn)的屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)查詢、漫游等功能，最后通過(guò)ArcGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)歷史文化村鎮(zhèn)三維模型數(shù)據(jù)可視化。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化展示的重要技術(shù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境數(shù)字化設(shè)計(jì)，從歷史文化村鎮(zhèn)遺址復(fù)原、場(chǎng)景虛擬瀏覽等方面，設(shè)計(jì)友好交互方式，運(yùn)用虛擬的方式盡量縮短與歷史文化的距離，激發(fā)出體驗(yàn)者強(qiáng)烈的在場(chǎng)感和參與感，從而真切地感受歷史文化村鎮(zhèn)的文化景觀，讓文化遺產(chǎn)煥發(fā)新的生命力。主要展示形式包括基礎(chǔ)3D模型、場(chǎng)景展現(xiàn)和AR視頻等（圖2）。

在實(shí)現(xiàn)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化虛擬體驗(yàn)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在計(jì)算機(jī)世界中虛擬出模擬環(huán)境，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)等多種感官，營(yíng)造出一種沉浸于環(huán)境的感覺(jué)，以實(shí)現(xiàn)身臨其境的體驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)己廣泛應(yīng)用于地理、文化和建筑等多學(xué)科和領(lǐng)域。人機(jī)交互技術(shù)（Human-Computer Interaction Techniques）通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入和輸出設(shè)備，在人與計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)聯(lián)系的紐帶和橋梁，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的信息反饋和交流。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)等不同功能技術(shù)的發(fā)展下，一種通過(guò)計(jì)算機(jī)世界虛擬重現(xiàn)逼真的旅游景點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)虛擬性質(zhì)在線旅游體驗(yàn)和服務(wù)的虛擬旅游方式誕生，滿足消費(fèi)者足不出戶，就能觀賞到文化村鎮(zhèn)的歷史風(fēng)貌，體驗(yàn)到村鎮(zhèn)文化中蘊(yùn)含的民俗風(fēng)情。

目前，我國(guó)有關(guān)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化成果的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的法規(guī)存在十分零散甚至空白的問(wèn)題，嚴(yán)重制約了歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化的發(fā)展，需要從法律和技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化成果的保護(hù)。首先完善數(shù)字化成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的法律法規(guī)：①對(duì)數(shù)字化成果權(quán)利主體范圍進(jìn)行明確界定，包括界定數(shù)字化成果制作主體范圍、明確數(shù)字化作品的種類、界定數(shù)字化著作權(quán)權(quán)利主體范圍三個(gè)步驟；②重點(diǎn)完善數(shù)字化作品兩個(gè)方面的內(nèi)容，包括數(shù)字化作品著作權(quán)具體權(quán)利內(nèi)容、著作權(quán)保護(hù)期限；③制定并完善歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化作品知識(shí)產(chǎn)權(quán)的權(quán)利相關(guān)者的權(quán)利保護(hù)和限制制度，建立利益分享機(jī)制。其次，加強(qiáng)數(shù)字化成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，包括利用口令認(rèn)證、智能卡認(rèn)證、密碼認(rèn)證和生物特征識(shí)別認(rèn)證等認(rèn)證技術(shù)；使用密文或密鑰的加密技術(shù)；對(duì)三維模型、數(shù)字視頻和數(shù)字圖像等數(shù)字成果多媒體內(nèi)容嵌入數(shù)字水印等，并通過(guò)物理安全分析技術(shù)與系統(tǒng)安全分析技術(shù)保障歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化成果的安全傳播。

3歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化應(yīng)用

3.1歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化內(nèi)容在城鄉(xiāng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用

在歷史文化村鎮(zhèn)的保護(hù)和發(fā)展中，歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)和文化基因數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠提供大量科學(xué)、精確的數(shù)據(jù)，為建筑風(fēng)貌設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警和村鎮(zhèn)智慧管理提供有效指導(dǎo)。

歷史文化村鎮(zhèn)是傳統(tǒng)建筑、村鎮(zhèn)選址、街巷機(jī)理等物質(zhì)景觀基因和宗族信仰、傳統(tǒng)技藝、節(jié)慶習(xí)俗等非物質(zhì)景觀基因的綜合體，這些景觀基因是村鎮(zhèn)區(qū)別于其他村鎮(zhèn)的特質(zhì)。歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)規(guī)劃中，從子系統(tǒng)中蘊(yùn)含的要素入手，通過(guò)主體性公共建筑、圖騰標(biāo)志、民居特征、參照性環(huán)境因子、布局形態(tài)等方面建立歷史文化村鎮(zhèn)建筑基因庫(kù)；尊重傳統(tǒng)村鎮(zhèn)景觀基因的環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)境倫理性，從技術(shù)層面和規(guī)劃層面構(gòu)建歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化環(huán)境基因庫(kù)；豐富的鄉(xiāng)土文化是歷史文化村鎮(zhèn)的魅力所在，不僅需要保護(hù)歷史文化村鎮(zhèn)的物質(zhì)本體，更應(yīng)該注重傳統(tǒng)習(xí)俗的傳承，建立歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化文化基因庫(kù)，為歷史文化村鎮(zhèn)文化載體的活化提供指導(dǎo)（圖3）。

在歷史文化村鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)劃中，利用歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)，從區(qū)域和地方兩個(gè)層面找到所在村鎮(zhèn)的地方特色“文化基因”，進(jìn)行村鎮(zhèn)發(fā)展主體定位，有效推動(dòng)文化資源通過(guò)旅游產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)新型城鎮(zhèn)化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，為新型城鎮(zhèn)化的建設(shè)提供一種新的思路。另一方面，利用歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)符合村鎮(zhèn)個(gè)性的建筑風(fēng)貌，應(yīng)用無(wú)人機(jī)、三維激光掃描儀等工具，結(jié)合傾斜攝影技術(shù)、近景攝影測(cè)量技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)等對(duì)物質(zhì)類景觀基因的整體特征與細(xì)部特征等進(jìn)行數(shù)字提取，利用攝像攝影、掃描、錄音的方式對(duì)非物質(zhì)景觀基因進(jìn)行記錄，然后通過(guò)3D建模等技術(shù)對(duì)景觀基因進(jìn)行虛擬構(gòu)建，重現(xiàn)歷史場(chǎng)景，還原文化遺產(chǎn)的歷史面貌（圖4）。在數(shù)字技術(shù)輔助下，能夠有效規(guī)劃對(duì)象村鎮(zhèn)所在地的自然和人文條件，得到符合規(guī)劃村鎮(zhèn)的整體格局、街巷形態(tài)、建筑風(fēng)格和環(huán)境標(biāo)志等景觀基因內(nèi)容，然后進(jìn)行三維虛擬展示，對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

在歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)預(yù)警中，可以依據(jù)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)的地方特色“文化基因”數(shù)據(jù)庫(kù)，從原真度、活態(tài)度、完整度、傳承度四個(gè)維度，主體建筑、布局形態(tài)、生活環(huán)境和民俗文化四個(gè)方面，構(gòu)建傳統(tǒng)村鎮(zhèn)保護(hù)的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過(guò)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化云平臺(tái)、遙感衛(wèi)星、無(wú)人飛機(jī)獲取村鎮(zhèn)的保護(hù)數(shù)據(jù)，可以有效了解傳統(tǒng)村鎮(zhèn)的動(dòng)態(tài)保護(hù)程度，對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)進(jìn)行系統(tǒng)全面的原真性記錄，建立數(shù)據(jù)資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的永久性保存，其次根據(jù)相關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)和科學(xué)預(yù)測(cè)方法，確定傳統(tǒng)村鎮(zhèn)景觀的分類原則，對(duì)傳統(tǒng)村鎮(zhèn)景觀進(jìn)行系統(tǒng)的劃分，為傳統(tǒng)村鎮(zhèn)景觀數(shù)字化監(jiān)測(cè)預(yù)警提供可依據(jù)的基礎(chǔ)分類標(biāo)準(zhǔn)，從空間布局、民居景觀、公共建筑景觀、自然環(huán)境和文化特征等多方面對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)的景觀及特征變化趨勢(shì)和程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，實(shí)時(shí)了解歷史文化村鎮(zhèn)景觀的動(dòng)態(tài)演變情況，及時(shí)給出對(duì)應(yīng)的警情處理方式，實(shí)現(xiàn)歷史文化村鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展。

在歷史文化村鎮(zhèn)歷經(jīng)數(shù)字化變革的過(guò)程中，政府占據(jù)著主導(dǎo)地位，實(shí)行政務(wù)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、電子化等服務(wù)，建設(shè)村鎮(zhèn)電子政務(wù)管理。對(duì)景觀基因進(jìn)行資料收集，并利用信息技術(shù)識(shí)別出有代表性的文化景觀基因，通過(guò)數(shù)字化平臺(tái)建立景觀基因數(shù)據(jù)庫(kù)，再用數(shù)據(jù)分析等方法對(duì)不同村鎮(zhèn)的景觀基因進(jìn)行分析，優(yōu)化基因信息并做糾偏決策方案。在對(duì)景觀基因建庫(kù)分析的同時(shí)，地方政府可以依規(guī)對(duì)村鎮(zhèn)政務(wù)決策進(jìn)行監(jiān)督，在宏觀層面上推進(jìn)決策朝民主化、科學(xué)化、多元化發(fā)展，有效提高決策結(jié)果的科學(xué)性。電子政務(wù)管理的推廣利用了大數(shù)據(jù)的開(kāi)放性、海量性、全面性、精準(zhǔn)性，有利于提高地方政府工作人員與職位的匹配度，進(jìn)而有利于提高村鎮(zhèn)地區(qū)政府的決策水平。其次，集村鎮(zhèn)生活設(shè)施、便捷醫(yī)療、高效教育、電子商務(wù)于一體的綜合智能系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)居民安全、便捷、舒適智能生活的要求，通過(guò)地理信息系統(tǒng)上的電子地圖，關(guān)聯(lián)傳統(tǒng)村鎮(zhèn)智慧社區(qū)管理系統(tǒng)，建立互動(dòng)界面友好、安全性高、實(shí)用性強(qiáng)的數(shù)字化村鎮(zhèn)管理系統(tǒng)，為村鎮(zhèn)的科學(xué)化管理提供科學(xué)又快捷的方式。

3.2歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化內(nèi)容的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

歷史文化村鎮(zhèn)的保護(hù)需要一定的產(chǎn)業(yè)支撐，通過(guò)深入挖掘歷史文化村鎮(zhèn)自然和文化資源，利用數(shù)字化呈現(xiàn)傳播技術(shù)，發(fā)展文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合，推動(dòng)旅游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)歷史文化村鎮(zhèn)生活富足、生態(tài)宜居的美好需求。歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化內(nèi)容產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)行過(guò)程，包括最初的數(shù)字化產(chǎn)品生產(chǎn)到數(shù)字化產(chǎn)品消費(fèi)再到衍生產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)等。這一過(guò)程既是數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)獲取價(jià)值的過(guò)程，又是提高數(shù)字化產(chǎn)品附加值并實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化的過(guò)程。它的運(yùn)行機(jī)制由市場(chǎng)主體運(yùn)行體系、主要投入運(yùn)行體系與產(chǎn)業(yè)化過(guò)程運(yùn)行體系這3個(gè)相互作用、相互融合的子系統(tǒng)構(gòu)成。歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化內(nèi)容產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行過(guò)程可以分為兩條路徑，一是“數(shù)字化創(chuàng)意產(chǎn)生一數(shù)字化產(chǎn)品生產(chǎn)一數(shù)字化產(chǎn)品市場(chǎng)化”的過(guò)程，即將歷史文化村鎮(zhèn)的資源進(jìn)行數(shù)字化，通過(guò)開(kāi)發(fā)與利用形成文化商品的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程；二是“數(shù)字化產(chǎn)品消費(fèi)一數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)一數(shù)字化產(chǎn)品生產(chǎn)”的過(guò)程，即根據(jù)數(shù)字化產(chǎn)品消費(fèi)者融入文化創(chuàng)意與數(shù)字化技術(shù)，使文化商品更具文化內(nèi)涵與技術(shù)性，從而形成數(shù)字化內(nèi)容產(chǎn)業(yè)化與產(chǎn)業(yè)商品的數(shù)字化路徑，驅(qū)動(dòng)歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化內(nèi)容產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行的發(fā)展與演進(jìn)。

隨著數(shù)字技術(shù)在歷史文化村鎮(zhèn)的逐漸滲入，其數(shù)字化內(nèi)容產(chǎn)業(yè)化持續(xù)推進(jìn)，在各個(gè)領(lǐng)域不斷拓展延伸，主要包括：①創(chuàng)意旅游領(lǐng)域的應(yīng)用。歷史文化村鎮(zhèn)的旅游資源經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理之后，形成了多種數(shù)字化產(chǎn)品（如虛擬旅游系統(tǒng)、三維模擬系統(tǒng)等），這些數(shù)字化產(chǎn)品最大限度地保留了歷史文化村鎮(zhèn)的原真性和整體性，通過(guò)時(shí)尚性的創(chuàng)意對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)行文化包裝產(chǎn)生第二次增值效應(yīng)，最終出售經(jīng)過(guò)兩次升級(jí)的綜合性服務(wù)產(chǎn)品一歷史文化村鎮(zhèn)創(chuàng)意旅游體驗(yàn)產(chǎn)品，如數(shù)字博物館、VR虛擬展演及沉浸式互動(dòng)演藝。②智慧教育領(lǐng)域的應(yīng)用。利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)歷史文化村鎮(zhèn)進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，通過(guò)多元環(huán)境與教育資源的支撐，優(yōu)化村鎮(zhèn)教育資源配置、提高協(xié)同效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、按需使用、規(guī)范辦學(xué)水平，提高教育管理水平，為學(xué)習(xí)者提供開(kāi)放、高質(zhì)量的教育和便捷的數(shù)據(jù)庫(kù)和高效的分析（圖5）。③動(dòng)漫游戲領(lǐng)域的應(yīng)用。我國(guó)歷史文化村鎮(zhèn)或清雅淡麗，或恢宏大氣，以多樣的風(fēng)格傳承了中華民族的傳統(tǒng)審美意趣，其數(shù)字化內(nèi)容展現(xiàn)了大量本土文化符號(hào)。在動(dòng)漫創(chuàng)作中，數(shù)字媒體設(shè)計(jì)能夠極大縮減原稿數(shù)量，提升畫面流暢度，在模型建筑、燈光設(shè)計(jì)、關(guān)鍵幀設(shè)置、動(dòng)畫生成等工序上的優(yōu)化精進(jìn)，大大縮短了產(chǎn)品制作和更新的周期。在游戲制作中將歷史文化村鎮(zhèn)的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化掃描，建立數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)和模型，疊加特效和人物模型，結(jié)合游戲引擎軟件系統(tǒng)，制作成動(dòng)漫或游戲成品，創(chuàng)新建筑藝術(shù)門類的動(dòng)漫化表達(dá)，在產(chǎn)品內(nèi)容和美術(shù)風(fēng)格上具有革新意義（圖6）。

3結(jié)語(yǔ)

文化與科技融合是國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，原文化部、科技部、住建部、國(guó)家文物局等部門出臺(tái)了關(guān)于文化特別是非物質(zhì)文化遺產(chǎn)以及文物數(shù)字化保護(hù)的政策，開(kāi)展歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)能夠促進(jìn)傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技融合的相關(guān)學(xué)術(shù)思想和理論體系的完善和發(fā)展，形成和豐富中國(guó)特色、中國(guó)風(fēng)格的文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)理論?；诰坝^基因理論的歷史文化村鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)研究不同于以往的村鎮(zhèn)遺產(chǎn)保護(hù)研究，它強(qiáng)調(diào)的是村鎮(zhèn)個(gè)性化保護(hù)和普適性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，為古村古鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)提供一種易于掌握和操作的基本標(biāo)準(zhǔn)和范式，讓更多的人掌握文化數(shù)字化技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，讓各個(gè)地方都能直接開(kāi)展古村古鎮(zhèn)數(shù)字化保護(hù)；不同于以往的人工管理和簡(jiǎn)單管理，它強(qiáng)調(diào)的是科學(xué)化管理及數(shù)字化管理，并可促進(jìn)旅游文化產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；不同于以往的單一靜態(tài)性保護(hù)和實(shí)體性保護(hù)，它強(qiáng)調(diào)的是動(dòng)態(tài)化、多元化、產(chǎn)業(yè)化保護(hù)與活態(tài)化、智能化發(fā)展。數(shù)字技術(shù)在歷史文化村鎮(zhèn)的深入滲透和廣泛應(yīng)用，為歷史文化村鎮(zhèn)的保護(hù)和文化傳承帶來(lái)了無(wú)窮的活力與動(dòng)力，深刻地改變了歷史文化村鎮(zhèn)的生產(chǎn)生活方式，重構(gòu)了村鎮(zhèn)的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和文化空間，逐步實(shí)現(xiàn)歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)仍需要更多的社會(huì)關(guān)注、國(guó)家政策支持和科學(xué)研究，以推動(dòng)中國(guó)歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和鄉(xiāng)村地理的數(shù)字化研究。