数字化技术在古建筑保护中的应用

摘 要：古建筑是我国历史和文化发展的见证,全国各地散落着众多的古建筑群,从古建筑的风格和细节我们能够感受到古人对建筑细节的考究.经过自然灾害的侵蚀和人为的损坏,传统的古建筑保护方法已经不能有效解决这个问题,本文将对数字化技术在古建筑保护中的应用进行简要探析,从技术层面上加强对古建筑保护的力度.

关 键 词：数字化技术；古建筑保护；应用

古建筑是我国特殊的文化信息载体,历经时间洗礼,古建筑成为人类文明的艺术瑰宝,所以对古建筑进行有效保护是我们当代义不容辞的责任.近年来我国旅游事业的迅猛发展,人为因素和自然损害使很多古建筑都受到了不同程度的变形和损坏,古建筑文化遗产保护面临着严峻的形势.

1数字化技术在古建筑保护中的重要性

古建筑中大多是木质结构,容易受当地气候条件的影响发生变化,突发的自然灾害和人为造成的损坏更是雪上加霜,古建筑安全受到严重威胁.古建筑散落在全国各地,是当地特殊的文化资源,它们独一无二并且不可替代,古建筑中很多考究的工艺细节,给现代建筑设计提供了民族元素[1].目前掌握精湛工艺的匠人越来越少,古建筑中特有的工艺元素也没有得到广泛学习和发展,其工艺手法渐渐失传.古建筑代表的是中国传统文化,所以,对古建筑加以保护也是对我国中国传统文化的尊重.我们应以历史记载为主要依据,参考当地其他古建筑中相同图案或元素进行复原,在尊重当地建筑风格的基础上,保留地方特色,体现出地方古建筑的多样性.

查询传统的纸质文献中记录古建筑的构造、工艺、历史背景等信息资料的方式具有一定缺点,原始的纸张和书籍等材料不但厚重还占有较大的空间,并且容易损坏,纸质文献中的图片资料也不够准确完整.上世纪六七十年代,摄像技术的发展才使文化遗产信息的记录能够以图像和视频的方式得以保存,但是这些资料也出现难以长期保存和不够全面的问题.

数字化技术的迅猛发展,为古建筑的保护工作开辟了一条新途径,并且为古建筑信息资料的长期保存和全面记录创造了有利条件.数字化技术首先解决了信息保存的问题,高精度和高逼真度能够使信息记录更加全面,还可将各类信息转化为计算机数据为不同地区间古建筑保护提供资源.数字化技术的发展能够帮助我们在尊重古建筑真实性的基础上,更好地完成古建筑的保护和展示工作.

2数字化技术在古建筑保护中的应用

2.1三维激光扫描技术的应用

传统的测绘方式是利用钢尺和水准仪来量取建筑物的平面、立面或剖面特征点的位置和相关特征线的距离等,然后根据所量数据和几何关系绘出线性特征图,这种传统的测量方式耗费人力物力,并且耗时长,得到的数据不能保证其精确度.数字化信息技术的发展,古代建筑的测绘技术也随之发展[2],运用GPS、全站仪、测量机器人和近景摄影测量等技术改进传统的手工测量手段,但还不能满足对古建筑高精度的要求.地面三维激光扫描技术与传统测量技术的区别在于,它能够深入到任何复杂的现场环境中,并且能够快速完成建筑物表面数据点的扫描测量工作,从而获取精准的三维坐标点云数据.通过将这些不系统的三维数据传输到电脑中,就能构建出建筑物表面的三维模型.并且这些数据能够为古建筑保护研究工作提供完整、精确、永久的数字资源,并通过数据的记录能够为古建筑保护和修复提供可靠依据,更重要的是能够在已有数据的基础上还原应经不存在的古建筑.

2.2全站仪和GPS技术的应用

全站仪全名为全站型电子速测仪,是当前技术工作中的常用仪器.是一种集光学、机电为一体的高技术测量仪器,能够观测建筑物的水平角、距离、垂直角、高度差等,通过全站仪观测的数据,我们能够计算出任意观测点的坐标[3].全站仪在古建筑保护中的利用,能够测量古建筑的形状、大小和空间位置,还能绘制出古建筑的平面、立体面和剖面图.先进的全站仪中配置有马达自动照准目标,免棱镜全站仪还能够实现不瞄准测点,测距光束经过自然表面的反射后能够直接测量距离和坐标.立面测绘是古建筑测绘过程中的一大难题,免棱镜全站仪能够实现任意安置点,将棱镜的高设置为零后,瞄准古建筑的特征进行高度测量,得到各位置的高度标注在草图上.

GPS是全球定位系统的简称,GPS由终端用户设备、空间卫星和地面控系统三部分组成,并且具有全天候、高精度、全球性的特点,导航、定位也及时准确,通过GPS的动态和静态等定位方法[4],将GPS仪器与摄影仪比如RC30相互连接,再安装惯性导航系统,能够实现在航空摄影的瞬间,摄影中心的空间位置和摄影仪状态由GPS和惯性导航系统得到.GPS在古建筑保护中的应用,极大地简化了摄影测量户外控制工作,同时保证数据能够及时处理.

2.3数字化保存

通过各种数字化仪器提高了建筑物测量的效率,也保证了数据的高精度,而这些数据还需要精确真实的数字化保存与存档技术.激光扫描技术是数字化摄影有效结合的产物,通过激光扫描能够捕捉到肉眼难以察觉的细节,记录激光从发出到被物体反射或折射的时间,利用软件加以计算和处理,就能得到建筑物的角度、材质和位置,从而形成三维图像[5].数字化保存是指将先进的二维三维扫描和数字摄影以及三维建模与图像处理等得出的古建筑图形结构和纹理等信息的高精度获取和保存.利用计算机建立的数字模型,为文物信息保护、修复、研究等提供精确的数字信息.建立古建筑数据库能够加强对古建筑的管理,能够使古建筑在有利于古建筑保护的基础上增加数据的利用价值,能够为政府部门的管理工作提供数据支持,还能满足行业研究机构和博物馆数据的需求,真正实现技术层面实现古建筑的数字化监管,从而最大限度地发挥古建筑数据库的作用.

2.4实现数字化监管

图像处理技术的基础上产生了图像之间的对比技术,这项技术主要是根据图像的颜色特点、形状和纹理特征等对图像进行比较,并根据这些统计特征对图像之间的相似度做出评价.在对古建筑信息进行数字化保存的基础上,可以对古建筑定期检查,结合图像处理中的图像匹配度[6],将最新采集的图像数据和已经保存的图像数据进行全面比较,所得出的数据在通过专家的研究后,及时发现古建筑中某部位腐烂或损坏等信息,有利于保护工作及时开展,减少不必要的损失.

通过精准的仪器对古建筑进行现场采集数据后,经过对信息的整理和处理,实现古建筑资料的数字化,数字化测绘图是虚拟模型建构的基本依据.通过多种仪器得到的图像数据,只有数字图片还是不够的,比如古建筑的立剖面和构件的大小等,要反映这些实物信息,还应借助一定的绘图软件技术,如CAD技术.

3结束语

数字化技术为古建筑保护工作带来了新的途径,能够真正意义上实现古建筑的完好保存和复原,并为现代建筑设计提供了技术上的支持.通过对古建筑保护重要性的认识,利用地面三维激光扫描技术、全站仪、GPS、GIS等数字化技术完成古建筑保护工作,挽救濒临消失的古建筑.同时呼吁社会人民,爱护当地古建筑,爱护我国灿烂的文化遗产.

[2]谭洁,汪梦林,王建华.参数化设计在古建筑保护中的应用研究――以清代官式建筑为例[J].四川建筑科学研究,2011,03（09）：266～268.

[3]金澄宇,王琴.数字化技术在乡村古建筑保护中的应用探讨[J].计算机时代,2013,01（01）：20～22.

[4]刘旭春,丁延辉.三维激光扫描技术在古建筑保护中的应用[J].测绘工程,2012,01（02）：48～49.

[5]廖紫骅,蔡继鸣,封全宏,唐劲,魏光荣.三维激光扫描测量技术在古建筑维修保护中的应用[J].东华理工大学学报（自然科学版）,2013,04（16）：410～414.

[6]周华伟,朱大明,瞿华蓥.三维激光扫描技术与GIS在古建筑保护中的应用[J].工程勘察,2011,06（03）：73～77.

作者简介：王桂林（1972-）,四川省蓬溪县人,毕业于四川美术学院工艺设计系工艺设计专业,讲师.