嘉兴古桥的数字保护及利用研究

齐延成，陈文文

QI Yancheng，CHEN Wenwen

(嘉兴学院设计学院，浙江 嘉兴314001)

1 嘉兴古桥概况

嘉兴古桥历史源远流长。市境为太湖边的浅碟形洼地，地势大致呈东南向西北倾斜，由于数千年来人类的垦殖开发，平原被纵横交错的塘浦河渠所分割，田、地、水交错分布，形成“六田一水三分地”，旱地栽桑、水田种粮、湖荡养鱼的立体地形结构，人工地貌明显，水乡特色浓郁。

目前嘉兴城市地理位置位于众多著名历史古城之中，被苏、沪、杭所环绕，嘉兴的特色和优势不突出，随之而来的后遗症就是城市的自信心被冲击得七零八落。若要写好嘉兴城市特色的城市发展文章，那么落笔基点就是“水”与“桥”。嘉兴因水而生，得水而成，顺水而长。桥是水的儿子，是土地相连的纽带，是人流和物流的通道，也是一座城市最耐看、最值得品味的艺术品。历史是流动的长河，桥梁是凝固的乐章，桥作为在城市里跳跃的线条，不仅形成了城市的地标，而且极大地提升了城市的容貌。

桥由线性要素逐步蜕变为多维的网状要素，把城市的空间进行了全面组织，创新性地改变了现有的城市联通模式，城市空间形态得以再生。我们更多的是关注单个古桥的结构、功能、形式、建构等诸多问题，桥的研究则更多的是对宽泛领域进行设计构思，是古桥与城市活动、城市设施以及城市景观之间的联系。此方案是在原古桥原地方，采用叠加的方式，将现有大桥在功能与形式上作了转型。它将成为各个区域的枢纽，商业、换乘、步行交通组织的加入，使桥演变成为一个微型城市，为嘉兴的发展提供了一种新的可能，方案的定位基于三点:对步行的重视，古桥与市政设施的关系以及古桥在城市景观性上的贡献。

2 嘉兴古桥数字的调研和数据采集

建立数字古桥档案是数字古桥保护基础工作的首要一步，嘉兴市古代桥梁种类多，数量大，分布在市、县、乡村各地。目前一部分古桥委员和热心于古桥保护事业的人士，分别掌握一部分古桥资料，资料的广度有限。应该依靠各地古桥管理部门并发动更多的热爱古桥保护事业的人士，广泛地收集古桥资料。组织一个古桥资料小组，将分散的古桥资料集中起来，设专人进行整理，基本思路的框架见图1［1］。

图1 嘉兴古桥保护与研究基本思路框架图

古桥档案建立以后，下一步才能研讨如何建立古桥数字模型。构建古桥特色数据库的资源至少涵盖两类基本信息，即古桥实体本身的信息和古桥模型数字信息库，并且建立嘉兴古桥的数字档案保护的采集项目与规范(图2、图3)。

图2 嘉兴古桥基本信息库

图3 嘉兴古桥模型数字信息库

3 嘉兴部分古桥数字建模与三维化

嘉兴古桥保护研究在本文选取嘉兴有代表性的6 座古桥(问松桥、里仁桥、秋泾桥、日旸桥、文星桥、秀城桥)进行了调研与数据采集，对古桥的数字构建制定了详细的计划。通过全站仪在外部测出古桥屋顶、转折点等点云数据，通过导线计算得到内业计算成果，通过南方Cass 成图软件、AutoCAD建立起二维图形，然后导入三维模型软件中，建立起数字三维模型，最后再加入古桥的属性信息，构建成嘉兴古桥的数字化数据库。见图4～6。

图4 嘉兴部分古桥调研环境及区位信息图

对于嘉兴古桥的模型数字信息，更全面地实现保护，其中最基础的石桥的纹理采样、3D 可视化模型、尺寸CAD 数据，对于之后的展示利用数据提供坚实基础，为后来的图像展览馆的实时动态显示、可用于教学普及的人机交互的三维计算，以及旅游宣传的虚拟场景都提供了良好的基础。关于图片数字采集，图片应该是具有资料性的工程照，不要艺术照和取景照，因为艺术照和取景照缺少资料性。

图5 嘉兴部分古桥调研环境图

在对古桥材质进行采样时，由于光线与角度问题，往往采集的材质在进行数字建模的过程中并不适用，所以需要进一步编辑，在这里我们采用了无缝式贴图类型，解决了之前出现的问题。在选择软件中模板进入texture 选项卡会看到贴图的树枝状节点结构，从节点结构里可以看出贴图的组成部分，分别是由基本的纹理节点和一个默认的基础节点配合蒙版完成最终的贴图合成。从节点分布上可以看出，贴图里石头的纹理在最上面，所以第一步可以在纹理节点上编辑石头纹理，凡是带有Lab 图标的节点就表示可以进行再编辑，进入Lab 以后可以对贴图相应节点的对应参数进行修改，不同节点下的Lab 里的工具可以对其对应的纹理的排列方式、颜色渐变、污浊程度等相关参数进行调节。最后材质输出，当材质节点调节完毕以后就可以输出贴图了(图7)，从图6 预览窗口可以看见合成贴图和特效贴图的预览效果。

图6 嘉兴秀城古桥二维化贴图采集样本

图7 嘉兴古桥材质编辑器

3.1 将数据导入AutoCAD

在成图软件中预处理完数据，确保所有数据准确无误后，再对整个数据进行整合导出。三维扫描软件可以与AutoCAD 完美的结合，将数据导入AutoCAD中，导出来的数据在AutoCAD 里呈现的是带高程的点。在AutoCAD 中将这些点连接，确定平面中的相对位置，形成二维图形。

3.2 三维建模

AutoCAD 里呈现的是带数据的二维平面图，导入到三维建模软件中，确定三视图数据之间的相对位置，就能确定古桥特征点在三维空间中的外形与结构，从而确定出古桥的整体模型。AutoCAD 可以与SketchUp、Autodesk revit、3dmax 结合得很好，将AutoCAD 中的二维图形导入到三维模型软件中，通过对数据的连接，对二维图形的拼合来形成三维数字模型。得到三维立体模型，非常直观，在模型上，长度、面积、角度等尺寸都可以轻而易举的计算出来，并可以对古桥模型从任意方向、任意角度进行剖切，得到相应的剖面图;水平剖切可以产生传统意义上的各层平面图，垂直方向的剖切可以输出剖面图，使其能够更好地为历史古桥保护工作作出贡献。见图8、图9。

图8 嘉兴部分古桥AutoCAD 测绘的三视图

图9 嘉兴秀城古桥模型图

4 城市文化名片综合保护利用展示教育的普及

4.1 嘉兴古桥历史研究的应用价值

受各种因素的影响，使很多历史性古桥都已经消亡，甚至连同类的古桥实体也没有得以保存。这对于研究文明历史是一个很大的缺失。而通过数字化建模，就可以最大限度地弥补这一缺失，并且为科研人员进行相关研究提供更好的研究资料。三维可视化可以很好地保存古风古貌，对于古桥的周边环境的复原也可以帮助专家更好地进行分析和理论研究［2］。

4.2 教学研究中的应用价值

目前我国很多学校和公益单位在对古桥类专业教学或科普类展演时，只有字面或图影等教学资料，很难对每座桥深入研究，对古桥的实际尺度和构造难以有三维化的认识，有时难免会出现偏差和臆断。而数字复原和虚拟化演示，学生或观众就会有很好的认识和判断，其中部分景观专业的同学可以利用已有的数字模型进行更好的景观设计，方便实践教学任务。在实践教学中可以将嘉兴古桥系统联系在一起，也对古桥的面貌与嘉兴城市的发展有更好的系统认识，而不是一隅一角的片面性认识［3］。

4.3 对于嘉兴城市文化与旅游经济发展的应用价值

城市文化名片塑造过程中，很多城市片面强调“都市化”“城市化”进程，忽略了自己本身城市千百年发展的底蕴，导致出现城市发展“同质化”现象严重，没有特色。这次的研究立足江南地域的特点，将文化的特殊性与地理条件的先天性问题相结合，利用浙江新一轮改革发展的关键之策“五水共治”和嘉兴城市的河网密布地理条件，抓住嘉兴“桥”文化特点，深入调研，将其与现在数字化城市相结合，做了基础数字数据的采集与建设，为建立文化特色的数字嘉兴提供基础条件［4］。

另外，作为当代旅游的资源建设，很多城市也是缺少系统规划与建设，往往采取一点一线，造成旅游文化的孤立发展，然而通过对嘉兴桥文化的研究，就可以利用线上线下调研，统筹嘉兴各县市区、乡村。同时，将嘉兴古桥的研究加以系统研究，可以为之后的嘉兴“桥”城市旅游名片提供理论和数字保障。

5 结 语

此次研究对于正确建立数字古桥提供了框架要求，减少了在采集测绘、建模过程中的失误与复工。另外，本文最后拓展了对于数字模型建设的应用领域，看到未来的古桥对于城市特色建立与科教文化研究的重要作用。采用数字化建模技术对历史性古桥进行重造和还原，是一项具有很大应用价值的科研课题。尽管目前针对这一课题的研究成果还很少，但是相信在未来的发展中，随着数字信息技术水平的提升，对历史性古桥进行数字化复原将成为未来对历史性古桥进行研究必不可少的辅助材料，并且还将具有很广阔的应用空间和更高的应用价值。

［1]项贻强，李秋萍，周维，等.绍兴八字桥的现状及保护维修方法探讨［J］.浙江建筑，2010(3):1 -3.

［2]袁晨炜. 浅谈数字技术与建筑发展［J］. 住宅产业，2009(1):25 -27.

［3]李新建，朱光亚. 中国建筑遗产保护对策［J］. 新建筑，2003(4):38 -40.

［4]孔宇航，王时原，刘九菊.数字建筑教育:数字技术引发的思考［J］.城市建筑，2010(6):30 -31.