重庆市优秀建筑的数字化保护还原研究

王越

摘要：本文以重庆市优秀建筑“陈家大院”为研究对象，运用相机、三维全景激光扫描仪等获取基础数据，利用CAD、3DMAX等软件技术为支持，以虚拟现实动画的形式完成大院昔日原貌，对该建筑进行数字化修复还原，保护研究，使人们不仅可以通过文献资料、图片，还能从数字模型及虚拟动画中对该建筑有全方位的了解与认识，从技术层面上能加强对古建筑保护的力度。

关键词：优秀建筑；“陈家大院”；三维虚拟；数字还原

一栋优秀的建筑是见证城市变化的印记，能体现一座城的文化，不仅能为现代建筑修建提供设计借鉴，同时也是一份重大的文化遗产。它的价值就在于它不可能再生，如果遭受破坏就无法挽回，就算修缮成功，其意蕴和文化价值也会差了很多，所以优秀的古建筑都是古人留下的珍贵礼物。但是，随着社会的发展，城市化进程的不断推进，我们很多优秀的建筑在自然灾害的影响和人为破坏的力量下都受到了不同程度的破坏，如何对它们进行保护和传承是当下人们关注的热点问题。重庆市是国家级历史文化名城，拥有大量优秀建筑，但一些建筑保护现状不太乐观，都有着不同程度的损毁，而失去了当初的风采。如何让这些优秀古建能重新绽放出当初的魅力，展现出原始的风貌，大家都在以各种方式找寻解决问题的方法。目前，除了常见的实物加固修缮，图片影像保存外，通过实地三维激光测量获取数据，建立虚拟模型资料库获得越来越多的人关注。

1“陈家大院”建筑保护缘由

重庆是历史文化名城，有着丰富的文化遗产，很多建筑都极富个性和时代特征，但是随着岁月的变迁，有些曾经很“风光”的建筑慢慢淹没在了城市化的进程中，很多已经残破不堪。对于这种状况，重庆市政府开始重视这些建筑的保护，并将其纳入了政府考核体系中。虽然如此，但现状还是不容乐观，本文案例“陈家大院”就是其中一处被保护的对象。它又名陈举人大院，位于重庆市北碚区蔡家，是清朝末期举人陈介白的儿子陈庚虞为了纪念其父陈介白为官清廉而修建命名的。建筑占地约10亩，建筑面积960平方米，是一院融合东西方建筑特色为一体并有着重庆土著建筑风格的精美建筑。该大院依据自然形成的坡地修建，主要由大门、前院坝、主体联排阁楼、侧厢房、后院构成一个四合院，主体是一栋两楼一底的楼房。大门是高约9米的八字朝门，构筑精美、非常气派。走入院坝可见整体建筑呈中轴对称结构，主屋是歇山式屋顶，穿斗式砖木结构的连排楼阁，走廊有雄伟的石柱支撑，柱头线脚上嵌入有各式各样花纹，异常秀美，廊道上是石质拱形门。该楼里面共有20间房，每间房里都设有壁炉，天花板上也刻有个各式各样的花朵，这在重庆是很罕见的。所以，其入选重庆市优秀建筑，是政府挂牌的重点文物保护单位。目前，此院虽有政府挂牌保护，大院却是空置，无人看管，杂草丛生，残缺不堪。不少房间的木板已开始破裂，部分窗户的玻璃已掉下来，二楼木质楼梯已经腐朽断裂，主体建筑也随时有坍塌的可能性。基于此，用数字虚拟技术对此建筑进行重建保护迫在眉睫，可在最短时间内保存下该建筑的整体构造及造型纹理等重要参数。

2“陈家大院”数字建筑重建流程

2.1建筑基础数据获取

“陈家大院”体量较大，本次数字化建模初期，为了得到比较准确的数据，我们利用三维激光扫描技术进行测绘，它可以在相对快速的情况下，实时准确地获取资料，而且避免了传统测绘方法可能对古建筑造成的一些损害。进行本次扫描，我们利用RODEON激光全景扫描仪获得的点云数据采。该设备最大的扫描距离达到250米，而且在扫描的同时可以创建全景图像。实施扫描过程中需要注意选择扫描站点的位置，我们在大院主楼前的平坝中架设机器，既可以得到主屋的信息，又可以反面获取大门数据，在尽量减少工作量、减少数据冗余的基础上，合理布设扫描站点。数据在采集过程中会受到现场环境等因素的影响，该建筑由于四周树木过多，主楼前也有高树遮挡，导致获取的数据中建筑主体很多有缺失的部分。鉴于这种情况，我们配合测距仪等小型仪器测量取得实地实物的尺寸和数据，根据所采集的数据在CAD软件中制作出了大院的整体平面布局图及各楼立面图。（见下图）

2.2建筑数据模型建立

模型数据模型建立主要完成对建筑整体结构和内部构件的数字化建模，是整个数字建筑复原的核心部分。具体来说就是在虚拟环境中，我们要将大院的结构及细部和装饰残缺的或已经破坏的部分全部创建出来。

根据前面详细的数据及平立面图，关于大院的详细模型我们利用目前常用的三维建模软件3DMAX+VR渲染来制作完成。Max中多用POLY建模来完成基本模型构造。这里面的重难点主要在于建筑形态的真实复原和材质的把握，建筑在外形上主要由屋顶、屋身和走廊及支撑柱体几部分组成；复杂的屋顶，样式繁杂的柱头，围栏的碎石拼花，石质与木材的有机融合，要将这些特征都能真实反映出来才能达到对建筑复原和保护的意义。为了保证效果，这时需要将建筑的各个视角及特殊的细节部分利用数码相机近距离拍摄下来，然后在photoshop中选取最佳的角度进行纹理贴图处理。后期纹理烘培上主要经过以下几个步骤实现：

建筑体不是孤立存在的，外部结构制作完成后，还需制作当地地形以及周边环境，包括周边丰富的树木和植被，院内的雕塑等，最后加上相应的光照效果，完成建筑数据模型的创建。下图为“陈家大院”大门处及主体楼

2.3买景虚拟动画生成

为了后人能全方位多角度地对建筑单体、群体格局做研究，我们在整体模型创建完毕之后再制作一部实景虚拟动画。这种表现方法，为建筑的展示有着更多的优越性，打破了原先只能被动从单一角度和静态观看建筑的局限，让大家能虚拟建筑里主动观看。配合三维眼睛的佩戴和电脑鼠标的操控，观者可以自由轻松选择想看的内容，自己设定路线与角度，既可近观建筑某个细节成分，又能远看建筑的整体面貌，既可仰望天花造型，又可俯瞰庭園水塘中的鱼儿嬉戏。除了这种多视角主动性观察建筑之外，虚拟动画中我们还将建筑的生存背景复原于当初建造的年代，里面呈现当时的室内装饰和家具摆件以及人物在里面生活起居的场面，可以让大家更直观地感受到该建筑的人文气息和文化传承魅力。动画图像、音乐、文字、旁白的有机结合，能让观众在动画的视听世界里轻松地了解要表达的内容。此部分的重难点在于前期剧本及分镜头的编写工作，技术主要通过Flash制作动画，AE完成特效，Primiere进行配音及剪辑输出设置。

3结语

基于数字技术的建筑文化保护是对多媒体技术的有机整合，不仅有摄影测量技术、有三维建模技术，还需影视后期技术的支持。采用虚拟现实技术将“陈家大院”进行重建，不仅能获得建筑整体的实际标准尺寸、各种物件的真实造型、当初的材质风貌，而且还能还原出当初那个年代建筑本体与周围环境的关系、人物在内劳作休息的场面。这些数据都可作为文化遗产永久性保存，为后人研究建筑保护提供快速、高质量的原始资料。