我国传统村落数字化保护技术研究现状与展望

张洪吉,罗 勇,刘 慧2,王永华3,陈青松,谭小琴

(1.四川省自然资源科学研究院,四川 成都 610041;2.邓小平故里管理局,四川 广安 638003; 3.广安市生产力促进中心,四川 广安 638003)

我国传统村落数字化保护技术研究现状与展望

张洪吉1,罗 勇1,刘 慧2,王永华3,陈青松1,谭小琴1

(1.四川省自然资源科学研究院,四川 成都 610041;2.邓小平故里管理局,四川 广安 638003; 3.广安市生产力促进中心,四川 广安 638003)

在收集、整理相关文献资料的基础上,从传统村落保护过程对信息需求的视角,梳理和总结了数据留存、信息加工和展示传播三个方面的数字化技术研究现状。结果表明:数字化技术作为重要的支撑手段为传统村落保护规划、修复设计提供了强大的数据基础和决策支持。数字化本身也作为一种新的保护方式获得迅速发展,并促进了相关技术的进步,而且很快由单一的手段向多技术集成转变,相关学科的融合不断深化,今后应进一步加强数据一致性、保护完整性、标准规范等方面的研究。

数字化保护;传统村落；研究现状

传统村落又称为“古村落”,是指拥有物质形态和非物质形态文化遗产,具有较高的历史、文化、科学、艺术、社会、经济价值的村落[1]。伴随着工业化、城镇化和农业现代化的快速发展,一些传统村落正在遭到破坏甚至面临消失,开展传统村落及其承载的文化遗产资源保护迫在眉睫。然而,一方面,传统村落范围广,景观、文化形式多样,文化资源具有典型的民间性和分散性,单纯的物理修复、旅游开发不能达到活态化、全面化保护的目的[2];另一方面,以传统测绘、纸质记载等技术为主的档案式保护方法不能达到全方位、空间化保护的要求,更不能满足可视化表达、形象化展示的需求。数字化技术对信息进行采集、存储、加工、表现、展示和传播的过程,很好地切合了传统村落保护过程中从记录到保护到展示再到发展的特性,使数字化技术成为传统村落保护的重要支撑手段。近年来,学术界对传统村落数字化保护技术开展了大量的研究和应用,并取得了丰硕成果。本文在收集、整理相关文献的基础上,综述了传统村落数字化保护技术的研究现状和趋势,并提出了展望。

1 传统村落数字化保护技术研究现状

结合传统村落保护过程中对数字化技术在数据留存、信息提取、展示传播三个层次的需求,梳理相关文献,可将相关技术归纳为以图形图像、空间数据采集和存储为核心的数据留存技术,以三维模型构建和文化数据创意为核心的信息加工技术,以虚拟现实和“互联网+”为核心的展示传播技术。这些技术相辅相成,其集成应用成为当前传统村落数字化保护的趋势。

1.1 数据留存技术

传统村落保护最关键、最基础的环节是全面获取和留存真实数据,它是科学开展物理保护或进一步进行展示传播的前提,在传统村落不断遭到破坏的情况下数据留存本身也是一种数字化保护。相应的数据采集和存储技术经历了从纸质资料到数字化发展的过程,当前研究和应用的典型技术主要包括图形图像采集、空间数据获取等。

图形图像采集技术:传统村落中景观、民居、文物、表演等各类资源都可通过图形、图像进行数字化记录。如采用平面扫描获取绘画、书籍、乐谱、剪纸等二维图像[3],应用高清拍摄记录村落景观、民居古建、文物外观[4-7],运用摄录技术可采集文化演出、传承人描述等[8,9]。这类技术应用较早、发展很快、相对成熟,当前已成为传统村落调查中一种较为常规的技术手段。我国传统村落保护的调查工作中已明确要求“完善村落全貌、主要街巷、重要传统建筑的照片”。

空间数据获取技术:传统村落本身是一种物理空间意义上的特殊景观,且村落中的民居、古建筑、文物等物质性遗产都具有显著的地理空间特性。以遥感、三维激光扫描为代表的空间数据采集技术成为传统村落三维空间数据获取的主要手段。遥感技术主要应用于对村落大范围基础地理信息数据的收集、村落景观中要素的解译以及村落环境动态变化数据的获取,如孙帅等[10]以山西省段河村为例,运用低空无人机遥感测绘技术开展村落空间数据采集;三维激光扫描以其获取数据非接触、速度快、精度高等优势而成为传统村落中民居古建、文物等空间数据获取的有效手段。

1.2 信息加工技术

对传统村落数字化信息的加工主要集中在两个方面:一是以地理信息系统空间分析技术为支撑,通过数据分析,为传统村落的物理保护规划设计、文化研究等提供翔实的数据支撑和决策支持；二是通过数据提取和三维模型构建,为传统村落展示和传播奠定基础。

空间分析技术:地理信息技术(GIS)以其在空间分析方面的优势,已被广泛应用于传统村落不同尺度的空间形态、景观格局、民居分布等方面的研究和信息系统构建,并成为保护规划、修复设计的重要辅助手段之一。如佟玉权[11]借助GIS空间分析工具开展了中国传统村落的空间分异研究;李旭威等[12]提出了综合田野调查、历史资料和GIS技术方法的广东省梅州市传统村落数字化保护思路;牛海沣等[13]探索了古村落地理信息系统构建的技术路线,实现古村落规划信息的深度分析、高效管理和便捷交流。

三维建模技术:传统村落的三维建模主要涉及两种类型:一是对村域及其周边构建三维地形模型,为全域查询或展示提供基础地理骨架支撑;二是对村落中物质形态要素如建筑、构件、文物等构建三维数字模型。三维地形模型的构建一般通过提取高程点,生成数字高程模型。而对建筑等要素的三维建模,主要基于几何建模方法,运用相关三维建模软件将物理造型转化为数字模型。如刘媛等[14]以衡阳市中田村为例,利用ArcGIS CityEngine软件开展传统民居建筑群三维建模。

1.3 展示传播技术

全面生动地展示传统村落景观、传播文化元素,是传统村落保护和传承的重要环节。虚拟现实技术是展示的主要手段,而“互联网+”传统村落成为新的保护模式。

虚拟现实技术:虚拟现实技术为实现传统村落的逼真、形象表达提供了有效途径。而村落信息涉及面广、数据量大,单一静态的展示不能满足全域性、活态性的需求。因此,学者们将虚拟现实技术与不同时相、不同空间尺度的时空数据进行结合,以动态交互的方式开展全景沉浸式体验,从而达到有效展播和传承的目的。严钧等[15]以湖南省永州市江永县上甘棠村为例,在数据筛选、信息处理和几何建模的基础上探索利用虚拟现实技术的传统聚落数字化保护方法;樊强强等[16]以广东省汕头市风岗村作为研究对象,从数据采集、管理到建模、虚拟,实现了三维全景虚拟,为保护与发展探索了一种有效的技术途径和科学直观的依据;冯磊等[17]利用虚拟现实技术并结合空间量化分析开展传统村落空间形态与认知研究,拓展了该技术在传统村落保护领域的应用。此外,虚拟现实技术还可以应用于传统村落景观创作、虚拟旅游产品开发、数字化博物馆建设、与3D打印相结合的文化保护等[18-20]。

“互联网+”传统村落:传统村落数据来源丰富、种类多样、专业性强,这对数据管理、分析和共享提出了很高的要求,“互联网+”模式为传统村落数字化保护提供了全新的解决方案。应用大数据存储可以缓解海量时空数据管理和分析压力,采用分布式计算能够提升数据挖掘和信息提取能力,通过互联网可以提高信息展示的交互性和文化交流的互动性,这些特点使“互联网+传统村落”成为当前的新方向,学术界和实务界已在相关方法、框架及应用方面开展了大量的探索研究和初步应用。如夏天[21]在分析传统村落文化发展所面临困境的基础上,指出了“互联网+”为传统村落保护与发展创造了新机遇,并分析了在文化传承与创新、避免标本化保护、及时出台有效政策、促进旅游业发展等方面的优势;刘灿姣提出我国的传统村落文化保护必须用好“互联网+”[22],并就乡土文化保护提出通过构建“互联网+家谱文化”新模式和建立基于虚拟家族社群的传统村落文化传承平台来进行家谱文化的动态传承,通过构建“互联网+村落旅游”新模式来实现传统村落的“数字旅游”和“智慧旅游”[23]。由华南理工大学出版社牵头的文化产业专项资金项目“基于大数据架构的中国古村落文化保护与传承云服务平台建设”,提出了基于大数据架构和云服务平台的传统村落数字化保护与传承模式[24]。北京清华同衡规划设计研究院技术创新中心开发的“传统村落APP”,提供了传统村落详细信息和交通路线,建立了一个全国性的村落信息分享平台[25]。我国住房与城乡建设部于2015年启动“传统村落数字博物馆”项目,拟通过计算机、网络、通信等数字化手段展示传统村落的聚落风貌、传统建筑、非物质文化遗产[26]。此外,网络众筹开展保护性建设[27]、村落旅游APP[28]等也成为传统村落保护展示与传承的一些创新方式。

1.4 技术集成与综合应用

传统村落保护的各项数字化技术都有其特点,且它们之间既相互依存又相互弥补,所以将相关技术集成应用,充分发挥各自技术优势,成为当前的发展趋势。总体来看,已逐步形成相对成熟的技术路线,在空间、图像及专业属性数据采集的基础上,利用空间分析技术开展数据处理、信息提取、时空分析,构建具有不同空间尺度的三维模型,通过搭建具有管理、分析、监测、展示功能的信息平台,进而通过虚拟现实等技术进行可视化展示,见图1。而在实践案例中,集成和综合往往根据需求有选择性应用但不限于上述技术。如王崇宇[29]以井陉县大梁江村为例,集成三维激光扫描、地理信息、三维建模以及虚拟现实技术,实现了传统村落多元信息综合管理、辅助规划设计、虚拟展示全景等功能。

图1 传统村落数字化保护技术集成示意图

2 研究述评及展望

近年来,伴随着我国对传统村落保护的高度重视以及数字化技术的飞速发展,传统村落数字化保护技术研究主要呈现出以下三大特点:①数字化技术作为一种重要的手段,为物理保护的规划、设计提供了强大的数据支撑和技术支持。②在传统村落保护形势依然严峻、人们对要素传播和传承的视觉需求越来越高的情况下,数字化保护技术迅速发展,甚至在三维建模、网络展示等方面促进了数字化技术本身的进步。③技术应用很快由单一的手段向多技术集成的方向转变,且数字化与传统村落保护相关学科的融合越来越紧密。

综上所述,传统村落数字化保护技术研究已取得丰硕成果,形成了不少成功案例并初步建立了相应的理论和技术体系,但还存在一些不足之处,今后还应重点开展以下三个方面的研究:①数据的一致性和共享性问题。传统村落数字化保护涉及的数据不但信息庞大、类型多样,而且一般来源于不同的部门和单位。这些不同来源的数据一般都是从不同应用领域、在不同时间跨度、采取不同的技术手段进行获取和处理,在格式、质量等方面均有所差异,严重影响了数据的一致性。同时,由于部门和专业分割,加之一些资料数据的涉密性,使数据集成困难、数据共享性差,导致信息资源利用率低、建设成本高、建设周期长。②保护的整体性问题。传统村落资源的复杂性和数字化技术手段的多样性使数字化保护必然是历史、建筑、地理、文化、艺术、计算机、传播学等多学科领域的交叉和融合。然而,当前不同专业领域的学者和不同行业部门大多从专业领域出发开展具有不同侧重点的研究,往往忽视了保护的整体性。如文物保护领域往往关注文物的历史价值、展现方式等;地理学者强调运用空间信息技术开展村落环境模拟和虚拟表达;计算机领域则重点关注数字化平台的构建和数据的集成。这些单项的或有所侧重点的研究和应用在专业领域内发挥了重要作用,但往往导致数字化保护呈现单一性而割裂了传统村落在时间、空间上的整体性。③标准化与规范化问题。一方面,虽然近年来对传统村落调查等做出了相关要求,如编制了《传统村落评价认定指标体系(试行)》、设计了《传统村落调查登记表》等,但尚没有对相关数字化技术的应用在技术规程、精度要求、质量控制等方面作出详细说明,更没有形成关于传统村落数据采集、处理方面的标准和规范。另一方面,与传统村落数字化相关的专项领域也缺乏标准和规范或标准较早而与快速发展的数字化技术不相适应。如在民族民间文化资源调查方面,自2005年我国发布《中国民族民间文化保护工程普查手册》以后,还缺少有关数字化技术的标准或规范可循[30];又如对非物质文化遗产的数字化,虽然已开展了元数据、数据库建设标准构建等方面的基础性研究[31-33],但没有形成完整的指标体系。同时,尽管一些专项技术可以借鉴或参照相关行业标准,但从不同的行业或专业视角往往不能得到广泛的认同,如三维激光扫描技术近年来在村落民居、文物等资源的空间数据采集、信息提取和建模方面获得了大量的探索和应用,测绘行业也发布了《地面三维激光扫描测量技术规程》,但对传统村落保护在数据精度、数据质量控制等方面的实际需求还缺乏指导性的规范。在标准和规范缺乏的情况下将数字化技术在传统村落保护中开展应用,往往导致数字化结果如数据质量和完整性、信息的可信度等方面的不一致,这些都需要进行深入的研究和探讨。

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ResearchStatusandProspectofDigitalProtectionofTraditionalVillagesinChina

ZHANG Hong-ji1,LUO Yong1,LIU Hui2,WANG Yong-hua3,CHEN Qing-song1,TAN Xiao-qin1
(1.Sichuan Academy of Natural Resource Sciences,Chengdu 610041,China; 2.Scenicare of Deng Xiao-ping′s Former Residence,Guang′an 638003,China; 3.Guang′an Productivity Promotion Center,Guang′an 638003,China)

Based on collecting and sorting out the relevant literature,from the perspective of the protection of traditional villages on the demand of information,this paper reviewed and summarized the research status of digital technology in three aspects:Data retention,information processing and communication.The results showed that the digital technology as an important means of support for the protection of traditional village planning and design could provide a powerful data base and decision support,digital protection itself as a new way to protect also developed rapidly and promoted the advance of digital technology,and soon by a single method to the multi technology integration transformation,integration related disciplines were constantly deepening,the protection of data consistency,integrity and standards and other aspects of the research should further strengthen.

digital protection;traditional village;research status

10.3969 /j.issn.1005-8141.2017.08.003

TP311.561

A

1005-8141(2017)08-0912-04

2017-06-15；

2017-07-22

四川省科技计划项目(编号:2014FZ0062、2015GZ0314、2017KZ0027);成都市科技惠民计划项目(编号:2015-HM01-00025-SF);四川省级公益性科研院所基本科研业务费项目(编号:2015YSK0066、2016YSK0015、2017YSK0008)。

张洪吉(1981-),男,四川省泸州人,助理研究员,主要从事GIS及资源信息方面的研究。

罗勇(1977-),男,湖北省麻城人,副研究员,主要从事3S技术及应用研究。