浅谈古建筑保护中的数字化技术

狄海宁

摘 要：古建筑保护中的数字化技术目前在国内外都还处于初级阶段，特别是这种技术通常都需要将计算机和文物保护融合在一起，整体方向比较新颖，在未来具有非常广阔的应用前景。我国本身就是历史文化遗址非常丰富的国家，因此这项技术对于我国各地古建筑保护来说具有鲜明的现实意义。文章先综合分析了古建筑保护中数字化技术的基本含义和重要意义，并探讨了这种技术应用的前提和整体分类，最后结合靖江王陵陵墓遗址的三维数字化保护和云冈石窟墙壁浮雕造型的数字化保护两个实例，探讨了数字化技术在古建筑保护中的具体应用，拓展了我国古建筑保护的发展方向。

关键词：古建筑保护；数字化技术；计算机辅助技术；虚拟现实技术

随着计算机相关技术的发展，我国古建筑保护领域也发生了翻天覆地的变化。特别是各类计算机技术和数字化技术的深入应用，使得古建筑保护各项工作进展都非常迅速。对于各个古建筑研究来说，都必须要在保护的基础上展开各类工作，因此古建筑保护相关的数字化技术探讨尤为重要。在我国五千年文明史上，具有丰富价值和意义的古建筑有很多，并且容易受到外界环境的影响而发生损伤。本文也在数字化时代的背景下，深入探究了基于古建筑保护的各类数字化技术，借以推动我国古建筑保护领域的進展。

1 古建筑保护中数字化技术的概述

1.1 数字化技术的含义

数字化技术主要是伴随着计算机信息技术急速发展而产生的一种伴生类技术，其主要是指使用特定的设备将图像、文字、声音等外部信息转换为计算机能够识别的二进制信息，并进行各类后续信息的处理工作。而在古建筑保护中，主要是指对古建筑相关信息的识别整理，并利用这些信息对建筑进行管理和保护的技术。

1.2 数字化技术的特征与优势

相较于传统保护技术来说，数字化技术具有多方面的特征与优势。首先，数字化技术能够提高信息处理的效率。在使用了数字化技术以后，古建筑保护工作就能够跟计算机有更深层次的结合，使用计算机高速的运算速度来提升保护工作的效率。特别是各类信息处理效率的加快，使得建筑保护的有效性大大提升。其次，数字化技术可以使得建筑保护变得精细化。在传统建筑保护中，具体的保护工作需要具备丰富经验的技术人员来进行主观的判断，并且整个过程显得比较粗糙。而使用了数字化技术以后，就能够得到古建筑的全部信息，使得后续工作也会呈现出显著的精细化特征，不会笼统地进行概括。

1.3 古建筑保护数字化技术的重要意义

一方面，数字化技术已经成为了古建筑保护领域的主要发展方向。特别是随着计算机技术的深入发展，数字化技术在古建筑保护领域方面的应用方向也会变得更广，使得保护体系变得更加完善。另一方面，数字化技术的使用大大降低了古建筑保护工作需要的人才标准，节省了很多人力成本。同时这项技术的使用也能够有效提高保护工作的成效性，给古建筑保护减轻了很多资金压力。

2 古建筑保护中数字化技术的应用

2.1 数字化技术的应用前提

2.1.1 雄厚的科技实力

就目前的情况来看，数字化技术在古建筑保护中还属于一项新兴技术，并且相对于传统技术来说比较复杂。由于数字化技术跟计算机技术联系比较紧密，因此想要使用这项技术就必须要具有一定的科技实力。这主要是因为每一个古建筑的具体情况都不一样，很难针对我国所有古建筑建立一个通用的数字化系统。

2.1.2 丰富的使用经验

想要在某个古建筑中使用数字化保护技术，那么就要保证这个建筑已经有了较长时间的传统保护经验，即在较长一段时间里，古建筑都在进行传统保护工作。这主要是为了保证古建筑已经累积了必要的建筑保护经验，能够给数字化技术的应用提供必要的参考与支撑。

2.1.3 必要的经济支持

在传统古建筑保护中，主要的保护成本都用在人力成本和技术成本方面。在使用数字化技术以后，短时间内古建筑的成本会显著增加。但是从长远的角度来看，这些技术的使用可以有效节省人力成本，并且提供一种更有效的保护方法，对古建筑自身价值的保存有着丰富的战略意义。因此，在使用数字化技术的时候，还需要具备一定的经济支持。

2.2 数字化技术的应用分类

2.2.1 古建筑的管理保护

古建筑的保护管理数字化技术主要是给古建筑提供数字化和信息化的平台或系统，能够将古建筑的所有信息都囊括其中，进行全方位的管理保护工作。这种管理保护技术通常也被用于区域古建筑保护中，即在区域范围内针对所有古建筑或者建筑群建立一个完善的信息化系统，由相关部门或组织进行统一的管理和调整，整合区域古建筑的保护力量，能够让这些建筑的保护工作变得井井有条。

2.2.2 古建筑的修复保护

古建筑的修复保护数字化技术主要用来修复那些已经遭到破坏的古建筑。在这之中应用效果比较好的就是计算机辅助修复技术，它能够有效的提高建筑修复保护的效率和品质。在修复保护技术方面，我国研究的深度并不算太高，目前还是依赖于传统修复方式来对那些破坏位置进行修复，而仅使用数字化技术来对破坏原因进行分析，并能够导出可行的修复方法。在一些考古建筑的修复保护中，还可以对整个修复过程进行模拟，明确修复的最终效果。

2.3 数字化技术的具体分类

2.3.1 虚拟现实技术

虚拟现实技术又被称之为虚拟成像技术，能够将虚拟的信息以一种直观的方式展示到观察者面前，带来非常逼真的体验。在古建筑保护中，其主要应用在管理保护层面，即使用三维成像技术来复原建筑的原貌，以及早年时间建筑周边的环境情况等。这项技术也被叫做信息可视化技术，它能够将将古建筑保护有关的信息整合起来，给技术人员提供更为直观和全面的视角，提高信息解读的效率。

2.3.2 古建筑遗址和馆藏文物的数字化技术endprint

古建筑遗址和馆藏文物的数字化技术主要是针对古建筑建立一套完善的信息化系统，可以全方位的管理古建筑的具体情况，保障建筑保护工作能够全面展开。这类技术主要用于古建筑保护的信息管理，同时也可以使用到区域古建筑保护中去，具有比较丰富的应用前景。不仅如此，这些技术还可以针对古建筑、馆藏文物提供必要的信息化管理工作，完善保护的相关职能。

2.3.3 计算机辅助修复技术

计算机辅助修复技术主要是指利用计算机来提高古建筑修复的技术层次，同时提高修复保护工作的有效性。目前这种技术的研究层次并不算太深，主要是使用计算机制图等软件来设计古建筑的模型，并针对模型进行一系列分析，给具体的保护工作提供有用的信息。不仅如此，这些辅助修复技术还能够实现对于古建筑修复工作的模拟，以明确修复技术使用的可行性与最终效果，降低建筑保护修复的周期，提高最终的修复质量。

2.3.4 计算机摄影和测量技术

计算机摄影和测量技术主要是用来采集古建筑保护中的各类信息。特别是三维激光测量技术，能够利用激光来扫描物体，无需直接接触就能够获取物体的各类信息，测量的精准度非常高。在使用这类测量技术的时候，能够对建筑本身的各类数据信息进行量化，给数字化技术系统的建立提供了相对详细全面的信息支撑。在实际使用的时候，还可以对建筑破坏比较严重的区域进行单独扫描，获取建筑破坏情况的详细信息，并在物理形态上进行精度测量，便于后续修复工作的展开。

2.4 各类数字化技术的应用前景分析

可以预见的是，数字化技术在古建筑保护中具有非常丰富的应用前景。虽然目前数字化技术还主要停留在信息管理等层面，并没有真正与古建筑修复技术融合在一起。但是随着计算机信息技术的不断发展，各类数字化技术将与修复技术进行深层次的融合，实现建筑修复的智能化，同时也能够掌握建筑内部结构的详细信息，实时的监控建筑内部信息与参数的变化，提供全方位的深入保护工作。

3 古建筑保护中数字化技术的实际使用分析

3.1 靖江王陵陵墓遗址的三维数字化保护系统案例分析

靖江王陵陵墓遗址位于广西桂林市，是目前保存最为完整、规模最大的明代潘王墓群。但是由于自然环境和人类活动等方面的影响，靖江王陵陵墓遗址已经出现了明显的破坏，如果不加以管理和保护，那么就会造成不可恢复的损失。在计算机信息化时代，靖江王陵陵墓遗址利用三维数字化技术建立了相应的保护系统。

数字化保护系统的建立主要分为四个部分。第一，数字采集。这里使用到的采集方法主要是无人机航空摄影的方法来采集整体云图和重要区域的立体图像，然后使用三维激光扫描技术和近景拍摄来获取详细的纹理数据和几何信息。第二，数据处理。在得到这些数据以后，就可以使用目前流行的处理软件来进行光束法区域网平差，并解算重要元素。靖江王陵陵墓遗址选用的是ModelPainter等软件，完成了整体的精度建模和细节重现。第三，数据库的建立。在使用三维仿真等相关技术的基础上，需要对数据库進行一定的优化和改进，不能直接使用普通数据库。另一方面，建立的数据库还应该跟靖江王陵陵墓遗址的层次和组织相结合，从而跟遗址具体情况相契合。第四，系统的研发和关键技术的应用。在靖江王陵陵墓遗址的数字化保护系统建立的过程中，一方面要使用三维数字化技术来完善系统构架和整体功能建设，另一方面也应该积极研发并应用一些先进的技术，补充系统的关键性技术层次。这里使用的关键技术主要有激光扫描点云球面投影的三角网构网、高保真度纹理映射、多源数据融合的陵墓三维场景建模、信息组织与查询。这些关键技术完成以后，整个数字化保护系统就基本建成了，并且能够针对靖江王陵陵墓遗址进行全方位的保护。

3.2 云冈石窟墙壁浮雕造型的数字化保护案例分析

云冈石窟位于我国山西省大同市内，距今已有1600多年的历史，内部的石雕能够代表五世纪美术雕刻的巅峰，具有非常丰富的文化价值。云冈石窟的主体结构为石英砂岩，并且在多年的时间里也受到了一定程度的破坏。针对于云冈石窟的数字化保护体系，囊括了管理和修复两个部分。

首先，为了构建数字化保护系统的数据库，先对云冈石窟进行了数字化测绘工作，以获得石窟的整体信息和相关资料。测绘使用的方法有很多，比如近景拍摄、现场测绘等，但主要使用的还是三维激光扫描技术，其他的技术作为信息核对或者补充的方式。为了更好地整合与管理这些信息，云冈石窟还成立了云冈数字中心，并跟各个高校和研究单位共同联合，建立了融合高精度测绘、地理信息系统、计算机三维技术等多项技术的文虎保护技术，突破了云冈石窟在色彩捕捉、样本保护等多个方面的难题。这些内容共同组成了云冈石窟数字化保护的管理模块，能够提供对石窟的具体信息查询、三维造型展示等多个方面的功能使用。

其次，数字化保护系统还能够对云冈石窟进行必要的保护。在利用数字化系统对云冈石窟内部信息进行深入全面分析的基础上，就能够模拟自然灾害对石窟的影响程度，以及在面对自然灾害的时候石窟内部结构的变化。对于那些破坏程度比较严重的区域，系统还能够提出相应的修复建议，给云冈石窟提供全方位的保护。

4 结论

数字化技术在我国古建筑保护领域已经得到了很好的应用，并且目前基本上已经在我国各地古建筑中广泛使用。但是通过本文的分析可以看出，我国古建筑保护对于数字化技术的应用层次并不算太深，还停留在使用数字化技术提供信息管理等基础职能方面。特别是在靖江王陵陵墓遗址和云冈石窟等数字化保护中，虽然数字化技术已经形成了一个相对完善的体系，但是在古建筑预防性保护和事后修复性保护方面还有一定的欠缺与不足。因此，我们在以后的发展中应该更加重视数字化技术在古建筑保护领域中的重要作用和意义，并主动学习和探讨数字化技术在建筑修复和预防保护等方向的应用，促进我国古建筑保护领域的发展。

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