川渝民居结构数字动画表现研究

李波 孙琳

摘要：利用新兴的数字拍摄技术和数字模型还原技术，将即将消失的传统民居从整体结构到质地材料等真实重现，利用数字摄像机拍摄得到的照片和视频素材进行数字三维模型的扫描和修整，然后利用三维软件进行贴图的扫描和绘制，再进行灯光渲染，最后输出成品。形成一整套数字模型库，为以后的深入研究和实践教学提供数字资产。让受众全方位认识和了解川渝地区传统民居的结构特点，外观特点，为传承物质文化遗产做一点贡献。本文对数字动画技术在川渝民居建筑展示中的应用进行研究，简要阐述数字动画技术应用于建筑展示中的意义，之后从数字化技术的具体应用进行探究和分析。

关键词：川渝民居;数字动画;表现;研究

民居分布于我国各个城市各个地区，其是古建筑组成的一部分，也是特殊的文化遗产信息载体之一。川渝民居是由远古的干栏式建筑演变而成。成都十二桥发现的殷商时期的干栏式建筑，是四川民居的雏形，以后演变为汉代的干栏式建筑，再进一步演变为地龙墙、高勒脚、木地板、四周设通风口的民居（汉代画像砖），到了东汉即出现了庭园式民居（东汉庭院画像砖）。整个民居分四个院落、前堂、后寝、厨房、望楼，功能分区明确，多为穿斗式、抬梁式结构，有撑拱、斗拱的作法，已体现出四川传统民居的布局和风格。因此利用现代化科学信息技术，对乡村古建筑进行有效保护，避免人为因素以及自然因素对其的损害，是我们必须要承担的义务。

一、数字化技术对于川渝民居表现的意义

川渝民居是我国民居建筑中的一个分支，也是极具代表性的建筑样式，其结构复杂多样，对其进行展示和推广就显得很有必要。在传统民居表现工作的开展中，传统拍摄方式已经不足以满足现代化发展的需求，数字化技术的应用能够有效解决复杂结构的复原、连接、组装、多角度展示等问题，相关信息被更全面的记录和展示，在此基础上进行数字化数据库的建立，根据实际信息制定有效的保护计划，才能实现真正意义上的研究和表现。同时，这样的数字化表现还能有助于文化的传承，向青少年及对民俗文化感兴趣的社会人士展示传统民居的特点，从民居到民俗，从结构到意识，从结构形态再上升到文化形态，步步深入，深层次挖掘并展示巴蜀文化。让青少年知道传统民居，认识传统民居，了解传统民居，喜爱传统民居，传承传统民居，最后实现伟大复兴。[1]

二、川渝民居结构介绍

川渝地区民居区别于其它地区民居体系最大的特点在于其独特的结构体系——穿斗式结构体系。此种结构体系乃是当地人民经过数千年的生产生活所总结出来的最为适合当地地形地貌，气候环境等自然因素的体系，并在长时间的建造过程中定型化，具有很强的生命力以致如今我们在很多地方的民居建筑仍在使用这种结构体系。川渝地区地形以山地地形为主，大量的传统场镇依山而建，临水而生，穿斗式构架结构轻盈，灵活多变，非常适应川渝地区这种多山的地理环境。

三、数字化技术在川渝民居结构表现中的应用

数字动画主要包含数据获取、数字资产制作、结构组装动画制作、配音、后期合成处理等环节，最后形成一个完整的展示视频，呈现给观者。

（一）数据获取

数据获取主要有三种方式。一种是照片拍摄，然后使用平尺等测量工具对房屋的进深、宽度、高度、面积等进行数据测量。对每一个部件进行精细测量。优点在于不需要对部件进行单独拆分，缺点在于制作出的数字化模型进度不够;另一种方式也是照片拍摄，但这中拍摄方式和第一种方式有较大区别，是需要围绕所拍摄对象进行360度的拍摄，这种拍摄方式优点在于最后制作出来的数字化模型比较精准，缺点在于拍摄的照片数非常多，数据大，需要对每一个部件进行拆分单独拍摄;第三种数据获取方式是激光扫描，优点在于不需要进行大量的照片拍摄，只需要对拍摄对象进行快速扫描即可，缺点是需要对每一个部件进行拆分单独扫描。[2]

（二）数字资产制作

第一种数据获取方式得到的数据，需要利用三维制作软件（比如3Dmax、Maya等）进行模型的制作，然后使用贴图绘制软件（如Photoshop、Substance Painter等）进行贴图的处理制作，才能得到数字资产。这种方式的优点在于得到的数字资产可控性较高，单个模型数据量较小，模型的拓扑结构合理，缺点在于制作周期较长;第二种数据获取方式得到的数据，需要利用专门的照片建模制作软件（如Agisoft Photoscan、Autodesk 123D Catch、3DCloud等）进行模型的制作，同时生成对应贴图。优点在于制作快速，缺点在于得到的数字资产可控性不高，数据量较大，模型的拓扑结构不合理;第三种数据获取方式得到的数据，需要结合相应的专业软件（如MagicWand等）进行数字资产的生成，优点在于生成的数字资产细节丰富，能很好的还原物体本身。缺点在于数据量大，模型的拓扑结构不合理，后续使用及其困难。

（三）展示内容设计

为了对民居结构更加清晰的展示，需要对展示动画进行设计。

第一，首先从整体入手，讲解民居全貌，由哪些主要部分组成，穿斗式房屋的主体构架主要包括：柱、檩、枋、椽、挑等部件。配以斗枋、钎子、连磉、地欠、檐柱、地脚石、瓦等。地基是起支撑和固定房屋框架的。柱，是房屋结构起支撑作用的部件，一般为木柱和石柱两种。檩，是搭架在左右两排柱子之间的木料。枋，也叫穿枋，是连接柱与柱之间的方形木料。椽，也叫椽桷，是在檩上横排铺瓦的木料。

第二，每一个部件的作用是什么。穿斗式是指以柱承檩，穿斗式构架沿房屋的进深方向按檁数立一排柱，每柱上架一檩，檩上布椽，屋面荷载直接由檩传至柱，不用梁。每排柱子靠穿透柱身的穿枋横向贯穿起来，成一榀构架。每两榀构架之间使用斗枋和纤子连接起来，形成一间房间的空间构架。

第三，再将结构分为穿插结构和卯榫结构。穿插结构主要针对大件之间的连接，比如石材和木材之间的连接。卯榫结构主要针对木材之间的连接。卯榫结构是中国木质古建筑常用的结构，这种结构也常用于家具的制作，如最简单的木质小方凳，其特点是在物件上不使用钉子，利用卯榫加固物件，体现出中国古老的文化和智慧。木器上安榫头的孔眼 。如：卯笋（即卯榫。比喻两部分的连接处）;卯眼，或榫眼。“凡剡木相入，以盈入虚谓之笋。以虚入盈谓之卯，故俗有笋头卯之语。”

第四，分解结构之后，要掌握好每一个部件出现的先后顺序。按照地基、柱、枋、挑、檩、椽、瓦等先后顺序进行动画展示。地基定义了房屋面积的大小，承载了房屋的所有重量，地基稳不稳直接影响房屋的稳定性，是修房造屋最先做的工序。地基打好后，就是立柱。柱子是承载屋顶所有力量的主要支柱，决定了房屋的高度。柱子立起来后，需要用枋将柱子连接起来，以稳固柱子，防止倒塌。柱子连接后，还需要用挑做出屋檐，然后在上边搭檩，形成整体框架。再在檩上搭椽，椽上铺瓦。

（四）结构展示动画制作

数字模型资产生成后，需要将资产导入三维制作软件（比如3Dmax、Maya等）进行展示动画的制作，此文以Maya软件为例。利用maya里的动画系统，对每一个数字模型进行关键帧的制作，从而实现动画效果。比如，当需要让柱子从画面左边移动到画面中心的时候，就需要选择柱子模型，修改它的“位移”属性，在对应时间的刻度上记录一个关键帧，这样就在时间播放的时候产生了动画效果。同理可得，当需要让柱子从水平摆放变成垂直摆放时，就需要修改其“旋转”属性。当需要让柱子在某一个时刻突然出现或者消失，就需要修改其“可见性”属性。当需要让柱子变大变小，就要修改其“缩放”属性。同理可得，其他物体也是通过这样的技术手段实现动画效果。[3]

（五）灯光渲染制作

灯光渲染是在数字动画制作中的一个重要环节，是让模型产生质感的一个重要环节。好比现实世界里把一个物体放在一个全黑的屋子里，无论这个物体外形多么好看，色彩多么鲜艳，金属质感多么强烈，没有灯光的照明，我们什么都不能感受到，因此在Maya软件里同样需要给物体设置灯光。根据数字动画的特点，本项目只需要一盏天光即可，天光是一种全方位照亮物体的灯光，能在物体上产生自然柔和的光线效果。

四、结束语

数字动画的直观性和可控性让其在动画表现中出类拔萃，在众多表现手法中作为首选。由于川渝民居其特殊性和历史价值，使用数字动画这种表现方式就显得非常适合。

参考文献：

[1]杨树涛.数字化技术在乡村古建筑保护中的应用研究[J].中國新通信，2017（19）.

[2]曾宇.川渝地区民居营造技术研究[J].建筑历史与理论，重庆大学，2006（学位年度）.

[3]梁静.重庆涪陵地区穿斗架民居挑檐结构做法研究[J].建筑与文化，2018（11）.