吉林省传统村落空间的数字化保护

李雷立 张秋云

吉林建筑大学（130000）

0 引言

吉林省传统村落指经过国家划定的十一个传统村落如锦江木屋村、白龙村及三道阳岔村等，村落包涵大量人文景观历史资源。吉林省传统村落空间不同于建筑单体，前期测绘所需要采集的数据量大且被测目标复杂，因此传统的测绘方式不适用于村落空间数据的采集。机载激光扫描技术与传统测绘手段相比，节约了大量的人力与时间成本且精准度高。对于收集大范围的村落空间数据具有较大优势。由于经济发展受限，人口流失严重，吉林省传统村落逐渐“空巢”化，因此采用激光扫描等先进的测绘技术对其进行数字化保护刻不容缓[1]。

1 吉林省传统村落空间现状及问题

1.1 地域特色明显

吉林省传统村落主要分布在吉林省的东部区域，由于地处寒冷的东北平原，建筑结构多采用井干式。例如锦江木屋村，建筑多选用木材作为主体材料。与南方建筑的秀美华丽不同，井干式结构的特点就是木材的搭接处直接裸露在外，使得整体建筑富有一股自然粗狂的力量之美。

1.2 村落公共空间衰落

村落的公共空间作为人群的汇集中心，承担着交流、集会、贸易等功能。一方面由于近年来村落经济发展的滞后，更多年轻人选择走出村子，留守的都是些老人孩童，村落活力逐渐丧失，而这些作为交流空间的公共场所也相应地衰落。另一方面这些广场空间相对陈旧，配套的运动及商业设施不完善。

1.3 交通系统滞后

通过Arc GIS分析整理得到的吉林省公路网密度与传统村落数据进行叠加可以发现，村落的空间分布与公路网密度呈现负相关。公路网密度大的地区城市化进程相对较快，传统村落较少，而密度小的地区村落分布较多。由此可以发现，滞后的交通系统虽然阻碍了经济发展，但是传统村落却较好地保留了下来。

1.4 村落主体建筑衰败

吉林省传统村落的建筑多采用木材建造且年代久远，历经风雨的洗礼，破损严重。随着人们水平的提高，这类建筑渐渐不能满足人们对于生活品质的追求，建筑功能布局以及排水通风等实用功能逐渐退化。此外，由于大量村民乔迁新居或者随意改造老宅，造成很多具有历史价值的建筑遭到毁灭性打击。因此在这种情况下，运用机载激光扫描技术对村落空间进行无接触的高精度测绘并建立虚拟模型，对后续吉林省传统村落空间的数字化保护具有重要意义[2]。

2 吉林省传统村落空间数字化保护路径

吉林省传统村落空间的保护当前仍存在许多阻碍，一是人口的快速流失导致村落“空巢”化，缺乏活力；二是过多非专业性人才的干扰，大搞新农村建设，忽视了地方及各民族特色，一味地去陈求新，致使出现“千村一面”的情况。吉林省传统村落空间数字化保护是指借助无人机对村落进行空中扫描，得到的影像数据经过预处理、匹配、矫正等处理后利用Context Capture建模软件建立实景三维模型。三维虚拟模型的建立对后期村落空间的研究重要意义；在三维虚拟建立后，将模型信息导入数据库管理系统，并结合现有的VR虚拟可视技术，一方面可以完成对村落空间数据的分类保存，另一方面可以便于大众更直观地了解吉林省传统村落空间。（流程如图1所示）

图1 传统村落空间数字文化保护流程

2.1 数据采集

2.1.1 像控点布设

吉林省传统村落空间测绘数据量大且复杂，因此在利用无人机对其扫描前需要依据地形地势的差异设置像控点，并利用石灰或者油漆等对像控点进行标记，为了使像控点形成连续的闭环线路，可以结合SCGNSS对像控点进行卫星定位以完成连续的测绘工作。

2.1.2 航线规划设计

无人机的航线设计直接关系到所采集数据的完整性及有效性，因此在设计无人机飞行路线时要确保对被测主体的覆盖面。首先要确保航向重叠度达到53%及以上，此外旁向的重叠度达到15%。在同航向飞行的情况下，航高差值需要保持在30 m以内[3]。

2.1.3 数据预处理

受到航摄角度等因素的影响，经过无人机扫描后得到的数据存在大量重复且无效的情况，例如在拍摄复杂的建筑立面与水域交汇处时，会出现数据离散等现象，因此需要人为后期结合点云数据对其进行矫正、去噪等处理以得到高精度的DOM数据。

2.2 三维建模

三维虚拟建模技术为吉林省传统村落空间的后续研究发展提供了数字化支持。通过三维虚拟建模可以将现有的村落空间及物质文化遗产以数字化的方式保护下来，也为损坏的建筑及村落空间提供修复依据。三维建模技术以二维图像为设计基础，将获取的二维图像与现实村落空间连接起来，创造出立体的三维模型。依据无人机扫描获取的高精度DOM数据，利用Context Capture三维建模软件进行实景建模。而对于村落空间的三维虚拟建模，需要着重表达出村落空间的道路系统、节点空间、重要标志物及村落与外界的边界等要素，建模过程中需要秉持真实性原则，对村落现有空间进行充分表达，包括损毁的建筑与节点空间等。

2.3 数据库系统管理

在完成对村落空间的三维虚拟建模后，需要对所采集的数据及建立的模型信息进行分类储存。数据库的建立有利于人们更加方便快捷的寻找到自己所需要的数据资料。数据库主要分为地理信息数据库与模型信息数据库两部分。其中地理信息数据库可以利用Arc GIS等软件对所获取的信息进行分析处理得到村落的坡度、坡向、高程等变化情况；而三维模型数据库主要分为道路系统、建筑、水域、节点、区域等层级，用户可以选择自己感兴趣的一部分进行学习了解。相比地理信息数据而言，分层次的虚拟模型更有利于用户直观地了解村落空间现存的物质文化遗产，同时更深切地了解村落的问题并逐渐意识到村落空间保护的重要性。此外数据库的信息更新及安全保护也至关重要，随着时间的流逝，村落空间环境也在悄然发生着变化，需要每隔一个时间段对村落信息进行更新处理；而随着计算机技术的普及，越来越多的数据系统遭到袭击导致信息泄露，因此数据库的安全防护不容小觑。

2.4 虚拟现实技术

近年来随着VR等虚拟可视化技术的普及，使得吉林省传统村落的建筑及物质文化遗产更加贴近大众的生活。建立的三维虚拟模型经过可视化处理转变为动态模型，并通过互联网的传播，使得村落空间更加逼真、完整地呈现在人们面前。此外，VR技术的引进可以让查看村落虚拟模型的人们与模型间产生交互行为，人不再是立于模型之外[4]。

3 总结

吉林省传统村落作为历史的见证者，拥有许多优秀的文化与物质遗存，是重要的建筑文化遗产，包含了一个地域和民族的生活方式，经济文化和建筑环境的发展历程，讲述了特定的时期的历史风云。由于城市化进程的加快，人口外流严重，一座座传统村落逐渐变为仅供观赏的‘空城’，文化价值在流失。探索传统村落空间的数字化保护不仅是当下需要解决的问题，也可以为日后的村落空间研究提供资料支持。因此，从保护吉林省传统村落空间的角度出发，将机载激光扫描与数字化建模技术相结合，获得全面的且可视化的高精度建筑数据及模型，能够使得后续的村落保护更加科学化。