数字技术跨界融合在建筑文化遗产保护中的运用

杨晗 郑东

（1.顺德职业技术学院 2.澳门科技大学）

随着城市化的加速和“美丽乡村”、“乡村振兴”等一系列国家战略的实施，遗产建筑的保护也日益受到重视。但在当下旧建筑“拆与不拆”两种极端声音下，仍使地方政府或居民在是要“经济还是遗产”之间摇摆。伴随着3D扫描、大数据、物联网、VR、MR等信息技术的飞速发展，在建筑文化遗产领域也开始掀起了一场以三维重建、AR遗产再现与修复展示等核心的技术革命。而AR技术的利用使得建筑文化遗产能得到更好的还原再现与传播，能有效地推动和实现其资源活化利用。

数字技术是新时代技术和科学融合的发展趋势。研究证明，数字技术在提高文化遗产地理位置探测的精准度，扩充数据存储的信息量，提升视觉展示的表现力，提高信息资源管理等方面均发挥重要作用。虽然学界对信息技术在建筑文化遗产领域运用有一定的研究。但大部分都是在技术手段上保护，且少在传承和活化上的研究；为了将建筑文化遗产真实的保存并传承活化利用，本文从信息技术角度出发，以真实性、传承性为原则。通过技术性保护达到建筑文化遗产的传承与活化。

一、文化记忆：建筑文化遗产保护的意义

（一）文化遗产的概述

从《雅典宪章》、《威尼斯宪章》被定义为“物质的对象”和“禁止的现状”开始接受传统文化，到《保护世界自然遗产公约》把对象看成文化的结果；从《马丘比丘宪章》提出在保护时继承文化传统，并使之“继续有生命力”，其后系列文件都提出保护是建立与传统的联系作出的努力；包括他的物质价值、人文价值、场所精神、以人为本等，从文化意义角度就不能把保护看成是一个静止和纯物质的。而是建立在历史真实性基础上的延续，是建立在文化艺术基础上的活化；是在认同历史物质性基础上的文化延续，是强调以人为主体性的物质精神的延续。

我国《宪法》、《文物保护法》等历史建筑文化遗产保护的相关法律法规，是当前开展建筑文化遗产保护的基本依照。在有法可依的情况下，对历史文化的保护还原以及继承和活化就是当下对历史文化事实尊重的最重要的途径和依据。

（二）建筑文化遗产保护的现状与意义

建筑文化遗产作为见证我国历史发展各阶段最直接的现存地面上的文化，历史建筑能间接地反映当时的社会发展水平，社会文明程度以及各行业技术发展水平，所以具有极高的历史研究价值。

建筑文化遗产是各时期建造技术在建造当代艺术价值的反映；不同时期的历史建筑都蕴含着时代的文化烙印，具有时代性独特的文化艺术价值；历史建筑与城市发展相依共存，不仅是各个时代的烙印，更是最直接的艺术考古资料和文化旅游等软实力的见证。

二、传承记忆：建筑文化遗产保护的真实性与延续性

（一）建筑文化遗产的真实性

文化遗产的核心是“真实性”，“真实性”不仅包含物质文化遗产本身的真实性，还包含相关材料、环境、工艺、人、物、事等相关构成要素的真实性；真实性可以贯穿到物质文化遗产的横向和纵向，能真实地反映遗产当时时间、社会环境、文化背景以及建造技术等等各方面。建筑文化遗产保护要严格遵守“真实性”的原则才能真实的还原当时的各种情景，这才是遗产保护的真正价值所在。

（二）建筑文化遗产保护的延续性

随着全球化的发展，人类文化的互相学习和借鉴，造成人类历史过程中形成的多样性文化日益趋同。使得对历史过往文化的保护与传承就更为重要；尊重和传承历史文化深入人心，也是人类传承和具有差异性的地区文化身份的重要体现。同时地区文化的传承也体现在“场所精神”上，地方固有的文化价值是属地文化自信的体现，也是有别其他文化的“领域性”文化特性，保护和传承属地文化对文化遗产特色的保护和文化延续具有重要的作用，在对建筑文化遗产保护的延续性尤为重要和突出。

三、再现记忆：数字技术在建筑文化遗产保护的技术路径概述

（一）数字技术的发展概述

本文指的数字技术包含建筑三维激光扫描技术、三维建模技术、AR虚拟现实技术等。

芯片技术的发展带动了计算编程等技术的快速发展，在二十世纪以来三维激光扫描技术迅猛发展，是数字技术在测绘领域应用的又一次伟大发展及革命，三维激光扫描通过识别系统扫描识别物体的三维点来获得相关数据，而通过识别获取物体表面高精度高分辨率的图像或生成数字模型；因此又被称为实景复制技术[2]。该技术现在发展到可以通过相关三维扫描机器直接从物体中进行快速的逆向三维数据采集及通过软件技术模型重构[3]，通过设置激光扫描点对扫描物体无需进行任何的处理，这样通过激光扫描点获得的每个数据都是直接采取目标真实数据，使得后期处理的数据完全真实可靠[4]。三维建模技术是利用相关3D软件对物体进行虚拟建造的一门技术[5]；随着计算机硬件技术的不断升级，建模技术有了更可靠的硬件支撑也得到了质的提高，三维建模技术的运用也更加的广泛，特别是在现代高速运算计算机的运用使得三维建模技术速度更快还原度更真实。VR虚拟现实技术，是通过计算机数字技术输出的虚拟世界转变成数字世界的模拟系统。它是把用户带入到一个通过数字技术仿真的虚拟世界，通过一定辅助设备，如虚拟眼镜、穿戴设备等等通过传感设备刺激人体及视觉神经而达到的虚拟交互世界。使用户可通过虚拟现实技术直接地参与到其中感受它们这种虚拟真实存在，产生沉浸式体验。实际上，VR技术是计算机数字技术、计算机仿真图形学、计算机视觉、信息交互技术、传感与测绘技术、模拟仿真技术、多媒体数字影音技术、语与模式识别技术、机接技术、软件工程、网络技术和智能技术等多种新技术集成之结晶。具有逼真性沉浸性、交互性和构想性[6]。

（二）数字技术在建筑文化遗产保护的实现过程

数字技术在建筑文化遗产中扮演的角色主要为还原和再现技术。从技术层面实现还原和再现需要经过几个步骤：如建模技术、VR虚拟现实技术。

还原的第一步是对照建筑遗产真实参考，利用3D扫描、3D建模技术建造出与历史建筑一样的建筑模型。要获取三维模型就要通过对3D模型进行精细的扫描以及通过计算机数字技术进行相关数据的处理。3D扫描通过对建筑空间扫描点进行扫描，通过计算机数字技术建立相应的数据坐标。这样也称作点云。为了得到更精准的数据，点云数量应尽量的多，这样才能保证通过不同角度扫描得到全方位的扫描数据，生成的模型会更加的真实和精准。在数据处理之前，为了能更有效地处理和成功处理；首先就需要把扫描点链接起来，将点云布置成网格化。将点变成线，再由线组合成一个面。这样才能更精准。其实就是需要对这些面进行多面化、多角度地扫描了。再次，就需要分辨不要重复，所有的扫描点不能有重叠，避免在数据处理生成模型的时候有叠加造成模型叠加的失误。而建造是指对已损坏的建筑遗产在3D扫描完成后利用3D建模软件建模的过程，是现实不存在的扫描点通过人工的方式添加进去。整个实现的技术路径如下：

1.3D扫描

扫描点位决定了扫描的效果，所以设置正确的扫描位置是首要。而扫描也是有一定顺序可言，首先，得对扫描点进行标识，做好记号作为扫描的参考物来对齐扫描点。而扫描有时不是一次性能完成的所以需要设置多个扫描点，一般会设置最少三个扫描点，才能有效地完成两次扫描；其次，设置扫描点的网格化，也就是在水平和垂直方向设置扫描点；再次，设置扫描分辨率后对物体进行耐心有序地扫描工作； 最后再次获取标记点的确切位置。

2.数据处理

在对扫描的云点进行数据处理的过程中最重要的就是之前扫描时创建的网格对齐。可使用Cyclone，如之前未对齐的点云可以进行手动或自动对齐。值得注意的是在进行手动对齐时要之前设置扫描点一样至少选择三个能够联系对应的点及两个能对齐的点云；自动对齐基本理论与手动对齐是一样的，但是自动对齐主要是可以识别扫描时设置的点云标记来获取坐标。

3.网格简化和增加缺失模型

为了简化网格，选择使用3dsMax建模软件。主要目的是删除处理完后的数据中本不属于该建筑的网格物体和一些操作上错误的网格物体。使用3dsMax的网格功能简化物体的网格。简化后的模型可以少处理大量的点和面的复杂问题。其定义是在为在保持建筑物原来整体的形状、体积和边界不变的同时减少物体的大小和复杂程度。这样的方法可以简化模型带来的机器运作及后期可视化的复杂程度，但也可以有效地达到链接具体的点及有用曲面等组件。

在增加缺失的遗产模型部分我们也采用3D建模应用程序3dsMax或者草图导师建模软件对缺失的部分进行建模。我们会依据史料记载以及根据现场实际情况赋予材质等。使缺失的部分与现存完全融合。

4.模型加工后可视化

模型建设完毕后我们会对前面的工作竞选反复的实验。主要目的是对前期工作的一个评估和规划，对评估后的参数数据进行数据处理后来搭建能实现三维可视化的前期工作确定这些处理参数以与后续VR技术的衔接。

5.使用VR技术实现可视化

要实现VR的可视化技术，就离不开3D显示技术和3D打印技术。3D显示技术主要是通过三个维度的虚拟数据达到在显示器上三个维度的显示技术，是观感有立体感。在三维技术发展上，从需要通过特殊制造的仪器观看视频才能有立体效果到裸视三维技术以及现在的三维穿戴技术等等。每种三维技术因为时间和技术的发展都有其自身的优点和缺点。也是从小型的特殊材质三维打印机到现在的建筑3D打印机的迅猛发展，也是打印增材制造技术迅猛发展的一种体现形式。3D打印机的不断发展使开发人员能够通过打印3D模型以进行可视化、测试或直接创建零件。VR可视技术还可以使用VR佩戴眼镜进行虚拟交互观看。使用VR眼镜可以达到身临其境的感觉，使观者达到与建筑遗产“零”距离的接触。

数字技术的发展对文化遗产的保护意义重大，特别是虚拟现实技术可以通过数字模型保存和数字可视化直接使用在文化遗产的保护上。通过VR技术多渠道的运用，特别是穿戴设备，VR电影的流行，可以表明；VR技术是非常适合于用在建筑文化遗产保护上的；未来数字技术将实施到数字历史建筑物保护中，不仅历史建筑，古村落的整体保护也可以运用虚拟信息技术。

四、结语

传承与活化是建筑文化遗产保护的主要目的，在传统的规划设计保护中喜欢把建筑文化遗产作为建筑文化旅游景点或改造成商业区；通过利用改造或后期商业化改造后，因为要迎合参观和消费者的喜好，往往商业化后，历史文化建筑已经被破坏得面目全非，很难能长久维系和达到保护建筑遗产的目的。通过现在数字技术的跨界运用，对建筑遗产的虚拟真实性的还原、活化和利用并不会破坏其旅游或商业性质的活化使用；通过数字技术再现和保护甚至展示，不断赋予其生命力，焕发其生命价值和文化价值，也是与时俱进地体现。VR等数字技术的运用使建筑遗产以新的方式、新的面貌、新的精度还原历史文化建筑。不仅有助于建筑文化遗产更完整更真实的被传承和保护；而且未来利用数字技术把建筑遗产通过游戏场景、文旅场景等活化和利用，可以在无形中使不同年龄群体、不同地域文化的人民更好地了解建筑历史文化和理解建筑历史文化，达到真正的文化的传承和经济上的活化利用。数字技术的跨界运用在历史建筑遗产中的运用是对历史文化保护的一种升华传承和活化运用，具有划时代的意义。