傳統民居數字化采集及應用

馬利廣

（新疆藝術學院 新疆 烏魯木齊 830040）

1 引言

信息技術讓世界變成了地球村，數字技術的普及讓文化遺產有了新的生存空間。中華民族創作了千年的歷史文化，給后人留下了豐富的文化遺產。隨著時間的流逝，許多文化遺產也隨之退出了歷史舞臺。傳統民居作為文化遺產的重要組成部分，也同樣面臨著被歷史淘汰的問題。因此數字技術是傳統民居保護和傳承的重要手段。

2 數據采集內容

2.1 總平面圖

總平面圖主要包括，建筑、院落、街巷、重要植物及地形地貌等。對于較早的傳統民居，在建造時往往沒有經過合理規劃，因時因地而建，給測量繪制帶來了挑戰。此圖重點要體現院落之間的布局，路網的設置，水系網絡及綠植網絡的散布。

2.2 平面圖

因材料性能的限制，傳統土坯建筑大多為一層建筑。平面圖可分為兩類，一是院落平面圖，主要包括院墻、大門、飛廚、羊圈、主題建筑、綠化區、檐廊等。二是建筑平面圖主要包括墻體、承重柱、內室門窗和內墻等建筑構件的尺寸和位置。

2.3 立面圖

立面圖大體分兩類，一是建筑外立面，主要包括門窗高度及尺寸，外墻的飾面材料及樣式。二是室內立面圖，主要包括內墻門窗尺寸及位置，墻面造型及材料說明。傳統民居為了適應氣候環境，外面不僅相同，所以四個建筑外立面都要測繪，特別是有柱廊的立面要特別關注柱子與屋檐的銜接關系。室內立面要關注柱子、梁、椽三者的結構關系。此外還要關注窗欞、門板、柱子等結構樣式，對于藝術價值較高的構件要數碼拍照，角度盡量平整、垂直，特別復雜的要多角度拍攝及手繪結構圖樣。比如：門板木雕、柱頭雕花、窗欞樣式等，都是重點裝飾的部位。

2.4 天花圖

在新疆傳統民居中，頂棚結構樣式是很有特色的。在黏土墻的頂部設置間距為50～70 cm的木檁條，是屋頂的主要承重構架。檁條上的椽子一般都采用較細的樹枝一分為二，弧面朝下、平面朝上，以密肋式固定在檁條上。為此在繪制天花圖時，要詳解記錄梁的位置及大小，密肋的直徑和排列方向等數據。對于木梁的裝飾元素要拍照記錄，并注明標高及材質。

2.5 剖面圖和大樣

根據新疆傳統民居的機構，重點測繪與梁垂直的剖切面。對于梳理房屋之間的關系，核實細部構件的結構，校對數據等有著至關重要的作用。同時對于具有藝術觀賞價值或者具有歷史價值的構筑物，要借助大樣及詳圖進行記錄，或者配合三視圖來表達。特別復雜的構件可以使用三維掃描儀重點記錄，確保完整的記錄其材質、規格、尺度、內容及工藝。

3 數據采集方法

針對新疆傳統民居的數據采集，可以根據不同情況分為四種方法，即圖像采集，使用數碼相機及攝像機等工具采集信息；傳統手工測繪，根據測量對象不同使用相應的測量工具來完成測繪；三是數字掃描，主要使用三維激光掃描技術來完成相對復雜事物的測量；四是網絡數據搜集，主要通過專業網站獲取所需的電子數據[1]。

3.1 圖像采集

圖像采集，主要使用數碼相機、數碼攝像機來完成圖片和影像的記錄。這種方法用于前期基礎數據的采集，為后期的數據分析提供支持和輔助。主要采集內容有柱、梁銜接的結構關系；空間全貌；建筑表皮；藝術價值較高的建筑構件和細部，如木雕、石膏雕、彩繪等。在拍攝過程中，針對建筑結構采集，要遵循先整體再局部的原則，要多角度拍攝保證數據的完成性。針對空間全貌，要注重視頻的連續性，圖片的有序性，以保證空間記錄的系統性。針對建筑表皮和細部的采集，要注重拍攝角度要盡量與拍攝面保持垂直，避免圖形的扭曲和變形。同時，對于尺寸較大的建筑構件要在保證視距不變的情況下分段拍攝，為后期圖像合成提供基礎數據。對于三維建筑來說，要盡可能從不同側面分別拍攝照片，為后期與數字模型匹配貼圖做準備。

此種方法的優點在于快速、便捷、易實現，導致前期拍攝的數據量偏多，易產生許多無效數據。這就要求我們再拍攝時以院落為單元，先整體后局部，先結構后細部的原則開展記錄。為了避免數據混淆，每個單元開始前以門牌號作為起始頁，保證單元之間的數據條理清晰。在記錄結構和細部時，可以先拍攝手繪草圖的點位圖來區分不同細部的具體位置。經過系統有序圖形采集為數據分析、數字建模等環節提供可靠的資料。

3.2 手工測繪

手工測繪是常規的測量方法，根據測量對象的不同使用相應的測量工具來完成測繪，主要用于建筑結構、戶型、立面、門窗等數據測量。此方法操作簡易，運行成本低，但對于體量較大建筑要多人合作完成。這就導致測量過程中，數據會產生較大的誤差，要求卷尺在測量時水平方向貼地測量，垂直高度要貼近墻角測量，紅外測距儀要找準垂直面完成測量。最后，要對每個房間的總長、總寬一次性測量，用于后期對小尺度的校對和配準。具體操作流程如圖1。

圖1 手工測繪操作流程

測圖繪制時要通過現場結構按照大致比例繪制出院落建筑的框架圖，墻體門窗繪制時可簡化表達，以提高制圖效率。測圖上除標注詳細尺寸外，還要標識出坡度、層高等豎向尺寸。其中窗臺、窗高、窗梁可用一組數字標識在窗戶的位置，以確保數據的完成性。記錄尺寸時應按照施工圖規范來標注數據，以免數據混淆影響測量的準確性。對于結構復雜的部分，可以做好標記后繪制大樣詳圖，來彌補細節數據的缺失。測圖完成后，要經過復尺校對，進一步查漏補缺，及時解決前期測量中存在的數據確實、誤差等問題。為后期使用Auto CAD繪制圖紙，提供準確前面的數據支持。

對于手工測繪而言，不論是前期測繪還是后期電腦放圖，都有非常高的參與性。測繪人員全過程參與，不僅可以保持數據的連貫性，還能加深對現場環境的認識，增強對建筑結構的理解。這種強烈的代入感，為后期的數據分析及研究打下堅實的基礎。

3.3 數字掃描

數字掃描，主要使用三維激光掃描技術來完成相對復雜事物的測量。隨著科技的不斷進步，三維激光掃描技術逐漸在各個領域都得到了推廣和應用。它的工作原理是多角度發射激光，碰到物體后反射回接收器，經過數據分析后將被測物體以圖形的形式展示出來。主要用于藝術價值較高的建筑構件，體量較大的空間環境等。相比手工測繪而言，具有多角度獲取數據及全天候工作的特點，大大提高了測繪速度；激光有一定的穿透性，在測量院落時可以有效避免植物、衣物等因素的干擾，獲取數據更加準確；采集數據全面，除獲取尺寸數據外，還能獲取色彩數據等；測量過程多線程運行，無接觸測量，既能提高工作效率，還能有效避免測量人員不足和高空作業的危險；數字化程度高，擴展性強，采集的數據為數字信號，便于后期的處理、分析、輸出以及與其他軟件的數據轉化。在掃描物體時，要盡量勻速平移或者旋轉，以提高數字模型的準確性和精確度。

3.4 網絡數據檢索

網絡數據檢索，主要通過專業網站獲取所需的電子數據。建筑、院落的測繪通過上述方法可以順利展開，但是對于整個村落和巷道就顯得力不從心了。當然，也可以通過機載雷達攝影技術，完成整個城區的掃描。但是由于可行性低，因此，退而求其次通過規劃云、高德地圖等專業網站檢索數據，獲得老城區的電子地圖、衛星地圖等數據。同時，還通過網絡數據檢索，從城建局、政府官網等，獲取城區規劃相關的資料，為后期城區數字化建設提供數據保障。此外通過網絡獲取傳統民族相關的圖片及施工圖等相關數據，以彌補前期測量失誤或者自然侵蝕造成的數據缺失問題。以及獲取相關文字信息，幫助理解因人文風俗所造成的院落布局和裝飾手法等問題。

4 采集數據應用

4.1 數字博物館提供基礎數據

博物館是征集、典藏、陳列和研究代表自然和人類文化遺產的實物的場所，對館藏物品分類管理，為公眾提供知識、教育和欣賞的文化教育的機構、建筑物、地點或者社會公共機構。但是對于活態化的傳統民居而言，放進博物館的可行性較低。同時脫離了人文和自然環境的民居也就失去了他存在意義。為此基于Internet的數字博物館突破傳統博物館的諸多瓶頸問題，利用計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器等高新技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界，不受時間和空間的限制，自由地欣賞古代文化遺產的魅力。通過整合文字、圖像、模型、視頻等多種元素，全方位展現傳統民居的魅力。同時基于前期數字編碼的基礎上，便于快速檢索到所需的資料[2]。

4.2 數字教學提供技術支持

隨著信息技術的不斷發展，虛擬現實技術逐漸滲透到教學領域，利用虛擬現實技術把教學過程做成動畫的形式，增設交互性和協作性，可以達到完全模擬的程度[3]。特別是實踐性較強的科目，更加需要虛擬現實技術的輔助。同時數字教學還不受時間、地點、空間的限制，師生可在任何時間，任何地點都能從網上方便地獲得需要的信息。該項目可為數字化教學提供案例，為藝術設計、民間工藝、城鄉規劃等相關專業提供學習資料和虛擬現實的技術支持。

4.3 數字旅游提供展示素材

在數據采集和分析中，發現許多藝術價值較高的建筑構件及細部。通過數字技術將其恢復原貌，充分展示精湛的技藝和絢麗的藝術效果。選擇具有代表性作品成為當地的數字名片，吸引大眾的關注度。以此為基礎數據還能衍生出，具有地方特色的文創產品，能夠更好的推廣旅游文化。同時結合旅游景點，實現智能導游系統。搭載網絡平臺利用虛擬現實技術、數據融合技術等，打造出三維虛擬旅游產業，有利于更好地傳播中華優秀傳統文化。

5 結語

信息技術是新時代的產物，它無限的存儲量、快速的計算能力、便捷的傳輸方式，成為獲取各類信息的有力工具。借助數字采集、利用圖形處理、虛擬現實等計算機輔助設計軟件，開展傳統民居的數字化研究。對文化遺產的保護和傳承提出了數字化思路和途徑，為數字城市、數字教學、數字旅游及數字博物館等數字平臺提供基礎數據及技術支持。