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        中國古代建筑多維模型庫的搭建與展示界面設(shè)計研究

        2020-04-07 09:19:38張子迎周平曹瑩薛露然張泓胤
        安徽建筑 2020年1期
        關(guān)鍵詞:模型庫古建民居

        張子迎,周平,曹瑩,薛露然,張泓胤

        (北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院,北京100191)

        1 引言

        中國古代建筑是一種在中國發(fā)展了數(shù)千年的建筑風(fēng)格,具有悠久的歷史和光輝的成就。自商周時期以來,中國建筑的整體結(jié)構(gòu)特點基本沒有改變,總體都以木構(gòu)架結(jié)構(gòu)為主要的結(jié)構(gòu)方式,布局對稱,具有一種簡明的組織規(guī)律,規(guī)劃嚴整,造型優(yōu)美,裝飾豐富多彩,特別注意跟周圍自然環(huán)境的協(xié)調(diào)[1]。同時,中國建筑的構(gòu)成都非常重視追求中和、平易、含蓄而深沉的美學(xué)特質(zhì),這同時也體現(xiàn)了中國人的民族審美習(xí)慣,這與歐洲建筑體系突出建筑個體的放射外向性格、體形體量的強烈對比等審美習(xí)慣有明顯的差別[2]。

        近年來,古建的調(diào)查與保護開始采用一些先進技術(shù),例如以3S技術(shù)為核心的綜合應(yīng)用[3]。3S主要包括全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS),其產(chǎn)品的多樣化能夠滿足古建多目標多尺度地行業(yè)需求。三維建模技術(shù)在古建保護中的應(yīng)用也非常廣泛,三種常用的建模方法(三維極光掃描技術(shù)[4]、幾何建模技術(shù)[5]、攝影測量技術(shù)[6])都在古建三維建模中使用。古建的三維模型數(shù)據(jù)對古建的研究與展示非常有價值。通過三維模型數(shù)據(jù),可直接獲得古建不同視角平面圖;在古建三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可開發(fā)古建筑數(shù)字化管理系統(tǒng),不僅為古建筑的研究與使用提供幫助,還極大的方便了古建筑的保護工作[7];利用三維模型,可虛擬拆解建筑結(jié)構(gòu)[8],并模擬出古建筑建造的過程動畫,以便更清晰的展示古建的結(jié)構(gòu),讓古代的建造過程得以真實再現(xiàn),從而增加古建數(shù)字化展示的交互性與趣味性。

        目前古建三維模型已經(jīng)積累了大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),如何對這些數(shù)據(jù)進行分析與再利用,使其能夠更好的支撐不同時期,不同類型的古建三維模型的搭建,并進行展示利用,是大量三維模型獲得之后需要密切關(guān)注的問題。文章工作主要針對已有的大量模型數(shù)據(jù),對模型進行梳理、分類,最終形成方便調(diào)用、方便查詢的多維模型庫。

        2 研究思路與方法

        目前積累的古建及相關(guān)構(gòu)件模型數(shù)量約1029件(套),數(shù)據(jù)量將近50G。這些數(shù)字化模型包括不同時期,不同布局的典型建單體筑,還包括不同類型、不同材質(zhì)的建筑構(gòu)件。數(shù)據(jù)來源以幾何建模方法為主,少數(shù)是三維激光掃描或攝影測量的數(shù)據(jù)。圖1展示了部分SkechUp和3DsMax格式的模型。

        基于上述大量建筑模型數(shù)據(jù),首先在模型數(shù)據(jù)信息分析的基礎(chǔ)上,設(shè)置多維度分類標簽。例如可從模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的角度,對這些古建三維模型數(shù)據(jù)的精度進行評估,同時提升模型質(zhì)量,并根據(jù)模型質(zhì)量設(shè)置模型質(zhì)量級別標簽;還可從建筑模型知識信息的角度,根據(jù)時代、功能、地域等劃分建筑模型,根據(jù)類型、等級、歸屬等劃分構(gòu)件模型。其次,根據(jù)標簽建立古建多維模型庫的三維模型展示系統(tǒng),根據(jù)展示的多樣性,提供三維模型展示、高清圖片展示及詳細信息展示。具體工作思路如圖2所示。

        3 古建模型多維標簽設(shè)置

        中國古代建筑多姿多彩,有多種分類方法,例如按時代分類,按房屋造型分類,按使用功能分類等等,但是要做到一分而蓋全的分類幾乎是不可能的。所以,標簽設(shè)置中改用了多種分類方法結(jié)合的方法。下面對部分標簽進行詳述。

        3.1 朝代標簽

        中國建筑已經(jīng)發(fā)展了很長一段時間,但由于文化的連續(xù)性和工匠對傳統(tǒng)風(fēng)格的執(zhí)著,它具有很大的一致性。由于設(shè)計的連續(xù)性,要區(qū)分大多數(shù)中國古代建筑的建造年代并不容易。但是每個朝代還是有一些文化影響下的特征,例如漢代建筑的典型建筑形式是闕,建筑上筑以高臺,屋脊平直而短,屋頂瓦當均為全圓瓦當?shù)忍攸c;宋代建筑梁柱上有碩大的斗拱,更出現(xiàn)了不規(guī)整的梁柱鋪排形式,建筑物的屋脊、屋角有起翹之勢,柱子造型更是變化多端。根據(jù)這些古建筑的朝代特征,把這些古建筑都歸屬到不同的朝代下。

        3.2 功能標簽

        根據(jù)樂嘉藻先生的《中國建筑史》中的描述,我們把古建單體模型按功能分為平屋、塔、橋、亭子、宮殿、漢闕、城門、牌樓、樓閣這幾類。故樂嘉藻先生認為“中國建筑,就實用上言,如特殊之結(jié)構(gòu),不外三間五間、一正兩廂組合而成,故不能用西人之法,在用途上分類,而由形式上分類”這是樂先生的觀點,不過他認為雖然形式上結(jié)構(gòu)上大體相同,但是由于用途的不同,各種不同類用途的建筑或建筑群都有著自己光輝的歷史。于是他又提出了仿歐人就用途上分類:曰城市、曰宮殿、曰明堂、曰園林、曰廟、寺、觀。

        西方人的功能分類方法比較簡單,比如城堡就是一個整體,一個頗具規(guī)模的龐大的單體建筑。因此,按西方人的分類方法,就適用于一組建筑,即達到規(guī)模的建筑組群。據(jù)此在標簽設(shè)置中有一個宮殿分類,就是按照一組建筑的標準進行分類。

        3.3 地域標簽

        地域標簽主要用在傳統(tǒng)民居的分類中,民居分類主要來源于《中國傳統(tǒng)民居類型全集(上、中、下)》。民居屬于公元1840年之后的近代鄉(xiāng)土建筑,是非皇親國戚權(quán)貴高官的一類百姓的建筑。傳統(tǒng)民居有幾個重要的特點:大量性、地域性、多樣性與活化石。

        圖3 古建多維模型庫框架結(jié)構(gòu)

        圖4 古建多維模型庫展示界面

        無論是古代還是近代,民居都是建造數(shù)量最多的,在整個中國傳統(tǒng)建筑體系中,占據(jù)著突出的數(shù)量優(yōu)勢。古建模型數(shù)據(jù)中就有很多土地廟、祠堂、四合院等單體模型。中國國土的地域多樣性,帶來了傳統(tǒng)民居建筑的多樣性,同樣是木構(gòu)架建筑,北方與南方的散屋會呈現(xiàn)不同的形態(tài);同樣是木構(gòu)架體系下的庭院式布局,北京四合院、東北大院、晉陜窄院、徽州天井院又不相同。與此同時,該部分還把蘇州園林分在了民居分類中,不同于傳統(tǒng)皇家園林,蘇州園林屬于私家園林,所以屬于民居的范圍。

        3.4 建筑構(gòu)件標簽

        除了單體建筑或建筑群,還有建筑構(gòu)件的分類,根據(jù)模型數(shù)據(jù)情況,主要包括建筑組成部件及室內(nèi)家具陳設(shè)兩部分。對于建筑組成部件,我們主要根據(jù)其功能、等級進行標簽設(shè)置。主要類別根據(jù)建筑基本構(gòu)件功能的劃分,包括走廊、照壁景墻、小品、圍墻、宅門、美人靠、佛像菩薩、雕花窗、窗花格、花窗等。除此之外,還可根據(jù)等級進一步劃分,例如宅門可細分為廣亮大門、金柱大門、蠻子門、如意門等。室內(nèi)家具陳設(shè)模型主要為明代桌、椅,燈籠等。

        4 古建多維模型庫及展示界面

        根據(jù)古建模型標簽搭建古建多維度模型庫。同時在已設(shè)置標簽?zāi)P蛶斓幕A(chǔ)上,進行多維展示頁面的設(shè)計。設(shè)置朝代為一級查詢目錄,功能為二級查詢目錄,實際分類情況根據(jù)模型進行劃分。例如根據(jù)模型的朝代歸屬,目前只有漢唐、宋代、明代、清代的建筑模型??紤]民居、構(gòu)件的層級特點,設(shè)置民居、部件為兩個獨立一級查詢目錄,民居下分地域查詢目錄,構(gòu)件下分功能查詢目錄。詳細模型庫構(gòu)架如圖3所示。

        利用網(wǎng)頁制作軟件Dreamweaver設(shè)計展示界面,根據(jù)古建多維模型庫的基本樣例范式,設(shè)計簡潔的展示界面首頁,如圖4a所示,同時根據(jù)古代建筑多維展示的主題設(shè)計了網(wǎng)頁LOGO。依據(jù)標簽分級顯示,考慮到層級顯示的友好性,設(shè)計三級顯示。圖4b為二級顯示界面,圖4c為三級顯示界面,可對模型的詳細信息、高清圖、三維模型等內(nèi)容進行進一步以彈窗形式展示。

        5 結(jié)論

        三維建模技術(shù)在古建中的應(yīng)用日益廣泛,隨著數(shù)據(jù)量的豐富,如何在大量模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開展古建三維模型的可持續(xù)開發(fā)與利用成為古代建筑數(shù)字化領(lǐng)域逐漸為人關(guān)注的焦點。文章即基于大量古建三維模型數(shù)據(jù),通過標簽設(shè)置的形式,建立可展示、可利用的多維模型庫,并以多維模型庫為內(nèi)容設(shè)計展示界面。這不僅實現(xiàn)了模型的多維管理與展示,避免了古建模型的重復(fù)制作和資源浪費,而且對基于模型庫的場景復(fù)原,建筑重建都有重要的現(xiàn)實意義。在今后的工作,將把多維模型庫應(yīng)用到古遺址場景再現(xiàn)的項目中。

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