陸 浥 王際開(kāi) 陳文杰 王一威

合肥工業(yè)大學(xué) 安徽 合肥 230601

1 緒論

1.1 數(shù)字化研究背景

AR(Augmented Reality)，又稱(chēng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能，是基于用戶(hù)終端顯示的真實(shí)環(huán)境條件，通過(guò)數(shù)字化建?；蚴琴N圖，使虛擬信息與真實(shí)環(huán)境疊加并使得用戶(hù)與虛擬信息進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬交互的數(shù)字化技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，AR技術(shù)使得現(xiàn)實(shí)中無(wú)法產(chǎn)出的物體可通過(guò)數(shù)字化建模的方式于用戶(hù)終端中得以實(shí)現(xiàn)。而建筑遺產(chǎn)作為人類(lèi)文化遺產(chǎn)中不可或缺的一種，是人類(lèi)于幾千年與自然以及神學(xué)博弈而出的產(chǎn)物。如何通過(guò)更為科學(xué)的展示方式將其中所蘊(yùn)含的文明得以展現(xiàn)，一直是建筑遺產(chǎn)面臨的巨大挑戰(zhàn)。20世紀(jì)中葉，教科文組織UNESCO，國(guó)際古跡遺址理事會(huì)ICOMOS等國(guó)際遺產(chǎn)保護(hù)組織等機(jī)構(gòu)先后在聯(lián)合國(guó)設(shè)立，全面規(guī)范了世界建筑文化遺產(chǎn)的保護(hù)方式。其中ICOMOS于2005年通過(guò)的《西安宣言》中明確指出建筑遺產(chǎn)不僅包括實(shí)體，還包括所有過(guò)去和現(xiàn)在的人類(lèi)社會(huì)和精神實(shí)踐、習(xí)俗、傳統(tǒng)的認(rèn)知或活動(dòng)、創(chuàng)造并形成了周邊環(huán)境空間的其他形式的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，以及當(dāng)前活躍發(fā)展的文化、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)氛圍。

而在2008 年通過(guò)的《文化遺產(chǎn)地闡釋與展示憲章》明確指出，展示是實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)價(jià)值共享的最直接有效的途徑，應(yīng)通過(guò)各種技術(shù)手段包括多媒體和網(wǎng)站等對(duì)遺產(chǎn)信息進(jìn)行闡釋與傳達(dá)。2016 年，國(guó)家文物局開(kāi)始根據(jù)國(guó)務(wù)院提出的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)文物工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》和《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》啟動(dòng)《互聯(lián)網(wǎng)+中華文明三年行動(dòng)計(jì)劃》，首次提出將互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用與文化遺產(chǎn)，通過(guò)數(shù)字化呈現(xiàn)以對(duì)文物進(jìn)行保護(hù)和展示。

1.2 數(shù)字化技術(shù)對(duì)古代建筑遺產(chǎn)之作用

AR技術(shù)作為數(shù)字化模型建設(shè)的一種，可憑借用戶(hù)手動(dòng)進(jìn)行的操作將環(huán)境虛實(shí)疊加，以及虛擬模型與用戶(hù)的實(shí)時(shí)交互，使得古代建筑遺產(chǎn)的展示不再僅僅局限于扁平化的圖文或語(yǔ)音介紹，而將通過(guò)數(shù)字化的實(shí)體模型展示加以古代場(chǎng)景環(huán)境還原以達(dá)到參觀(guān)者用自己眼睛去發(fā)現(xiàn)，用自己聽(tīng)覺(jué)去感受更為真實(shí)的場(chǎng)景的目的。其相較于之前傳統(tǒng)的展示方式，將大大拓寬參觀(guān)者所能獲取古代建筑遺產(chǎn)的信息渠道，極大程度地豐富了展示方式。此外，古建+AR能將因技術(shù)、經(jīng)濟(jì)或是歷史等因素，無(wú)法進(jìn)行修復(fù)的建筑遺產(chǎn)文物進(jìn)行數(shù)字化的備份，建立古代建筑遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，歸納整理后由各地文物部門(mén)上傳至地方文物網(wǎng)站，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行保存以及展示。

1.3 “（古建筑+數(shù)字化）+”概念提出

首先，我們把研究重點(diǎn)放在了皖南。皖南古村落于安徽省長(zhǎng)江南部山區(qū)范圍內(nèi)，且以西遞和宏村為代表的典型古村落，是一種有著濃厚徽州文化特征的具有地域文化背景的歷史傳統(tǒng)村落。皖南山地具有悠久的歷史和豐富的文化底蘊(yùn)，許多具有相似特征的傳統(tǒng)民居和村莊都保留了下來(lái)。在實(shí)地調(diào)研了宏村、西遞村、屏山村、南屏村之后，我們選擇了西遞村。西遞村的古建筑保護(hù)良好，商業(yè)化氣息要弱于宏村且發(fā)展轉(zhuǎn)型要強(qiáng)于屏山村以及南屏村。因此我們選擇西遞村成為課題中皖南部分的傳統(tǒng)村落代表。

1.3.1 “互聯(lián)網(wǎng)+”概念源頭提取

“互聯(lián)網(wǎng) +”即互聯(lián)網(wǎng)與各傳統(tǒng)行業(yè)的結(jié)合，以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以達(dá)到發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)行業(yè)的目的。

“古建+”概念取與“互聯(lián)網(wǎng)+”，其將古代建筑遺產(chǎn)與其他的行業(yè)進(jìn)行結(jié)合，以塑造出各種全新的業(yè)態(tài)。其并非單一的兩者相加，而是通過(guò)各自領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)平臺(tái)，利用古代建筑遺產(chǎn)對(duì)人們的吸引度，以達(dá)到“1+1＞2”的目的[1]。

1.3.2 “（古建+AR）+”平臺(tái)的搭建

本文從“古建+”中提取出內(nèi)在邏輯，以古代建筑與AR結(jié)合為主要平臺(tái)，提出“（古建+AR）+”，以通過(guò)探討古代建筑遺產(chǎn)以AR技術(shù)的方式呈現(xiàn)出更為強(qiáng)大的展示途徑，并于傳統(tǒng)行業(yè)結(jié)合，達(dá)到（1+1）+13的目標(biāo)。

鄉(xiāng)村振興需要轉(zhuǎn)型。隨著休閑旅游的發(fā)展以及消費(fèi)需求的擴(kuò)大，過(guò)去單一的農(nóng)家樂(lè)模式早已無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展的需求，轉(zhuǎn)型成鄉(xiāng)村綜合體或是大勢(shì)所趨。鄉(xiāng)村綜合體集生態(tài)農(nóng)業(yè)、旅游度假、寫(xiě)生測(cè)繪為一體。轉(zhuǎn)型后的鄉(xiāng)村不再是傳統(tǒng)村落，鄉(xiāng)村里居住的人也不只是鄉(xiāng)里人。對(duì)西遞村進(jìn)一步調(diào)研后，我們提取了“(古建+AR)+文化”、“(古建+AR)+生態(tài)”、“(古建+AR)+旅游”、“(古建+AR)”度假”，這四個(gè)“(古建AR)+”轉(zhuǎn)型發(fā)展模式。

2 古建+數(shù)字化的必要性

21世紀(jì)，科技的飛速發(fā)展，使得人們的生活質(zhì)量有了很大的提高，科技的發(fā)展使得建筑技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，在城市化進(jìn)程中，很多古老的建筑都面臨著被拆除和保護(hù)的問(wèn)題，而對(duì)于這些古老的建筑，政府也在不斷的采取保護(hù)措施，讓更多的不受重視的古建筑得到更好的維護(hù)與修復(fù)，這是我們的文化遺產(chǎn)中的一塊瑰寶。然而，由于各種不可預(yù)測(cè)的天災(zāi)等原因，我國(guó)古代建筑也面臨著較大的困難。

在山西，著名的魁星樓在一場(chǎng)大雨中坍塌，幾乎所有的村莊里都有清朝和更古老的建筑。其中有古剎，古戲臺(tái)，甚至還有清王朝的庭院。山西共有28027座古建筑，6172座被列入各級(jí)文物保護(hù)單位，其中中國(guó)保367座，省保121座，市縣保5684座。其中多數(shù)古代建筑未設(shè)置保護(hù)機(jī)制，面臨著自然破壞、人為破壞、火災(zāi)等多種風(fēng)險(xiǎn)，其安全性也是不容忽視的。

山西2021年的暴雨中，有73%以上的古建筑發(fā)生了不同程度的危險(xiǎn)。古代建筑的狀況不容樂(lè)觀(guān)，其附屬于古代建筑的壁畫(huà)也存在著各種問(wèn)題。山西現(xiàn)有約24000余幅壁畫(huà)，但由于受自然、人為、外部環(huán)境變化等因素的影響，這些珍貴罕見(jiàn)的文物出現(xiàn)了斷裂、起甲、空鼓、酥堿等各種問(wèn)題。雖然有幾個(gè)古老的村莊沒(méi)有被遺棄，但是村子里已經(jīng)被現(xiàn)代化的鋼筋水泥給覆蓋住了，整個(gè)村子的建筑風(fēng)格都被破壞了。古村落的沒(méi)落，并沒(méi)有因?yàn)槲镔|(zhì)文化的消逝而停止。隨著村莊和鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃的調(diào)整，有些古老的村莊在命名時(shí)就已經(jīng)完全失去了。從那以后，那些古老的名字就會(huì)被永遠(yuǎn)地遺忘。

都江堰周邊的許多古代建筑在2008年汶川大地震中遭受了巨大的破壞，其中有一座始建于南北朝，始建于清朝，是為紀(jì)念李冰在都江堰修建的。汶川大地震后，這座建立在半山腰的古老寺廟在泥石流中被摧毀。此外，都江堰風(fēng)景區(qū)的大部分古代建筑也受到了很大的破壞。都江堰的秦堰樓在地震中坍塌在這種發(fā)展的大趨勢(shì)下，將會(huì)有更多的古代建筑和遺址從人們的視野中消失。因此，對(duì)文物進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。

古建筑的數(shù)字化進(jìn)程人類(lèi)的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越趨于數(shù)字化和虛擬化，這種趨勢(shì)在2019年的疫情防控中體現(xiàn)的淋漓盡致，線(xiàn)上會(huì)議，在線(xiàn)辦公，這些虛擬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施都被無(wú)限的放大，發(fā)揮出了它不可被替代的優(yōu)勢(shì)，人們?cè)絹?lái)越開(kāi)始意識(shí)到數(shù)字化的重要性，這樣的數(shù)字化方式在古建筑保護(hù)中也逐漸被應(yīng)用，建筑可能會(huì)因?yàn)闅q月的流逝而永遠(yuǎn)的消失，這一點(diǎn)我們無(wú)法阻止，但是通過(guò)數(shù)碼手段將其記錄下來(lái)，卻可以讓這座古老的建筑獲得“永生”，我們可以通過(guò)電子終端將這些古老的建筑重現(xiàn)曾經(jīng)的輝煌[2]。

3 數(shù)字化技術(shù)性探究

3.1 三維建模設(shè)計(jì)

利用三維立體測(cè)量技術(shù)對(duì)文物進(jìn)行數(shù)字化和儲(chǔ)存，保證了古建筑數(shù)據(jù)資料的真實(shí)性不受主觀(guān)的人工影響，以及虛擬建筑尺度數(shù)據(jù)與原有建筑物的高度吻合[3]。

三維建模一般采用三維設(shè)計(jì)軟件（SKECH, MAYA,3 DMAX等），并利用多邊形建模，設(shè)計(jì)紋理貼圖，平面 UV，燈光設(shè)置等技術(shù)，最后將3D和三維建模的視頻進(jìn)行輸出。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是能夠利用三維軟件來(lái)可視和修補(bǔ)受損的建筑部件，因此能夠重現(xiàn)受損和受損的房屋原有的面貌。

圖1 徽派建筑門(mén)頭（黃山市盧氏民居復(fù)原圖）作者自繪

圖2 門(mén)窗大樣（黃山市盧氏民居復(fù)原圖）作者自繪

圖3 裝飾性構(gòu)件大樣（黃山市盧氏民居復(fù)原圖）作者自繪

這種形式的數(shù)字保存有助于古建筑的保護(hù)與傳承。與原有的保存形式相比，數(shù)字化保存技術(shù)可以與其他數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，形成對(duì)古建筑構(gòu)件數(shù)據(jù)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，可為丟失的局部受破壞的古構(gòu)件提供數(shù)據(jù)，幫助修復(fù)古建筑。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)植入

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近幾年快速發(fā)展起來(lái)的，其核心技術(shù)包括：數(shù)字化模型重構(gòu)技術(shù)、場(chǎng)景再現(xiàn)技術(shù)等。它的多感官特征表現(xiàn)為：它能使使用者產(chǎn)生強(qiáng)烈的感官體驗(yàn)，讓使用者能夠感覺(jué)到它的存在，而動(dòng)作與互動(dòng)則能提供使用者真正的回饋。在最好的條件下，虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)不但要讓使用者擁有一種虛無(wú)的感官，還要讓使用者體驗(yàn)到一種置身于游戲中的奇妙體驗(yàn)。根據(jù)以上需求，本文提出了三個(gè)最顯著的特征：沉浸感、交互性、想象力。

圖4 雅典娜女神祭祀節(jié)游行場(chǎng)景AR活態(tài)情境復(fù)原

圖5 盧氏民居虛擬展示（作者自繪）

古建筑的“虛化”是利用3D的“動(dòng)態(tài)”、VR技術(shù)及其它數(shù)字科技能夠?qū)糯奈镞M(jìn)行重現(xiàn)與復(fù)原，或是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)來(lái)感受古代建筑，將古代文物“保存”于現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)對(duì)古代文物的保護(hù)與傳承。在虛擬實(shí)境中，最大的感受就是利用空間與方位的變換來(lái)生成各種立體影像。用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)造出的立體的建筑，在“真空”的狀態(tài)下，參與者能夠感受到建筑的建筑特征、裝飾風(fēng)格和人文特征。富有感染性的交互經(jīng)驗(yàn)和情景交互的融為一體。這個(gè)虛擬的經(jīng)歷，突破時(shí)空的局限，使觀(guān)者更加深入地認(rèn)識(shí)和體會(huì)古代的建筑。

在實(shí)際應(yīng)用中，將有關(guān)的陳列信息按照時(shí)間線(xiàn)進(jìn)行整合、組織和排列，使整個(gè)場(chǎng)景的主題具有強(qiáng)烈的個(gè)性、趣味和創(chuàng)新力。時(shí)空變化的情景可以使游客在不同的時(shí)空背景下，在不同的環(huán)境中經(jīng)歷和觀(guān)察建筑的活動(dòng)、人物和故事。通過(guò) AR技術(shù)的展示，使古代建筑的價(jià)值得到了充分的體現(xiàn)，使其主題更為鮮明，展示的內(nèi)容更為豐富，整體與連續(xù)性也更為明顯。所以，在展示設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師要盡可能地將資訊進(jìn)行分類(lèi)、加工，以避免由于過(guò)分分散而造成的重復(fù)乏味。通過(guò)對(duì)建筑空間、人物、歷史事件等多種物理信息的整合，使建筑空間、人物、歷史事件等得以有效地活化和重構(gòu)。

另外，AR所傳達(dá)的信息應(yīng)該容易理解。例如，在對(duì)徽派建筑的建筑材料等方面，要做到簡(jiǎn)單明了，要讓不同年齡、不同經(jīng)歷和不同的文化背景的參觀(guān)者，用他們所熟知的觀(guān)念，將這些詞匯轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單明了的、容易閱讀的表達(dá)方式，既能增強(qiáng)參觀(guān)者的觀(guān)賞性，又能讓參觀(guān)者在不知不覺(jué)中接受和領(lǐng)悟。

4 古建+數(shù)字化的意義

4.1 數(shù)字修復(fù)

與“站在巨人的肩膀上看世界”同理，新建筑的發(fā)展也離不開(kāi)古建筑的沉淀。越來(lái)越多人意識(shí)到保護(hù)、修復(fù)古建筑的重要性，然而，不是所有歷經(jīng)千百年的建筑都能夠得以保存，不是所有的破損傷痕都能夠被實(shí)際復(fù)原。

而通過(guò)數(shù)字化修復(fù)古建筑的手段，可以正確、完整地還原古建筑、構(gòu)件的全貌，并且具有廣泛的應(yīng)用性和實(shí)操性。數(shù)字化建模等數(shù)字化修復(fù)方法，使古建筑得以長(zhǎng)期有效地保存，使人們得以清晰、便捷地認(rèn)識(shí)古建筑。

4.2 文化傳承

古建筑的數(shù)字化修復(fù)也為其在傳播上提供了有利條件，促進(jìn)古建筑研究，整合文化脈絡(luò)，發(fā)展文化建設(shè)，進(jìn)行文化傳承。

通過(guò)與共享云平臺(tái)結(jié)合，建立“古建筑數(shù)字化博物館”，實(shí)現(xiàn)人們?cè)诩以朴喂沤ㄖ目赡?，讓人們?cè)跀?shù)字化平臺(tái)與古建筑互動(dòng)，提高人們對(duì)其的興趣，增進(jìn)人們對(duì)于古建筑的了解。以此來(lái)增強(qiáng)人們的保護(hù)意識(shí)。讓人人都參與到中國(guó)古建筑的文化傳承之中。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

由于人們對(duì)精神文化需求的持續(xù)提高，古建筑在現(xiàn)代旅游產(chǎn)業(yè)中的重要性愈發(fā)明顯。古建筑所帶有的歷史文化可以提升其所在城市的知名度，擁有特色古建筑的旅游地，會(huì)更吸引游客的目光，引來(lái)更多游客的拜訪(fǎng)。因此，保護(hù)修復(fù)古建筑文化遺產(chǎn)，可以帶動(dòng)城市文化和經(jīng)濟(jì)的相互促進(jìn)、共同發(fā)展，從而反哺于當(dāng)?shù)貧v史文化，使得歷史文脈得到更好的傳承。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，古建筑的修復(fù)與保護(hù)已然成為經(jīng)久不衰的課題。古建筑對(duì)于人類(lèi)文明的重要意義不可言喻，應(yīng)在修復(fù)破損的古建筑，在保護(hù)其文化屬性的同時(shí)，把握其整體性，并將其意義價(jià)值最大化。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷進(jìn)步，也為我們數(shù)字化修復(fù)和保護(hù)古建筑提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。我們應(yīng)抓住時(shí)代機(jī)遇，在探索古建筑+數(shù)字化的路上勇敢前進(jìn)，充分利用數(shù)字化技術(shù)來(lái)傳承發(fā)揚(yáng)我國(guó)古建筑文化。