数字虚拟技术在古建筑修复中的探索及发展

吴扬

摘 要：随着现代科学技术的迅速发展，数字建模技术得到不断完善，为古建筑的数字存档、修复改造、再现、展示、保护提供了一个全新的技术平台。本文在简要阐述古建筑修复保护的重要意义和数字虚拟技术基本内涵基础上，重点阐述了我国古建筑修复的数字虚拟技术探索应用，以期人们能认识数字虚拟技术对古建筑的保护、展示、修复和复原的重要作用。

关键词：数字虚拟技术；古建筑；修复；保护；信息集成

古建筑受风雨侵蚀、阳光照射、虫蚁侵害等自然原因，也受现代城市建设的拆毁等人为原因，让很多古建筑失去了原有的风貌，无法复原古建筑，所以历史建筑的复原与保护是我们当代义不容辞的责任。不断发展的现代数字技术尤其是数字建模技术可以构建一个与原建筑一样的虚拟环境，为历史建筑资料的保存和复原提供强有力的技术支持，为古建筑的修复和文化遗产的传承提供很大方便。新时期探讨数字虚拟技术应用于古建筑修复保护中是一个非常重要的课题。

1 古建筑修复与保护的重要意义

古建筑是一种特殊的文化信息载体，具有丰富的文化信息资源，也是人类文明的艺术瑰宝，保护古建筑是当代人义不容辞的责任。但近年来，受旅游业、城市建设、环节污染等因素的影响，我国很多古建筑都不同程度地发生了变形和损坏；古建筑中大多是木质结构，古建筑中的很多考究的工艺细节和工艺元素，受气候影响、自然灾害和人为因素影响，现在是腐蚀损坏非常严重，有的已经是面目全非。而目前掌握精湛工艺的匠人越来越少，其工艺手法渐渐失传，古建筑安全保护与模拟复原是任重道远。有的地方虽然认识到保护古建筑的重要性，但受政府财力限制，只对部分著名古建筑进行了保护修缮，大多数古建筑还没有列入保护计划，即使列入了计划也不能得到有效保护，所以保护古建筑是具有很强的必要性和重要性，具有非常重要的现实意义。

2 数字虚拟技术

虚拟技术是利用电脑和传感器模拟一个和真实环境非常逼真的环境。虚拟现实技术是利用计算机构建一个三维数字虚拟环境，让人产生一种身临其境的视觉感觉，这就是虚拟现实技术。虚拟现实技术是由计算机图形学、图像处理、多传感器、网络等技术构成。随着现代科技的发展，美国、英国、日本和中国等数字技术发达的国家都在广泛应用虚拟现实技术，如用数字技术来虚拟复原古建筑。虚拟古建筑需要构建可视三维模型，建立古建筑复原系统，收集详细的古建筑资料，建立数据库。建立可视化三维模型首先是建立古建筑的三维结构；接着是对模型进行贴图、打光、渲染等处理，最后是描述处理物体的运动和行为，这样一座仿真的虚拟古建筑就建成了。

3 数字虚拟技术在古建筑保护修复中的应用探索

3.1 古建筑保护修复中的数字化仪器应用

第一，三维激光扫描技术。三维激光扫描技术是不受环境条件限制，能够对建筑物表面进行快速扫描，并测量、获取数据，这些数据量大且精准，是一个庞大的三维坐标点的云数据，能满足保护和修复古建筑的高精度要求。这些云数据具有完整、精确、永久等优点，是保护和修复古建筑的依据。利用这些云数据和一些软件，就能构建出建筑物表面的三维模型，还原已经不存在的古建筑。

第二，全站型电子速测仪。全站型电子速测仪简称全站仪，利用全站仪测得的数据就能够计算出任意观测点的坐标，能够准确测量古建筑的形状、大小和空间位置，还能自动绘制出古建筑的平面、剖面、立体等三种图像。在立面测绘时，免棱鏡全站仪能够选择任意安置点测量古建筑高度，能把所测得的数据准确及时地在草图上标注。

第三，GPS。GPS是全球定位系统的简称，它是由高空中的卫星、地面控制监测系统和用户终端设备三部分组成，具有全天候、全球性、高精度、及时性等特点。在古建筑保护中，应用GPS，通过动态和静态定位方法，能简化摄影测量户外控制工作，测得的数据能够得到及时准确处理。

3.2 古建筑保护修复中的数字化保存

古建筑保护修复中使用数字化仪器，不仅提高了测量效率，也提高了数据精度，更为重要的是，这些数据还能够实现数字化保存，科学归类存放古建筑的年代、建筑内外部结构、图形尺寸和纹理等一系列数据。数字化保存能实现高保真度，调取查阅方便，如果日后要对古建筑进行保护、修复、研究，就可以随时调出这些数字信息，最大限度地发挥古建筑数据库的作用，增加数据的利用价值。

3.3 古建筑保护修复中的数字化监管

古建筑信息数字化保存后，可以利用图像处理技术，定期不定期地对前后图像的颜色、形状和纹理等特征进行比较分析，比较出古建筑图像的匹配度，及时发现古建筑中的风化、腐烂或损坏的部位、程度等详细信息，专业人士可以利用图像处理技术、人工智能技术，对古建筑进行虚拟修复与复原，还其本来面貌，全程实现数字化监管。

3.4 古建筑保护修复中的数字化辅助设计

在古建筑保护修复中，可以利用数字化辅助设计系统，对平面图案、三维实体造型进行数字化辅助设计，也可以对已有的典型图案、三维实体进行创新设计，使得更加便利快捷地复原古建筑。可以运用计算机辅助设计软件，借助古建筑原有的测量数据，创建仿制品，准确地复原与再现古建筑。

3.5 古建筑保护修复中的数字化展示

利用虚拟现实技术、网络技术构筑虚拟数字博物馆，借助于计算机的虚拟现实技术模拟现实场景，无需一砖一瓦，阅览者通过点点鼠标就可以清晰地看到内容详尽的历史原貌，让人们产生身临其境感觉，这不仅节省了物质资源，也大大扩展了实体博物馆的展示空间，全方位展示古建筑，人们足不出户就能漫游在虚拟而又真实的博物馆中，就能饱览古建筑的艺术风采和人文魅力。

4 结语

古建筑保护运用数字技术就可以为人们提供文字、图像、声音、视频及三维数据信息，为古建筑提供数字化保存、监管、辅助设计和展示服务，为实现对古建筑的动态监管打下坚实的技术基础，能实现更好地对古建筑进行保护。意大利罗马古城的复原，让世界人们又一次目睹了罗马古城的风采。中国建立圆明园的虚拟影模，让人们又体验了大清盛世时皇家御用园林的磅礴气势。江西建设“南昌明城”，重塑明代繁华。所以说，数字虚拟复原具有很好的应用前景，它是将来文化遗产复原和保护的发展方向。

参考文献：

[1] 刘旭春，丁延辉.三维激光扫描技术在古建筑保护中的应用[J].测绘工程，2012（02）.

[2] 范张伟，邢昱.基于数字化技术的古建筑保护研究[J].北京测绘，2010（3）.

[3] 金澄宇，王琴.数字化技术在乡村古建筑保护中的应用探讨[J].计算机时代，2013（01）.