古建筑的保护与研究

周璐华

摘 要：虚拟现实，是在20世纪末出现的综合信息技术。近年来，它已逐渐应用于建筑领域。借助虚拟现实技术和计算机技术，对古建筑数字档案和文物保护具有重要意义。虚拟现实技术的应用与文化遗产保护的结合是当前研究的热点之一。文章在分析中国古代建筑特点的基础上，以福州古建筑为例，深入研究了古建筑的结果要素，描述了建模过程中使用的关键技术。文章探讨的建模方法和优化技术对其他大型场景的复杂建筑建模也有一定的参考意义。

关键词：虚拟现实；古建筑；建模技术

[福州外语外贸学院校级课题VR（虚拟现实）用于古建筑记录与展示的研究与运用，编号FWX15028]

一、引言

古代建筑是有价值的，它们凝聚着金钱和汗水、文化，更重要的是，它们是历史的遗骸的承接者。古建筑文物的主要价值是历史、艺术、科学价值。保护古建筑主要是为了保护古建筑在建筑工程和艺术方面的成就。古代建筑所承载的文化内涵作为今天的参考，教育人们历史唯物主义，我们需要维持古代建筑现状，并恢复原状。

近年来，中国经济连续保持快速增长，在其有力拉动下，对古建筑的建筑需求增长强劲，人们开始越来越注重文化生活。现如今生活节奏越来越快，生活压力越来越大，人们开始注重自身精神世界的丰富。中国五千年的历史文化底蕴在现如今的快餐文化时代中为丰富人们的精神和文化世界做出了贡献。但是，在中国古代的战争和现代的各种动乱中，众多的文化古迹都有了一定程度的损坏。政府和民间人士开始注重古文化的建筑，而如何对文化古迹进行良好的建筑，是如今亟需要解决的问题。近年，随着社会经济的发展，人民对文化生活有了更高的追求，对我国的历史文化、民族特色也越来越感兴趣。

二、虚拟现实与建筑表现

（一）虚拟现实的基本概念

虚拟现实这个术语在20世纪由美国的科学家和教授首次提出。在虚拟现实技术的不断发展中，对其的研究涉及计算机等相关多學科内容的交叉与综合。迄今为止，这种复杂性已经实现。顾名思义，它可以被理解为创建一个虚拟环境，让人感觉他们处于现实世界的环境中。目前广为接受的精确定义是使用现代高科技技术，以计算机技术为核心，在特定范围的虚拟环境中产生逼真的视觉、听觉和触觉集成。用户依靠必要的设备，例如量身定制的服装、头盔、手套和鞋子，以自然的方式与虚拟环境中的物理对象进行交互，从而在真实环境中创造出一种感受和体验。

（二）建筑表现的工具

最常用的是建筑计划、建筑缩略图和建筑动画，但它们各自的局限性已经很明显。建筑缩影的生产需要大规模缩减，因此只能获得建筑物的鸟瞰图。从正常人的角度来看，建筑空间是无法感知的，人们在建筑物中的真实感受是无法获得的。常用的建筑图、立面图等都比较抽象，只有专业人士才能阅读，只能提供静态的视觉体验。尽管建筑动画具有很强的三维动态性能，但并不完美。动画需要提前定义漫游路径，使观察者无法按照自己的意愿漫游大楼。它没有交互性，生产周期长，成本高，只适用短时间的简短演示。

作为建筑设计过程的重要组成部分，建筑师对结构的确定是一个反复的过程，体现了结构原理的概念、选择和协调。建筑师的结构概念的过程伴随着建筑设计的两个概念和实现过程。除了结构本身的概念和处理外，还包括与环境、空间以及技术和经济因素的协调。古建筑结构的设计过程是在这些因素的协调下实现的设计。

结构方案的设计是以满足建筑结构基本性能为基础，在满足这一基础的前提下，对建筑的美观性和创意性进行考虑，不能以投资的多少来限制房屋的结构设计。结构设计必须以安全性为第一要素。每一种结构形式都有与其相对应的优点和缺点，如何在限定的投资条件下，找到与建筑实际情况相符合的建筑结构设计方案是建筑设计的重中之重。在一定的投资条件下，选择最优的结构设计方案，应用先进工程技术，完善具体设计细节，就一定能够建造出外形优美、安全实用、适用性强的建筑。

三、福州古建筑建模技术的应用

（一）福州古建筑的结构特征

1.建筑功能空间因素

任何建筑物的功能必须对内部空间施加一定的要求。基于这些要求，可以粗略确定建筑的尺寸、规模和空间关系。设计必须首先根据要求确定场地大小、场地高度和视线，确定观众人数的范围，长度和高度，安全距离以及人流。结构概念的过程是创造一个建筑空间，以最大限度地满足物质和精神功能的要求，并调整结构以实现功能、空间环境、美学和结构的统一。建筑规划设计是指古建筑开发项目的规划和设计，它是设计从基本条件、项目条件和发展思路出发的基础。在城市规划中根据规划设计条件，按照有关政策法规，结合对市场的研究，以及规划和开发项目设计要求，进行设计招标，需要综合考虑设计单位的古建筑设计，优化设计，然后选择最优、最经济的设计执行方案，接着以建设用地的总体布局、建筑群的组合和空间效应分析为基础，实现协调安排。

规划设计确定了古建筑的总体布局、空间环境、建筑群组合、道路系统、绿色空间系统和智能建筑水平的组合，确定了古建筑类型和建筑材料的成本，决定了项目产品的基本形式和产品成本控制目标。项目规划和设计反映了项目定位、目标消费群体定位、价格定位、营销定位等重要概念。

2.建筑外环境因素

大容量是古建筑公共建筑形象的显著特征之一。这是一个物质基础，区分它与一般建筑物，并具有很大的美感。体积的适当表达是获得建筑特征的基本原则。然而，古建筑的数量与具体的环境条件往往存在矛盾。例如，为了在许多情况下实现与环境的和谐，就需要努力降低建筑物的质量感，或者为了某些精神目的而夸大建筑物的质感。对于具有非常强大的结构完整性的古建筑来说，难以通过分割体块或像典型建筑那样缩放立面来实现期望的体积效果。必须注意的是，不同的屋顶结构形式、不同的材料以及不同的支撑结构处理方法将对建筑物的体积产生影响。因此，为了获得环境，在结构选择完成后需要考虑体积的影响？

3.技术经济因素

古建筑有巨大的投资。古建筑结构造价较高，一般在10%～50%之间，有的较高。屋顶结构的经济性对古建筑的成本和投资起着决定性的作用。结构的经济性主要体现在材料结构形式和单价的优点上。结构材料的差异通常不会引起建筑师的注意，但结构方案的经济性必须在结构选择中考虑。各种常见结构形式的经济性主要体现在材料的使用量上。某些古建筑使用的结构材料是同类建筑的两倍以上，其结构选择值得研究。除满足建筑设计要求外，还应结合一定的技术经济分析比较进行结构选型。有时选择优点时应该仔细考察建筑理念的合理性，甚至是对建筑理念的调整。

绿色建筑是目前建筑设计倡导的主流。并且江苏省住房和城乡建设厅在2014年颁布《江苏省绿色建筑设计标准》（DGJ32/J 73-2014）取代了之前的节能设计，对新建建筑的节能环保绿色设计等方面在方案施工图设计过程中就做了明确的规定。如何利用最少的资源满足日常生活的各项需求是在建筑设计初期就需要考虑的问题。夏季房屋需要制冷，如今一般采用的都是空调制冷的措施来满足日常需求，使用了大量的电力资源以及造成了大面积的空气污染。目前许多古建筑采取循环水的措施进行屋内降温，在建筑设计初期，设计屋内冷热水循环系统，夏天循环将冷水在屋内流动，带走屋内大量的热气，以达到降低温度的效果。另外，建筑的玻璃提倡使用三玻两腔的玻璃，降低了内外温度的传递，使屋内温度受到外界影响较小。建筑的外墙都加强了与外界隔热的的材料，在一些建筑设计中，在建筑群之间，会采用大量的綠色植物和新建人工湖，在一定程度上能够绿化环境，净化空气，降低单位建筑面积内的温度，带来舒爽的生活空间。

（二）中国古建筑的建模

1.结构优化

由于古建筑部件形式多样，极其多变，在建模过程中，结构部分有大量不可见的补丁。例如，支柱是木结构建筑承重系统不可或缺的组成部分，在建模过程中，不仅要删除多余的线段，还应删除由于遮挡关系而不可见的顶部和底部曲面。此外，模型的几何结构也很重要，即使用最少数量的修补程序来构建最佳模型。

有效减少多边形的数量可以大大减小源文件的大小。提供模型优化器，其使用用于“合并相邻平面”的算法来合并具有小于特定值的角度的相邻平面之间的平面，由此减少平面的总数。夹角可以由用户设置。在不明显影响模型视觉效果的前提下，优化器通常可以达到上述优化效果，并且可以大大减少模型的多边形数量。

合理的结构是创造“安全，经济，适用”建筑产品的先决条件。因此，“合理的结构”是建筑中的“活的美”的体现，正如建筑史学家A. Huitick在“20世纪欧洲建筑”一书中所写的那样。正如他所说，“在审美体验中，当结构体与其功能相适应时，它会给人以最大的乐趣。”总的来说，一个合理的结构可能会有一些形式的美容因素，如平衡和稳定，节奏和韵律，连续性和曲线美，以及一种与他人联系的形式感。然而，这些只是形成形式美的因素，而不是整体的形式美。只有当建筑物的结构或建筑形式符合形式美的结构规律时，才能变得美丽。

2.实例优化

我们说它的建筑形式的结构和建筑美，甚至它的艺术美，都应该建立在合理的结构基础上。这并不意味着工程力学和结构技术可以成为测量建筑美观或艺术美的客观标准。事实上，在如何处理和使用这个结构的问题上，总有两条不能分开的法律，一个是技术法，另一个是艺术法。一个合理结构的结构之美，或这个结构所形成的建筑空间的艺术美，是建筑创作中技术规则与艺术规则的相对统一。正因为如此，建筑艺术的表现技法和表现手法离不开结构技术的发展。

四、结语

古建筑虚拟漫游是计算机技术、虚拟现实技术、图形图像显示技术等诸多高新技术的综合运用，在古建筑的重建、修复中发挥着重要的作用，有利于古建筑的文物保护及其他的经济效益。

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作者单位：

福州外语外贸学院