Lumion技术在古建筑结构保护中的应用技术分析

陶晖

摘 要：古建筑是人类不同文明阶段的遗产，见证了人类从农业文明到工业文明的历史，但城市化的快速推进导致越来越多的文物古建筑在自然侵蚀和现代建筑的开发过程中逐渐消亡。兴隆山握桥记录了兰州发展的历史，代表了特定阶段的社会文化，对研究地域文化具有重要意义。近年来，随着国家对于文物古建筑保护意识的不断增强，保护管理工作的不懈推进，文物古建筑的科学保护成效显著。但是，古建筑保护目前较多使用国有专项资金，且资金拨付进度缓慢，这与古建筑保护工作的及时性自相矛盾。因此，研究借助数字信息化手段，降低保护成本，科学、及时地对文物古建筑实施保护是一种可行的策略。而且，随着计算机技术的应用深入，以Lumion平台对文物古建筑进行数据采集、构建可视化场景和全景图像输出等数字化模拟研究成为发展趋势。

关 键 词： Lumion平台;虚拟技术;文物古建筑保护;三维可视化;全景图像

古建筑是民族传统历史文化的重要组成部分，随着社会发展，各地对历史古迹、文物建筑的保护意识不断增强。但是，古建筑在自然生态环境等外部环境的侵蚀作用下病害日益增多，很多古建筑因风雨侵蚀而失去了原有风貌。国内现存古建筑相对零散且遍布全国，种类和形式繁多，由于勘察条件受限和保护资料缺失，使得从事文物古建筑保护和研究人员的工作难度极大。为了解决这一问题，利用数字化技术对文物古建筑的原有结构形式实施再现，在减少对建筑本体的影响，减少时限和地域限制方面具有重要的现实意义[1]。基于Lumion的三维可视化技术，可以很好再现古建筑原有结构，传达建筑的三维信息，并实现实时交互。以Lumion平台对古建筑进行数据采集、构建可视化场景和全景图像输出，为古建筑结构保护提供参考。

一、古建筑保护的意义和现状

古建筑代表了民族文化的根基，是国家精神文明传承的载体，见证了民族延绵数千年的璀璨文化。古建筑保护方面棘手问题较多，诸如：现代城市改造、建设过程中对其产生的毁灭性破坏;专项保护经费严重不足;文物古建筑所在地地质灾害频发等[2]。尽管部分古建筑保护纳入了政府专项保护规划中，但是，保护效果良莠不齐。本文所述兴隆山握桥（如图1所示）位于甘肃省兰州市榆中县，为当地典型的桥梁建筑，桥身主体为巨木原料，由两岸向河心错落前伸，层层递出，节节相衔，呈穹窿之弓，20世纪80年代修缮时为提升其承载能力，将原伸臂梁改为钢筋混凝土拱券（如图2所示），致使原结构形式在兰州地区消失。

传统保护方法恢复原有结构由于资金使用量大且将大量破坏现有上部结构不可取，故采用数字技术对握桥进行原有结构重现。此举将促使古建筑文化遗产的数字化保护进一步发展，對古建筑保护形式多样化的推进具有重要的理论意义和实际价值。

二、文物建筑结构的保护策略

目前，国内绝大多数文物古建筑的保护模式是通过现场实物勘察测绘获得最初数据，后期借助CAD、PS等制图软件进行图纸绘制，标注病害部位，制定修缮措施，方案通过专家论证之后由设计单位出具施工图指导后期施工。单从病害处理来看，上述模式尚可，若要对文物古建筑原有结构重现，该模式下采取的传统二维图纸[3-4]不仅呈现效果比较古板，不够形象，而且在后期施工过程中人力、物力及财力的耗用量均太大。然而，随着数字技术的不断发展，三维信息存储与表达越来越丰富，上述古建筑结构再现即可采用三维激光扫描技术和手工测绘相结合的方式，将获取的测绘数据利用计算机进行三维建模，构建可视化场景并进行全景图像输出，供大家以第一人称视角亲身体验文物古建筑的真实风貌，从而以一种全新的保护方式来保护文物古建筑原有结构。

三、基于Lumion技术虚拟再现文物古建筑原有结构

Lumion软件是荷兰Act-3D 公司开发的实时3D可视化软件，可用于三维动画和静帧作品，可适用于建筑、城市规划、园林景观设计等多个领域。其借助GPU渲染技术，实现对3D场景的实时编辑，并实现场景塑造、渲染与全景图像输出。Lumion软件在古建筑结构可视化制作的进程中具有如下优势：

可视化模型制作效率高、输出画质清晰。Lumion 软件可以实现与用户实时交互，这种工作模式极大方便了用户进行实时修改，且操作性极强。Act-3D 公司为Lumion软件建立了完备地形要素和模型库，复杂地形修改的控制命令操作简洁、方便。

在Lumion库中嵌入高质量对象和逼真材质构建精细场景从而使保护人员可以充分利用Lumion软件对建筑结构进行反复推敲和修改，并且该软件充分考虑了兼容性问题，主流可视化软件接口丰富，兼容多种系统平台，方便用户使用。在利用Lumion软件处理数据之前，先利用CAD处理所有的图层数据，如地貌特征、建筑形体尺寸等，再利用Sketchup识别CAD数值特点进行计算，将CAD模型中的z轴值转换成连续面，从而获得古建筑外形轮廓，最终采用Lumion软件作为古建筑原有结构再现的展示平台。该方法的操作性和实用性良好，尤其是处理CAD的Z轴值，基于现场勘测数据和虚拟场景建模，通过修正有效改善古建筑数字化立体场景的还原度和真实度。基于Lumion平台可以实现与古建筑虚拟场景交互，可以分析、观察古建筑的结构，还可通过历史资料对古建筑虚拟模型进行再次编辑，并制作静态图和动画，如图3为兴隆山握桥模型立面。

四、结语

鉴于人力、财力等客观因素在兴隆山握桥原有结构再现过程中的制约，研究运用Lumion 软件可视化技术展现文物古建筑原有结构特点，提高相关技术人员对文物古建筑保护工作的效率，提升文物古建筑艺术价值与文化价值，促进设计人员操作能力与知识水平的拓展，其发挥了积极且重要的作用，为国内文物古建筑原有结构数字化再现技术的发展提供了一定的参考价值。

基金项目：本文是2020年度甘肃省高等学校创新基金项目《兴隆山握桥文物数字化修复与虚拟再现技术研究》（项目编号：2020A-234）。

参考文献：

[1]李相，荀平.基于Lumion的历史建筑可视化研究[J].重庆建筑，2020（3）：15-16.

[2]覃丽琼.基于Lumion的虚拟现实景观仿真设计与实现[J].现代电子技术，2019，42（8）：68-71.

[3]王崇宇.数字技术在古村落保护中的应用研究—以井陉县大梁江村为例[D].河北农业大学硕士论文，2015.

[4]郭广通，刘洋.虚拟现实技术对燕郊行宫建筑空间的重建理论指导[J].数码世界，2018：20-21.