重慶市優秀近現代建筑建筑立面數字重建研究

唐湘暉

重慶市優秀近現代建筑建筑立面數字重建研究

唐湘暉

從19世紀40年代到20世紀50年代末，重慶市出現了一批形態優美、體現重慶人文歷史的優秀建筑，既有公館、教堂，也有民居、學校等。重慶市政府對這些建筑的保護相當重視，通過摸底調查，將其中98處建筑列入首批保護對象，一些建筑得以重建，一些建筑利用商業開發進行保護性使用，還有一些被辟為公園，大多數建筑得以煥發新生。

但在具體對這98處列入保護名錄的建筑進行走訪調查時，也發現其中存在的一些問題：

1. 使用性保護雖然使建筑得以延續，但部分保護技術手段不夠專業。在渝中區、沙坪壩區等經濟條件較好的區域，或大學里的優秀近現代建筑，由于有專人管理，建筑得到的保護相對較好，建筑結構無破壞，并得到有效使用。但由于是使用性保護，在維修時并不像文物保護那樣“修舊如舊”，建筑立面多采用涂料重新涂刷，看起來失掉了原有韻味。比較突出的如重慶大學的理學院，朱紅門柱，四檐翹角，極具獨特建筑魅力，但這畢竟不是古建筑，對建筑立面的處理比較簡單，通過涂刷勾縫，建筑立面煥然一新，但建筑的歷史感、滄桑感卻損失過半。

2. 建筑雖被標記為保護單位，卻缺乏管理，無人保護。在一些并不是市中區、單位里的建筑，地理位置偏僻，沒有得到良好保護，有些建筑常年失修，建筑立面已開始有部分被破壞。如重慶市北碚區蔡家崗鎮陳舉人樓，建筑樓閣呈聯排形式，廊柱精美細膩，可惜的是，由于沒有得到妥善保護，部分柱頭已出現破損狀態，實在可惜。

3. 部分建筑在列入保護名錄之前存在改建、加建現象。有一些位于老居住區的優秀近現代建筑，處于生活狀態，建筑主體結構基本還完好，但為了使用方便，在列入保護名錄前已被使用人進行了不同程度的改建、加建，建筑立面結構被破壞，建筑保存的情況不容樂觀。

基于此，利用三維圖形技術進行建筑立面數字化研究就變得極為重要。通過三維圖形技術，可以逼真地還原建筑立面形態、紋理，不受時空限制，可以最有效展示優秀建筑立面的歷史特質。

建筑立面數字化研究包括兩個方面，一是圖形元素的數字處理，二是三維形狀的數字模擬。

一、三維紋理圖像與建筑立面數字還原

數字化建筑紋理圖形包括建筑立面紋理、建筑頂面紋理、建筑周邊地表紋理。對于數字建筑表達來講，建筑立面紋理是最直觀傳達建筑視覺感官的元素，其真實性、逼真性將直接影響到建筑對外信息的表達，對展示優秀歷史建筑將起到至關重要的作用。

建筑立面紋理數字圖形圖像信息來源方式在現階段最常用的方法是數字攝影與數字繪制。在進行建筑立面紋理數字攝影采集時，需要注意采集時間段、采集角度、采集周邊環境、采集數據格式。一般數字紋理圖像采集的最佳時間段是能見度較好的上午、下午時間，盡量避免陽光直射的正午與能見度不高的天氣；采集時應該盡量使用正視角度，保證建筑物各個視面的完整性；要盡量避免環境顏色對所拍對象的顏色影響，不能有偏色。

采集到建筑立面紋理圖像后，其紋理已完整地展現在數字圖形信息文件中，但由于這是直接、客觀得到的圖形信息，沒有重新噴涂的原始建筑立面紋理可不做修改；已經重新噴涂、失去歷史滄桑感的文件則需要重新進行數字繪制。最常用的數字繪制工具有Photoshop、Paint等圖形處理軟件。對歷史建筑，紋理處理必須有章可循，不可隨意處置。可找到與該建筑相似的未噴涂過的同類歷史建筑，采集其舊跡紋理，通過調整色調、色階，利用可選顏色調整圖層，再加上通道混合器進行混合，還遠歷史建筑原本滄桑、古舊的紋理感。

如前文所講重慶大學理學院，在進行三維數字化制作時，可以先利用高清拍攝，得到高分辨率的正立面影像，再利用PS軟件，進行幾何糾正、色調調整，并通過疊加、通道、圖像映象等方法進行處理，形成滄桑、古舊的歷史感，重新貼到模型上，既不破壞現有建筑，又體現出建筑的悠久韻味，實是利用數字方式保護歷史建筑的一大優勢。 (如圖1)

二、三維形狀與建筑立面結構數字模擬

要想再現建筑立面形狀，需要大量的建筑立面模型基礎CAD數據。這些數據，可以采用三維激光掃描技術得到，也可以采用近距離測量得到。利用三維激光掃描技術得到的建筑立面數據方式簡單、快速精準，但數據只有幾何信息，沒有結構信息，無通用性。而通過數字化近景測量得到的數據可進入AUTOCAD，并通過3DMAX形成數字模型，模型結構精準、真實，可通用，但只可采用人工方式制作，工作量相對較大。

通過比較，重慶優秀近現代建筑數字模型制作比較適合采用基于CAD數據的參數化模型制作方式。這種方式是將建筑構件參數錄入數據庫，建立一些共同的建筑構件，然后在三維軟件中制作出來，不同建筑如果有共同部分，就從數據庫中抽調出來直接使用，既可以保證三維數字建筑的結構數據，又可以簡化人工勞動強度。

具體做法是：在AOTUCAD中制作出建筑立面的三視圖，然后在3DMAX中分別導入平面圖、左立面圖、右立面圖、正立面圖，分別群組后將其X/Y/Z軸坐標值還原為0，再利用旋轉工具將左立面圖、右立面圖、正立面圖旋轉到它們的三維位置。有此建筑立面三維立體框架為基礎，三維實體模型的創建就變得簡單多了。如北碚蔡家舉人樓，先通過近距測量，形成CAD文件，然后通過建筑立面模型制作，將建筑殘缺部分直接數字還原，形成建筑保護的重要數據源。（如圖2、圖3）

三、云存儲與云共享對建筑立面數字重建的影響

云技術的出現，使得越來越多的用戶不再自己購買和維護軟硬件，而是利用云平臺進行數據存儲、數據計算，利用云平臺進行網絡資源交換，數字信息化變得極為簡單、方便。

建筑立面數字重建，將產生大量建筑立面紋理、形狀數據，且這些數據具有歷史傳承意義，需要保留的時間相當長，對存儲技術要求較高，只有海量數據處理技術云技術才能滿足其存儲需要。建立建筑紋理、建筑形態數字文件云數據庫，一方面便于數據保存，另一方面，針對有相同建筑構件或相同材質紋理的物體，一次建模或一次材質紋理采集，就可使用到其他建筑上面，資源利用率將大大提高。

云存儲也使云共享變得通暢。對于優秀近現代建筑、古文物建筑，不同地區、不同專業都有人在進行數字保護研究，建筑專業會從建筑結構、建筑材料等方面入手，文物研究方向則會從建筑歷史、建筑傳承等方面入手。通過云共享，各個專業都可以進行資源分享，交流數字建筑保護的方法、采用的技術手段、收集的資料，形成統一資料庫，為研究者提供基礎查詢，更可以提供包含基于搜索引擎的資料搜索服務。

四、結語

重慶優秀近現代建筑，是重慶歷史發展的見證，體現了重慶在特定時代城市建設的特點，其保護意義不言而喻。數字化建筑保護手段的使用，可以彌補真實建筑周邊環境無法留存的遺憾，還原因使用而改變的內部空間結構，營造歷史建筑中當時人們的生活狀態，具有實際建筑保護手段達不到的優點。

＊本文系2014年重慶市教育委員會人文社會科學研究重點項目成果（項目編號：14SKR02）。

[1]范張偉、刑昱．基于數字化技術的古建筑保護研究[J].北京測繪,2010（3）.

[2]蔣梁鵬.近現代歷史建筑保護更新模式探析[J].學術論文專刊,2012(8).

[3]王京衛、周亞飛，孟祥國,基于3DGIS的古建筑物的三維數字化保存研究[J].山東建筑大學學報,2011(10).

唐湘暉：重慶人文科技學院建筑與設計學院講師