淺談數字可園的構建及其對古建筑文物的保護性意義

張燕玲

【摘 要】數字可園是可園博物館數字化系統工程建設的重要組成部分，其核心內容是可園古建筑三維測量與建模。本文論述了“數字可園”構建的全過程和對可園古建筑的真實還原、保護傳承、合理利用與科學管理，以及對于建立古建筑文物科學保護長效機制具有的積極意義。

【關鍵詞】構建 數字可園 古建筑文物保護

一、東莞可園

東莞可園，全國重點文物保護單位，始建于清道光三十年（公元1850年），與番禺余蔭山房、佛山梁園、順德清暉園合稱廣東清代四大名園。可園占地約2204平方米，臨湖、近路、傍江，自然風光幽雅。建筑設計精巧、布局緊湊、虛實得體。廳堂室舍、廊榭房軒、亭臺懸閣糅合天成，極盡園趣。可園主人張敬修以武將之姿起家、以文人之風行世，“將骨文心”的特質在可園建筑風格中亦可窺探一斑。一是由他自撰的《可樓記》云：“居不幽者，志不廣；覽不遠者，懷不暢。吾營可園，自喜頗得幽致……”[1]可見其以“幽”與“覽”為造園匠意。二是在建造手法上，運用傳統民居、莊寨、園林，把雅集會客、瞭望防衛、休憩游覽等功能統籌兼顧，營造了可園別出心裁的獨特個性。

可園博物館是可園古建筑的保護與管理機構，集文物保護與收藏、研究與展示、學術與交流、文化與休閑等功能于一體，是展示可園古建筑本體、可園主人張敬修生平、嶺南傳統園林與建筑特色、“嶺南畫派”創始人居巢、居廉與可園的關系及脈絡傳承等的專題性博物館。

二、數字可園的構建初衷

《國家文物事業發展“十三五”規劃》中的“互聯網+中華文明三年行動計劃”提出：“推動互聯網的創新成果與中華優秀傳統文化的傳承、創新與發展深度融合，充分發揮市場作用，通過觀念創新、技術創新和模式創新，推動文物信息資源開放共享……進一步發揮文物資源在培育社會主義核心價值觀、構建中華優秀傳統文化傳承體系和公共文化服務體系中的獨特作用。推進文物信息資源開放共享，調動文物博物館單位用活文物資源的積極性……”[2]可園博物館從上一個“五年計劃”起已啟動可園博物館數字化系統工程建設，分步實施，逐步完善。本文所論及的“數字可園”的構建，是可園博物館數字化系統工程建設的重要組成部分。

三、數字可園的核心內容

數字可園的核心內容是“可園古建筑三維測量與建模”。運用三維激光掃描技術，完成古建筑的測繪和精細模型建模，包含四類數據：古建筑測繪圖、古建筑精細三維模型、古建筑高精度點云數據、多媒體數據。構建內容包含兩大部分：

（一）數據采集制作部分

（1）全方位三維激光掃描和高清影像采集

（2）測制平、立、剖面古建筑測繪圖

（3）制作古建筑精細三維模型、非重點建筑、園林小品三維模型與高清影像紋理

（二）系統構建部分

（1）專家科研系統

（2）公眾互動系統

（3）互聯網漫游系統

四、項目具體實施

經公開招標，數字可園中“可園古建筑三維測量與建模”項目的承辦單位為廣州市城市規劃勘測設計研究院。經過勘查、調研和數據采集，雙方項目組進行了設計交底，明確項目任務，確定實施方案，理清系統結構、軟件與硬件配置等方面的需求。

（一）劃定區域范圍

包括可園古建筑群（面積2204平方米）、博物館外圍和三個湖面，總面積約18000平方米。建筑測繪圖范圍包括可園古建筑總平面圖中有名稱的建筑。點云數據范圍覆蓋整個可園古建筑區。

（二）可行性試驗

為驗證雙方制定的技術實施方案是否可行，選擇可園“東南角樓”為試驗對象，從三維激光掃描、生成點云數據、三維模型構筑及至測繪圖制作等全過程先行試驗。驗證了技術設計流程、數據檢查流程的可行性，制定了測繪圖和三維模型的數據標準。

（三）三維激光掃描與測量

采用GDCORS-RTK與全站儀控制測量、站心點、特征點測量。采用RieGL VZ_400細部掃描測量，分三期進行。第一期：古建筑區全面掃描，含植被、家具；第二期：移除盆栽、家具，采用自制云臺補掃遮擋、屋頂，掃描非古建筑部分；第三期：配準結束，根據點云查漏補缺。

通過在圍墻、天花吊頂內、樓梯隔間等可園全部空間設站，并設計平臺采集死角，使原始點云數據量達到1.2T，點云覆蓋率優于90%。

（四）點云處理與入庫

原始點云配準和精確匹配后，經過去燥、抽稀、濾波分類，重新進行排列、分塊并寫入點云存儲文件。在數據庫中記錄點云分塊在文件中的偏移量和測量時間。

（五）測繪圖制作

建筑測繪圖是反映建筑現狀的正投影線劃圖，包括總圖、平面圖、立面圖、剖面圖、門窗詳圖等。遵循“從整體到局部，先控制后細部”的測繪圖制作原則，先確定建筑的控制點和控制線的精確位置，再細部測量各部位、各構件細節尺寸。按照“平面—剖面—立面”順序繪制，合理安排各視圖間的關聯組合。繪制完成可園古建筑測繪圖紙，分八個區繪制測繪圖紙66頁。測繪圖制作要求如下：（1）如實反映材質信息；（2）實測結構尺寸，檢測精度優于5厘米（尺寸較差中的誤差）；（3）圖線、字體、比例、符號、定位軸線、材料、尺寸標注等參照《房屋建筑制圖統一標準》GB/T50001-2001執行；（4）根據門窗型號繪制門窗詳圖，制作門窗圖錄表。

（六）三維模型制作

（1）技術路線（見圖1）

（2）三維模型分級

三維模型按照精細程度分為四級：一級模型為點云模型，采集精度為5毫米，實現量測功能，滿足專家科研系統調用；二級模型為細節建模表現，輔以高清影像表達，用于視點15米以內的近距離顯示，滿足古建筑查看及對比；三級模型為主體建模表現，輔以高清影像表達，用于視點15米時的顯示；四級模型主要為消防器材、垃圾筒、路燈、虛擬游客等。二至四級模型用于構建漫游系統場景。

（3）生成模型

構筑而成的模型主要有：古建筑模型、外圍建筑模型、家具與植被模型、雕塑與假山模型、地形模型。

（七）系統集成

為適應數字可園檔案的總體規劃部署和有效實施，項目集成了“古建筑園林專家科研與互動漫游系統”，由三個子系統構成：

（1）專家科研系統：采用單機模式，實現可園古建模型、點云的管理和分析應用，實現測繪圖的調用、授權修改與更新、安全存儲等功能。

（2）公眾互動系統：采用C/S模式，實現用戶端的瀏覽、漫游、查閱，部分重要建筑結構的模擬拆分與拼合功能，模擬光效、水波、重力、碰撞、門窗開合等特效。

（3）互聯網漫游系統：采用B/S模式，基于優化的可園模型而搭建的網絡版漫游系統，在互聯網上發布，功能同公眾互動系統類似。

（八）構筑軟硬件架構（見圖2）

五、項目成果與專家驗收

數字可園中的“可園古建筑三維測量與建模”從項目招標至2014年7月全面完成，耗時約兩年，期間雙方項目組經二十多次的技術磋商、階段性成果演示與修改再調試，最終完成的項目成果包括：專家科研系統、公眾互動漫游系統、互聯網漫游系統、點云模型（電子文檔）、建筑測繪圖（圖紙及電子文檔）。

2014年7月8日“東莞市可園博物館可園古建筑三維測量與建模”項目驗收會議在可園博物館召開，由廣州大學建筑與城市規劃學院教授、廣州大學嶺南建筑研究所所長、廣東省文物保護專家委員會委員湯國華，廣東中科遙感技術有限公司負責人、北京大學理學博士范海生，廣東省博物館館長、研究館員、享受國務院政府特殊津貼專家魏峻，廣東省計算中心教授級高工潘紀前，廣東省科學院廣州地理研究所研究員、中國科學院大學兼職教授、廣東省遙感與地理信息系統應用重點實驗室主任、碩士生導師鐘凱文，組成項目驗收專家組。驗收專家組經聽取項目承接辦方的工作報告、審閱招投標文件與項目成果資料，觀摩系統演示，經質詢、答疑與共同討論，一致認為項目組已完成合同規定的內容，同意通過驗收。2015年11月，該項目由項目承接辦方申報榮獲“2015中國地理信息產業優秀工程”銅獎。

六、對古建筑文物的保護性意義

在當今科技瞬息萬變的時代，智慧博物館的建立已悄然而至，“互聯網+”更是近年來吹響的科技號角，數字化管理已迅速融入大眾日常的生活與工作中。數字可園形象地記錄了可園古建筑的本體構造、傳統工藝、型制體量，建立了海量點云的分層存儲與基于模塊索引的數據庫管理，以及健全了建筑測繪圖等，為可園古建筑的建造檔案和養護維修等提供原始資料。對于古建筑文物保護具有積極的意義：

（一）數字博物館是實體博物館向外打開的另一扇窗口，是廣泛傳播博物館文化、強化文物保護（包括不可移動文物保護）意識的重要渠道。該項目采用虛擬仿真技術、網絡技術、數據庫技術集成開發可園古建筑綜合展示與管理分析平臺，實現了可園古建筑高精度的線上漫游、宏信息量的數據存儲、多功能的動態調用、海量點云數據支持下的流暢視覺表達，帶給游客及網上游覽者身臨其境的沉浸感。有認知才有了解，而保護與傳承則從認知與了解開始。數字可園以及逐步完善的數字博物館，是可園博物館與社會公眾的聯系溝通的紐帶，讓公眾對可園古建筑從了解逐漸轉變為感性認知，使古建筑文物保護與傳承的意識潛移默化。

（二）中國傳統建筑結構之巧妙、工藝之精湛，一般的測繪技術難以準確、精細地測量與記載，而采用三維激光掃描、數字攝影測量等多種測繪設備與技術集成，可實現對古建筑的高精度、全方位、深層次、多維度的記錄與描述。使可園古建筑的精妙構造、傳統工藝、型制體量得以真實還原，為探研可園古建筑乃至嶺南建筑園林的流變，亦為可園古建筑的“有效保護、合理利用、科學管理”提供準確可靠的基礎數據。

（三）可園古建筑是嶺南古典庭園的杰作，其建筑工藝、布局構圖精雅而幽致，是嶺南古建筑的珍品。然而，可園古建筑的歷史資料檔案仍局限于部份的建筑圖紙，再者因年代久遠，紙質檔案資料的保存不能絕對完好。數字可園的構建，獲取了可園古建筑海量點云數據、構筑了精細的三維模型、測制了古建筑平立剖面測繪圖，使可園古建筑的基礎資料更真實、更完整、更利于永久保存與有效調用。為建立科學保護古建筑文物長效機制、實施古建筑預防性保護與搶救性保護相結合創造了前提條件。

七、結語

古建筑，是不可再生的文物，具有重要歷史、科學和藝術價值，古建筑園林的“廳堂軒院、亭臺廊榭，湖山橋樹”是人類歷史文脈的符號與延續，可園亦然。讓我們順應科技時代的發展，對可園古建筑進行信息化研究，向數字化、大數據、智慧型邁進，科學合理地傳承與開發利用！

參考文獻：

[1]楊寶霖.東莞可園張氏詩文集[M].廣州：廣東人民出版社出版，2008.

[2]國務院.國家文物事業發展“十三五”規劃[EB/OL].http：//www.sach.gov.cn/.