我國傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

張洪吉,羅 勇,劉 慧2,王永華3,陳青松,譚小琴

(1.四川省自然資源科學研究院,四川 成都 610041;2.鄧小平故里管理局,四川 廣安 638003; 3.廣安市生產(chǎn)力促進中心,四川 廣安 638003)

我國傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

張洪吉1,羅 勇1,劉 慧2,王永華3,陳青松1,譚小琴1

(1.四川省自然資源科學研究院,四川 成都 610041;2.鄧小平故里管理局,四川 廣安 638003; 3.廣安市生產(chǎn)力促進中心,四川 廣安 638003)

在收集、整理相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上,從傳統(tǒng)村落保護過程對信息需求的視角,梳理和總結(jié)了數(shù)據(jù)留存、信息加工和展示傳播三個方面的數(shù)字化技術(shù)研究現(xiàn)狀。結(jié)果表明:數(shù)字化技術(shù)作為重要的支撐手段為傳統(tǒng)村落保護規(guī)劃、修復設(shè)計提供了強大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和決策支持。數(shù)字化本身也作為一種新的保護方式獲得迅速發(fā)展,并促進了相關(guān)技術(shù)的進步,而且很快由單一的手段向多技術(shù)集成轉(zhuǎn)變,相關(guān)學科的融合不斷深化,今后應進一步加強數(shù)據(jù)一致性、保護完整性、標準規(guī)范等方面的研究。

數(shù)字化保護;傳統(tǒng)村落；研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)村落又稱為“古村落”,是指擁有物質(zhì)形態(tài)和非物質(zhì)形態(tài)文化遺產(chǎn),具有較高的歷史、文化、科學、藝術(shù)、社會、經(jīng)濟價值的村落[1]。伴隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展,一些傳統(tǒng)村落正在遭到破壞甚至面臨消失,開展傳統(tǒng)村落及其承載的文化遺產(chǎn)資源保護迫在眉睫。然而,一方面,傳統(tǒng)村落范圍廣,景觀、文化形式多樣,文化資源具有典型的民間性和分散性,單純的物理修復、旅游開發(fā)不能達到活態(tài)化、全面化保護的目的[2];另一方面,以傳統(tǒng)測繪、紙質(zhì)記載等技術(shù)為主的檔案式保護方法不能達到全方位、空間化保護的要求,更不能滿足可視化表達、形象化展示的需求。數(shù)字化技術(shù)對信息進行采集、存儲、加工、表現(xiàn)、展示和傳播的過程,很好地切合了傳統(tǒng)村落保護過程中從記錄到保護到展示再到發(fā)展的特性,使數(shù)字化技術(shù)成為傳統(tǒng)村落保護的重要支撐手段。近年來,學術(shù)界對傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)開展了大量的研究和應用,并取得了豐碩成果。本文在收集、整理相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,綜述了傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)的研究現(xiàn)狀和趨勢,并提出了展望。

1 傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)研究現(xiàn)狀

結(jié)合傳統(tǒng)村落保護過程中對數(shù)字化技術(shù)在數(shù)據(jù)留存、信息提取、展示傳播三個層次的需求,梳理相關(guān)文獻,可將相關(guān)技術(shù)歸納為以圖形圖像、空間數(shù)據(jù)采集和存儲為核心的數(shù)據(jù)留存技術(shù),以三維模型構(gòu)建和文化數(shù)據(jù)創(chuàng)意為核心的信息加工技術(shù),以虛擬現(xiàn)實和“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的展示傳播技術(shù)。這些技術(shù)相輔相成,其集成應用成為當前傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護的趨勢。

1.1 數(shù)據(jù)留存技術(shù)

傳統(tǒng)村落保護最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)是全面獲取和留存真實數(shù)據(jù),它是科學開展物理保護或進一步進行展示傳播的前提,在傳統(tǒng)村落不斷遭到破壞的情況下數(shù)據(jù)留存本身也是一種數(shù)字化保護。相應的數(shù)據(jù)采集和存儲技術(shù)經(jīng)歷了從紙質(zhì)資料到數(shù)字化發(fā)展的過程,當前研究和應用的典型技術(shù)主要包括圖形圖像采集、空間數(shù)據(jù)獲取等。

圖形圖像采集技術(shù):傳統(tǒng)村落中景觀、民居、文物、表演等各類資源都可通過圖形、圖像進行數(shù)字化記錄。如采用平面掃描獲取繪畫、書籍、樂譜、剪紙等二維圖像[3],應用高清拍攝記錄村落景觀、民居古建、文物外觀[4-7],運用攝錄技術(shù)可采集文化演出、傳承人描述等[8,9]。這類技術(shù)應用較早、發(fā)展很快、相對成熟,當前已成為傳統(tǒng)村落調(diào)查中一種較為常規(guī)的技術(shù)手段。我國傳統(tǒng)村落保護的調(diào)查工作中已明確要求“完善村落全貌、主要街巷、重要傳統(tǒng)建筑的照片”。

空間數(shù)據(jù)獲取技術(shù):傳統(tǒng)村落本身是一種物理空間意義上的特殊景觀,且村落中的民居、古建筑、文物等物質(zhì)性遺產(chǎn)都具有顯著的地理空間特性。以遙感、三維激光掃描為代表的空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)成為傳統(tǒng)村落三維空間數(shù)據(jù)獲取的主要手段。遙感技術(shù)主要應用于對村落大范圍基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的收集、村落景觀中要素的解譯以及村落環(huán)境動態(tài)變化數(shù)據(jù)的獲取,如孫帥等[10]以山西省段河村為例,運用低空無人機遙感測繪技術(shù)開展村落空間數(shù)據(jù)采集;三維激光掃描以其獲取數(shù)據(jù)非接觸、速度快、精度高等優(yōu)勢而成為傳統(tǒng)村落中民居古建、文物等空間數(shù)據(jù)獲取的有效手段。

1.2 信息加工技術(shù)

對傳統(tǒng)村落數(shù)字化信息的加工主要集中在兩個方面:一是以地理信息系統(tǒng)空間分析技術(shù)為支撐,通過數(shù)據(jù)分析,為傳統(tǒng)村落的物理保護規(guī)劃設(shè)計、文化研究等提供翔實的數(shù)據(jù)支撐和決策支持；二是通過數(shù)據(jù)提取和三維模型構(gòu)建,為傳統(tǒng)村落展示和傳播奠定基礎(chǔ)。

空間分析技術(shù):地理信息技術(shù)(GIS)以其在空間分析方面的優(yōu)勢,已被廣泛應用于傳統(tǒng)村落不同尺度的空間形態(tài)、景觀格局、民居分布等方面的研究和信息系統(tǒng)構(gòu)建,并成為保護規(guī)劃、修復設(shè)計的重要輔助手段之一。如佟玉權(quán)[11]借助GIS空間分析工具開展了中國傳統(tǒng)村落的空間分異研究;李旭威等[12]提出了綜合田野調(diào)查、歷史資料和GIS技術(shù)方法的廣東省梅州市傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護思路;牛海灃等[13]探索了古村落地理信息系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)路線,實現(xiàn)古村落規(guī)劃信息的深度分析、高效管理和便捷交流。

三維建模技術(shù):傳統(tǒng)村落的三維建模主要涉及兩種類型:一是對村域及其周邊構(gòu)建三維地形模型,為全域查詢或展示提供基礎(chǔ)地理骨架支撐;二是對村落中物質(zhì)形態(tài)要素如建筑、構(gòu)件、文物等構(gòu)建三維數(shù)字模型。三維地形模型的構(gòu)建一般通過提取高程點,生成數(shù)字高程模型。而對建筑等要素的三維建模,主要基于幾何建模方法,運用相關(guān)三維建模軟件將物理造型轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型。如劉媛等[14]以衡陽市中田村為例,利用ArcGIS CityEngine軟件開展傳統(tǒng)民居建筑群三維建模。

1.3 展示傳播技術(shù)

全面生動地展示傳統(tǒng)村落景觀、傳播文化元素,是傳統(tǒng)村落保護和傳承的重要環(huán)節(jié)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是展示的主要手段,而“互聯(lián)網(wǎng)+”傳統(tǒng)村落成為新的保護模式。

虛擬現(xiàn)實技術(shù):虛擬現(xiàn)實技術(shù)為實現(xiàn)傳統(tǒng)村落的逼真、形象表達提供了有效途徑。而村落信息涉及面廣、數(shù)據(jù)量大,單一靜態(tài)的展示不能滿足全域性、活態(tài)性的需求。因此,學者們將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與不同時相、不同空間尺度的時空數(shù)據(jù)進行結(jié)合,以動態(tài)交互的方式開展全景沉浸式體驗,從而達到有效展播和傳承的目的。嚴鈞等[15]以湖南省永州市江永縣上甘棠村為例,在數(shù)據(jù)篩選、信息處理和幾何建模的基礎(chǔ)上探索利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的傳統(tǒng)聚落數(shù)字化保護方法;樊強強等[16]以廣東省汕頭市風崗村作為研究對象,從數(shù)據(jù)采集、管理到建模、虛擬,實現(xiàn)了三維全景虛擬,為保護與發(fā)展探索了一種有效的技術(shù)途徑和科學直觀的依據(jù);馮磊等[17]利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)并結(jié)合空間量化分析開展傳統(tǒng)村落空間形態(tài)與認知研究,拓展了該技術(shù)在傳統(tǒng)村落保護領(lǐng)域的應用。此外,虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以應用于傳統(tǒng)村落景觀創(chuàng)作、虛擬旅游產(chǎn)品開發(fā)、數(shù)字化博物館建設(shè)、與3D打印相結(jié)合的文化保護等[18-20]。

“互聯(lián)網(wǎng)+”傳統(tǒng)村落:傳統(tǒng)村落數(shù)據(jù)來源豐富、種類多樣、專業(yè)性強,這對數(shù)據(jù)管理、分析和共享提出了很高的要求,“互聯(lián)網(wǎng)+”模式為傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護提供了全新的解決方案。應用大數(shù)據(jù)存儲可以緩解海量時空數(shù)據(jù)管理和分析壓力,采用分布式計算能夠提升數(shù)據(jù)挖掘和信息提取能力,通過互聯(lián)網(wǎng)可以提高信息展示的交互性和文化交流的互動性,這些特點使“互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)村落”成為當前的新方向,學術(shù)界和實務界已在相關(guān)方法、框架及應用方面開展了大量的探索研究和初步應用。如夏天[21]在分析傳統(tǒng)村落文化發(fā)展所面臨困境的基礎(chǔ)上,指出了“互聯(lián)網(wǎng)+”為傳統(tǒng)村落保護與發(fā)展創(chuàng)造了新機遇,并分析了在文化傳承與創(chuàng)新、避免標本化保護、及時出臺有效政策、促進旅游業(yè)發(fā)展等方面的優(yōu)勢;劉燦姣提出我國的傳統(tǒng)村落文化保護必須用好“互聯(lián)網(wǎng)+”[22],并就鄉(xiāng)土文化保護提出通過構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+家譜文化”新模式和建立基于虛擬家族社群的傳統(tǒng)村落文化傳承平臺來進行家譜文化的動態(tài)傳承,通過構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+村落旅游”新模式來實現(xiàn)傳統(tǒng)村落的“數(shù)字旅游”和“智慧旅游”[23]。由華南理工大學出版社牽頭的文化產(chǎn)業(yè)專項資金項目“基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的中國古村落文化保護與傳承云服務平臺建設(shè)”,提出了基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)和云服務平臺的傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護與傳承模式[24]。北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計研究院技術(shù)創(chuàng)新中心開發(fā)的“傳統(tǒng)村落APP”,提供了傳統(tǒng)村落詳細信息和交通路線,建立了一個全國性的村落信息分享平臺[25]。我國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部于2015年啟動“傳統(tǒng)村落數(shù)字博物館”項目,擬通過計算機、網(wǎng)絡、通信等數(shù)字化手段展示傳統(tǒng)村落的聚落風貌、傳統(tǒng)建筑、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)[26]。此外,網(wǎng)絡眾籌開展保護性建設(shè)[27]、村落旅游APP[28]等也成為傳統(tǒng)村落保護展示與傳承的一些創(chuàng)新方式。

1.4 技術(shù)集成與綜合應用

傳統(tǒng)村落保護的各項數(shù)字化技術(shù)都有其特點,且它們之間既相互依存又相互彌補,所以將相關(guān)技術(shù)集成應用,充分發(fā)揮各自技術(shù)優(yōu)勢,成為當前的發(fā)展趨勢。總體來看,已逐步形成相對成熟的技術(shù)路線,在空間、圖像及專業(yè)屬性數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上,利用空間分析技術(shù)開展數(shù)據(jù)處理、信息提取、時空分析,構(gòu)建具有不同空間尺度的三維模型,通過搭建具有管理、分析、監(jiān)測、展示功能的信息平臺,進而通過虛擬現(xiàn)實等技術(shù)進行可視化展示,見圖1。而在實踐案例中,集成和綜合往往根據(jù)需求有選擇性應用但不限于上述技術(shù)。如王崇宇[29]以井陘縣大梁江村為例,集成三維激光掃描、地理信息、三維建模以及虛擬現(xiàn)實技術(shù),實現(xiàn)了傳統(tǒng)村落多元信息綜合管理、輔助規(guī)劃設(shè)計、虛擬展示全景等功能。

圖1 傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)集成示意圖

2 研究述評及展望

近年來,伴隨著我國對傳統(tǒng)村落保護的高度重視以及數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)研究主要呈現(xiàn)出以下三大特點:①數(shù)字化技術(shù)作為一種重要的手段,為物理保護的規(guī)劃、設(shè)計提供了強大的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持。②在傳統(tǒng)村落保護形勢依然嚴峻、人們對要素傳播和傳承的視覺需求越來越高的情況下,數(shù)字化保護技術(shù)迅速發(fā)展,甚至在三維建模、網(wǎng)絡展示等方面促進了數(shù)字化技術(shù)本身的進步。③技術(shù)應用很快由單一的手段向多技術(shù)集成的方向轉(zhuǎn)變,且數(shù)字化與傳統(tǒng)村落保護相關(guān)學科的融合越來越緊密。

綜上所述,傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護技術(shù)研究已取得豐碩成果,形成了不少成功案例并初步建立了相應的理論和技術(shù)體系,但還存在一些不足之處,今后還應重點開展以下三個方面的研究:①數(shù)據(jù)的一致性和共享性問題。傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護涉及的數(shù)據(jù)不但信息龐大、類型多樣,而且一般來源于不同的部門和單位。這些不同來源的數(shù)據(jù)一般都是從不同應用領(lǐng)域、在不同時間跨度、采取不同的技術(shù)手段進行獲取和處理,在格式、質(zhì)量等方面均有所差異,嚴重影響了數(shù)據(jù)的一致性。同時,由于部門和專業(yè)分割,加之一些資料數(shù)據(jù)的涉密性,使數(shù)據(jù)集成困難、數(shù)據(jù)共享性差,導致信息資源利用率低、建設(shè)成本高、建設(shè)周期長。②保護的整體性問題。傳統(tǒng)村落資源的復雜性和數(shù)字化技術(shù)手段的多樣性使數(shù)字化保護必然是歷史、建筑、地理、文化、藝術(shù)、計算機、傳播學等多學科領(lǐng)域的交叉和融合。然而,當前不同專業(yè)領(lǐng)域的學者和不同行業(yè)部門大多從專業(yè)領(lǐng)域出發(fā)開展具有不同側(cè)重點的研究,往往忽視了保護的整體性。如文物保護領(lǐng)域往往關(guān)注文物的歷史價值、展現(xiàn)方式等;地理學者強調(diào)運用空間信息技術(shù)開展村落環(huán)境模擬和虛擬表達;計算機領(lǐng)域則重點關(guān)注數(shù)字化平臺的構(gòu)建和數(shù)據(jù)的集成。這些單項的或有所側(cè)重點的研究和應用在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮了重要作用,但往往導致數(shù)字化保護呈現(xiàn)單一性而割裂了傳統(tǒng)村落在時間、空間上的整體性。③標準化與規(guī)范化問題。一方面,雖然近年來對傳統(tǒng)村落調(diào)查等做出了相關(guān)要求,如編制了《傳統(tǒng)村落評價認定指標體系(試行)》、設(shè)計了《傳統(tǒng)村落調(diào)查登記表》等,但尚沒有對相關(guān)數(shù)字化技術(shù)的應用在技術(shù)規(guī)程、精度要求、質(zhì)量控制等方面作出詳細說明,更沒有形成關(guān)于傳統(tǒng)村落數(shù)據(jù)采集、處理方面的標準和規(guī)范。另一方面,與傳統(tǒng)村落數(shù)字化相關(guān)的專項領(lǐng)域也缺乏標準和規(guī)范或標準較早而與快速發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)不相適應。如在民族民間文化資源調(diào)查方面,自2005年我國發(fā)布《中國民族民間文化保護工程普查手冊》以后,還缺少有關(guān)數(shù)字化技術(shù)的標準或規(guī)范可循[30];又如對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化,雖然已開展了元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)標準構(gòu)建等方面的基礎(chǔ)性研究[31-33],但沒有形成完整的指標體系。同時,盡管一些專項技術(shù)可以借鑒或參照相關(guān)行業(yè)標準,但從不同的行業(yè)或?qū)I(yè)視角往往不能得到廣泛的認同,如三維激光掃描技術(shù)近年來在村落民居、文物等資源的空間數(shù)據(jù)采集、信息提取和建模方面獲得了大量的探索和應用,測繪行業(yè)也發(fā)布了《地面三維激光掃描測量技術(shù)規(guī)程》,但對傳統(tǒng)村落保護在數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等方面的實際需求還缺乏指導性的規(guī)范。在標準和規(guī)范缺乏的情況下將數(shù)字化技術(shù)在傳統(tǒng)村落保護中開展應用,往往導致數(shù)字化結(jié)果如數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性、信息的可信度等方面的不一致,這些都需要進行深入的研究和探討。

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ResearchStatusandProspectofDigitalProtectionofTraditionalVillagesinChina

ZHANG Hong-ji1,LUO Yong1,LIU Hui2,WANG Yong-hua3,CHEN Qing-song1,TAN Xiao-qin1
(1.Sichuan Academy of Natural Resource Sciences,Chengdu 610041,China; 2.Scenicare of Deng Xiao-ping′s Former Residence,Guang′an 638003,China; 3.Guang′an Productivity Promotion Center,Guang′an 638003,China)

Based on collecting and sorting out the relevant literature,from the perspective of the protection of traditional villages on the demand of information,this paper reviewed and summarized the research status of digital technology in three aspects:Data retention,information processing and communication.The results showed that the digital technology as an important means of support for the protection of traditional village planning and design could provide a powerful data base and decision support,digital protection itself as a new way to protect also developed rapidly and promoted the advance of digital technology,and soon by a single method to the multi technology integration transformation,integration related disciplines were constantly deepening,the protection of data consistency,integrity and standards and other aspects of the research should further strengthen.

digital protection;traditional village;research status

10.3969 /j.issn.1005-8141.2017.08.003

TP311.561

A

1005-8141(2017)08-0912-04

2017-06-15；

2017-07-22

四川省科技計劃項目(編號:2014FZ0062、2015GZ0314、2017KZ0027);成都市科技惠民計劃項目(編號:2015-HM01-00025-SF);四川省級公益性科研院所基本科研業(yè)務費項目(編號:2015YSK0066、2016YSK0015、2017YSK0008)。

張洪吉(1981-),男,四川省瀘州人,助理研究員,主要從事GIS及資源信息方面的研究。

羅勇(1977-),男,湖北省麻城人,副研究員,主要從事3S技術(shù)及應用研究。