川渝民居結構數字動畫表現研究

李波 孫琳

摘要：利用新興的數字拍攝技術和數字模型還原技術，將即將消失的傳統民居從整體結構到質地材料等真實重現，利用數字攝像機拍攝得到的照片和視頻素材進行數字三維模型的掃描和修整，然后利用三維軟件進行貼圖的掃描和繪制，再進行燈光渲染，最后輸出成品。形成一整套數字模型庫，為以后的深入研究和實踐教學提供數字資產。讓受眾全方位認識和了解川渝地區傳統民居的結構特點，外觀特點，為傳承物質文化遺產做一點貢獻。本文對數字動畫技術在川渝民居建筑展示中的應用進行研究，簡要闡述數字動畫技術應用于建筑展示中的意義，之后從數字化技術的具體應用進行探究和分析。

關鍵詞：川渝民居;數字動畫;表現;研究

民居分布于我國各個城市各個地區，其是古建筑組成的一部分，也是特殊的文化遺產信息載體之一。川渝民居是由遠古的干欄式建筑演變而成。成都十二橋發現的殷商時期的干欄式建筑，是四川民居的雛形，以后演變為漢代的干欄式建筑，再進一步演變為地龍墻、高勒腳、木地板、四周設通風口的民居（漢代畫像磚），到了東漢即出現了庭園式民居（東漢庭院畫像磚）。整個民居分四個院落、前堂、后寢、廚房、望樓，功能分區明確，多為穿斗式、抬梁式結構，有撐拱、斗拱的作法，已體現出四川傳統民居的布局和風格。因此利用現代化科學信息技術，對鄉村古建筑進行有效保護，避免人為因素以及自然因素對其的損害，是我們必須要承擔的義務。

一、數字化技術對于川渝民居表現的意義

川渝民居是我國民居建筑中的一個分支，也是極具代表性的建筑樣式，其結構復雜多樣，對其進行展示和推廣就顯得很有必要。在傳統民居表現工作的開展中，傳統拍攝方式已經不足以滿足現代化發展的需求，數字化技術的應用能夠有效解決復雜結構的復原、連接、組裝、多角度展示等問題，相關信息被更全面的記錄和展示，在此基礎上進行數字化數據庫的建立，根據實際信息制定有效的保護計劃，才能實現真正意義上的研究和表現。同時，這樣的數字化表現還能有助于文化的傳承，向青少年及對民俗文化感興趣的社會人士展示傳統民居的特點，從民居到民俗，從結構到意識，從結構形態再上升到文化形態，步步深入，深層次挖掘并展示巴蜀文化。讓青少年知道傳統民居，認識傳統民居，了解傳統民居，喜愛傳統民居，傳承傳統民居，最后實現偉大復興。[1]

二、川渝民居結構介紹

川渝地區民居區別于其它地區民居體系最大的特點在于其獨特的結構體系——穿斗式結構體系。此種結構體系乃是當地人民經過數千年的生產生活所總結出來的最為適合當地地形地貌，氣候環境等自然因素的體系，并在長時間的建造過程中定型化，具有很強的生命力以致如今我們在很多地方的民居建筑仍在使用這種結構體系。川渝地區地形以山地地形為主，大量的傳統場鎮依山而建，臨水而生，穿斗式構架結構輕盈，靈活多變，非常適應川渝地區這種多山的地理環境。

三、數字化技術在川渝民居結構表現中的應用

數字動畫主要包含數據獲取、數字資產制作、結構組裝動畫制作、配音、后期合成處理等環節，最后形成一個完整的展示視頻，呈現給觀者。

（一）數據獲取

數據獲取主要有三種方式。一種是照片拍攝，然后使用平尺等測量工具對房屋的進深、寬度、高度、面積等進行數據測量。對每一個部件進行精細測量。優點在于不需要對部件進行單獨拆分，缺點在于制作出的數字化模型進度不夠;另一種方式也是照片拍攝，但這中拍攝方式和第一種方式有較大區別，是需要圍繞所拍攝對象進行360度的拍攝，這種拍攝方式優點在于最后制作出來的數字化模型比較精準，缺點在于拍攝的照片數非常多，數據大，需要對每一個部件進行拆分單獨拍攝;第三種數據獲取方式是激光掃描，優點在于不需要進行大量的照片拍攝，只需要對拍攝對象進行快速掃描即可，缺點是需要對每一個部件進行拆分單獨掃描。[2]

（二）數字資產制作

第一種數據獲取方式得到的數據，需要利用三維制作軟件（比如3Dmax、Maya等）進行模型的制作，然后使用貼圖繪制軟件（如Photoshop、Substance Painter等）進行貼圖的處理制作，才能得到數字資產。這種方式的優點在于得到的數字資產可控性較高，單個模型數據量較小，模型的拓撲結構合理，缺點在于制作周期較長;第二種數據獲取方式得到的數據，需要利用專門的照片建模制作軟件（如Agisoft Photoscan、Autodesk 123D Catch、3DCloud等）進行模型的制作，同時生成對應貼圖。優點在于制作快速，缺點在于得到的數字資產可控性不高，數據量較大，模型的拓撲結構不合理;第三種數據獲取方式得到的數據，需要結合相應的專業軟件（如MagicWand等）進行數字資產的生成，優點在于生成的數字資產細節豐富，能很好的還原物體本身。缺點在于數據量大，模型的拓撲結構不合理，后續使用及其困難。

（三）展示內容設計

為了對民居結構更加清晰的展示，需要對展示動畫進行設計。

第一，首先從整體入手，講解民居全貌，由哪些主要部分組成，穿斗式房屋的主體構架主要包括：柱、檁、枋、椽、挑等部件。配以斗枋、釬子、連磉、地欠、檐柱、地腳石、瓦等。地基是起支撐和固定房屋框架的。柱，是房屋結構起支撐作用的部件，一般為木柱和石柱兩種。檁，是搭架在左右兩排柱子之間的木料。枋，也叫穿枋，是連接柱與柱之間的方形木料。椽，也叫椽桷，是在檁上橫排鋪瓦的木料。

第二，每一個部件的作用是什么。穿斗式是指以柱承檁，穿斗式構架沿房屋的進深方向按檁數立一排柱，每柱上架一檁，檁上布椽，屋面荷載直接由檁傳至柱，不用梁。每排柱子靠穿透柱身的穿枋橫向貫穿起來，成一榀構架。每兩榀構架之間使用斗枋和纖子連接起來，形成一間房間的空間構架。

第三，再將結構分為穿插結構和卯榫結構。穿插結構主要針對大件之間的連接，比如石材和木材之間的連接。卯榫結構主要針對木材之間的連接。卯榫結構是中國木質古建筑常用的結構，這種結構也常用于家具的制作，如最簡單的木質小方凳，其特點是在物件上不使用釘子，利用卯榫加固物件，體現出中國古老的文化和智慧。木器上安榫頭的孔眼 。如：卯筍（即卯榫。比喻兩部分的連接處）;卯眼，或榫眼。“凡剡木相入，以盈入虛謂之筍。以虛入盈謂之卯，故俗有筍頭卯之語。”

第四，分解結構之后，要掌握好每一個部件出現的先后順序。按照地基、柱、枋、挑、檁、椽、瓦等先后順序進行動畫展示。地基定義了房屋面積的大小，承載了房屋的所有重量，地基穩不穩直接影響房屋的穩定性，是修房造屋最先做的工序。地基打好后，就是立柱。柱子是承載屋頂所有力量的主要支柱，決定了房屋的高度。柱子立起來后，需要用枋將柱子連接起來，以穩固柱子，防止倒塌。柱子連接后，還需要用挑做出屋檐，然后在上邊搭檁，形成整體框架。再在檁上搭椽，椽上鋪瓦。

（四）結構展示動畫制作

數字模型資產生成后，需要將資產導入三維制作軟件（比如3Dmax、Maya等）進行展示動畫的制作，此文以Maya軟件為例。利用maya里的動畫系統，對每一個數字模型進行關鍵幀的制作，從而實現動畫效果。比如，當需要讓柱子從畫面左邊移動到畫面中心的時候，就需要選擇柱子模型，修改它的“位移”屬性，在對應時間的刻度上記錄一個關鍵幀，這樣就在時間播放的時候產生了動畫效果。同理可得，當需要讓柱子從水平擺放變成垂直擺放時，就需要修改其“旋轉”屬性。當需要讓柱子在某一個時刻突然出現或者消失，就需要修改其“可見性”屬性。當需要讓柱子變大變小，就要修改其“縮放”屬性。同理可得，其他物體也是通過這樣的技術手段實現動畫效果。[3]

（五）燈光渲染制作

燈光渲染是在數字動畫制作中的一個重要環節，是讓模型產生質感的一個重要環節。好比現實世界里把一個物體放在一個全黑的屋子里，無論這個物體外形多么好看，色彩多么鮮艷，金屬質感多么強烈，沒有燈光的照明，我們什么都不能感受到，因此在Maya軟件里同樣需要給物體設置燈光。根據數字動畫的特點，本項目只需要一盞天光即可，天光是一種全方位照亮物體的燈光，能在物體上產生自然柔和的光線效果。

四、結束語

數字動畫的直觀性和可控性讓其在動畫表現中出類拔萃，在眾多表現手法中作為首選。由于川渝民居其特殊性和歷史價值，使用數字動畫這種表現方式就顯得非常適合。

參考文獻：

[1]楊樹濤.數字化技術在鄉村古建筑保護中的應用研究[J].中國新通信，2017（19）.

[2]曾宇.川渝地區民居營造技術研究[J].建筑歷史與理論，重慶大學，2006（學位年度）.

[3]梁靜.重慶涪陵地區穿斗架民居挑檐結構做法研究[J].建筑與文化，2018（11）.