數字媒體技術在歷史建筑保護中的應用

1 歷史建筑的價值認識

歷史建筑（Historic Building）的概念最早出現于15 世紀，19 世紀后被廣泛用來指受保護的建筑。在20世紀60 年代以前，專指有重要歷史意義與價值的建筑；但如今，歷史建筑已成為人們對廣義建筑遺產的一種很籠統的概括性稱謂[1]。歷史建筑的價值在于它所具有的較高藝術水平、承載的歷史故事、折射出的政治背景、蘊含著國家民族的燦爛文化，建筑向人們傳播著地域、民俗、建造技術等信息。

隨著國內城鎮化進程快速發展，城鎮土地被大量征用開發，由于人們對歷史建筑保護意識的淡漠，一些歷史建筑被拆除、破壞或是改建。歷史建筑對整個民族遺產文化的傳播具有重要意義，因此，如何有效開展歷史建筑的保護及加強保護意識的宣傳，成為亟待解決的問題。

歷史建筑保護修繕工作需要現場測繪、勘測設計、圖紙測繪、方案研討、施工等工序。這些工序繁復、嚴謹，早期歷史建筑的測繪工作主要依靠人力，耗時耗力。隨著科學技術的發展、計算機數字技術的介入，從三維掃描、虛擬現實到實時交互技術，給歷史建筑修繕工作注入了新的技術手段，也為宣傳保護工作提供了新的途徑和平臺，具有重大的歷史和現實意義。

2 數字媒體技術

數字媒體技術是指通過現代計算機、通信手段和信息處理等技術，以二進制數的形式記錄、處理、傳播、獲取過程的信息載體，包括數字化的文字、圖形、圖像、聲音、視頻影像和動畫等媒體，以及存儲、傳輸、顯示這些媒體的實物媒體[2]。數字媒體作為一種現代新型技術，其應用已突破媒體行業向社會各個領域傳播，如信息通訊、軍事、博物館展示、建筑設計、文化遺產保護等行業。

隨著應用軟件的不斷豐富，以數字化技術為手段的歷史建筑保護研究受到了建筑師及古建筑保護專家的關注。建筑遺產數字媒體的研究與實踐開始于20 世紀90 年代，從二維圖紙、圖片展示發展到三維立體模型及動態視頻演示，數字媒體已跨越了時間和空間的物質形態限制。在建筑保護中，數字媒體技術發揮了充分的優勢，應用范圍也不斷擴展。在歷史建筑的保護工作中，可以利用數字媒體的3D掃描技術、虛擬現實技術、3D 動畫技術，幫助古建筑保護工作者收集建筑的全景信息，建立歷史建筑電子數據庫、建筑漫游、人機互動及資料共享。

3 數字媒體技術在歷史建筑保護中的應用

3.1 建立歷史建筑資料數據庫

將數字媒體技術應用于歷史建筑資料數據庫的建立中，可以使建筑測繪工作更加規范化和精密化。歷史建筑資料包括建筑基本信息（名稱、建造年代、地址、所有權人、現狀、風格樣式等）、建筑的歷史風貌及發展過程中的變遷（改動、損壞、維修、轉讓或出售等詳細記錄）、與建筑有關的歷史掌故、建筑師及相關設計思想介紹等。這些資料的提取，需要文字記錄、現狀圖片拍攝（圖1）和建筑測繪，通過建筑測繪形成CAD 二維圖紙（圖2）；此外，還可運用3D掃描、Photoshop、3DS MAX/Sketch Up、Premiere 等數字技術軟件，還原歷史建筑的三維模型（圖3）及視頻動畫等信息。對這些資料信息進行諸如格式轉換、編碼等處理，并建立建筑遺產多媒體數據庫來儲存、管理和維護這些信息，以便于對歷史建筑進行修復、保護和展示，也便于建筑從業人員、歷史學者、文化愛好者、行業專家等共享歷史文化資源或進行學術交流。

3.2 360o 展示歷史建筑場景

360o展示歷史建筑場景是通過專業數碼相機捕捉整個歷史建筑場景的圖像信息后，使用專業軟件進行圖片拼合，并用播放器進行播放，將平面照及計算機圖變為360o全景景觀。因此，歷史建筑場景360o展示把歷史建筑場景的平面圖模擬成靜態三維空間，呈現給觀眾。觀眾可以操作這個展示，進行放大、縮小和方向移動來調整觀看場景，達到模擬真實環境的效果。360o展示技術在數字博物館和一些世界著名景點得到了廣泛應用，在搜索引擎巨頭百度、谷歌上也都有各種360o展示的專題鏈接。360o的建筑場景展示，為歷史建筑的修繕提供了智能幫助，使文物保護工作者可以清晰看到歷史建筑的細部特征，并利用掃描成像技術提取建筑色彩、材質、構造等方面的信息，以便對建筑進行修繕。

3.3 數字再造歷史建筑場景

數字再造歷史建筑場景是以CG技術（計算機圖形構建技術的統稱）為基礎，借助三維激光掃描獲得歷史建筑已有的形體屬性，并根據文字描述、建筑圖紙等數據，運用SU、3DS MAX 軟件對歷史建筑進行三維模型再造。通過CG 技術加工，可實現歷史建筑的真實復原，使觀者通過屏幕就能夠看到三維歷史建筑場景；通過鏈接技術捆綁建筑技術的做法，觀者可以通過屏幕點擊建筑中某個部位來查看建筑細部結構做法，極大地方便了建筑從業者對歷史建筑構造、結構做法的掌握。如果我們對歷史建筑場景的相關數據能夠進行最大程度的收集并整合，那么對于建筑場景的描繪也會更為詳細，所模擬的場景就會更加真實。專業建筑修繕工作者可以在三維模型中隨意剖切建筑斷面，獲取建筑方位坐標、建筑內部結構損壞情況、形體變形情況等，以便于對問題做出正確判斷，及時進行搶修[3]。數字場景再造技術能更好地為歷史建筑的保護研究服務。

圖1 歷史建筑現狀照片

圖2 歷史建筑測繪部分CAD 圖

3.4 虛擬歷史建筑現實場景

虛擬歷史建筑現實場景是指利用VR（虛擬現實技術），實現建筑場景與觀眾的互動。觀眾通過穿戴式設備，與動態的建筑三維圖像產生沉浸式體驗，營造出身臨其境的感覺，并從第一視覺角度全面感受歷史建筑場景。

圖3 還原的歷史建筑三維模型

建筑三維立體逼真圖像是通過上述的CG 技術實現的。首先，通過計算機三維建模技術構建歷史建筑場景的虛擬模型，包括對歷史建筑場景主體結構和外部環境的搭建。對于主體結構的模擬，主要是建筑內外部結構的模擬，應充分體現細部構造。然后，通過計算機專業照相采集建筑表面肌理與材質樣本，對虛擬模型進行材質模擬，以最大程度地模擬歷史建筑場景的外觀。歷史建筑場景包括建筑的周邊環境，通過對其再造，使得歷史建筑與周邊環境相融合，才能使整個歷史建筑場景模擬更加真實；同時，也有助于觀眾理解歷史建筑與環境之間的相互影響，便于研究者對建筑與環境關系的研究。

因此，VR 是建立在CG 技術之上，更加注重觀眾沉浸體驗。觀眾通過VR 與虛擬歷史場景進行互動，深刻感受歷史建筑場景的魅力，增進大眾對歷史建筑的保護意識。

3.5 豐富歷史建筑保護宣傳的途徑

通信網絡技術的發展給歷史建筑保護工作的宣傳帶來了日趨豐富的途徑。原先依靠出版物、圖片及論文形式的傳播方式轉為數字媒體形式發布，并與大眾分享，為政府部門及時掌握相關建筑發展的核心信息提供了方便，幫助準確、高效地進行科學決策和宣傳。同時，依靠“云”技術存儲海量數據，利用網絡集群技術或分布式文件系統將不同類型的存儲設備在數據網絡中集合起來，對外提供數據訪問功能[4]。公眾可通過配備鏈接裝置連接到云端，在用戶端（PC 機、平板電腦、智能手機）搜索、獲取所需要的歷史建筑信息（圖4），促進其對歷史建筑遺產保護的意識和興趣。

4 發展與創新

4.1 開發具有建筑遺產文化元素的數字產品

充分運用數字媒體技術視覺、虛擬、交互、動畫等特性，開發具有建筑遺產文化元素的數字產品，諸如：影視、游戲、動漫作品，使建筑文化深入人們生活，擴大歷史建筑影響力、傳播力，從而增進人們保護建筑的意識。將歷史建筑保護從修繕、修復工作上升到全民意識的保護高度，這對傳承民族文化具有一定的歷史意義。

4.2 變被動保護為主動傳承

圖4 數字媒體在歷史建筑保護宣傳中的路徑

將數字媒體技術從被動性建筑保護工具變為主動性傳承歷史文化的方式。數字媒體技術不是機械記錄建筑原始信息，而是主動表現建筑本體中蘊含的文化藝術、美學等知識，應作為知識傳播和繼承的載體。在信息時代背景下，數字媒體技術需要融合美術、設計、人文歷史等多學科交叉，綜合網絡技術、通信技術，探索歷史建筑文化的發展，不斷變革受眾者的接受方式。

5 結語

數字媒體技術在歷史建筑遺產保護工作中的應用，為保護工作的開展提供了新途徑和思路。數字媒體中的3D、CG、VR 技術彌補了傳統保護手段的不足和二維圖紙、照片、文字等資料的缺陷，幫助全方位展現建筑，實現了三維建筑場景的復原、虛擬交互及電子資料庫的建設，擴大了建筑文化遺產保護與傳承的群眾性與受眾范圍。