喬澤廟戲臺的數(shù)字測繪與重建

張曉 王乙惠 馬蓉青

摘 要：山西臨汾喬澤廟戲臺是我國現(xiàn)存12座元代戲臺中規(guī)模最大的一座，是珍貴的“物質(zhì)”與“非物質(zhì)”雙遺產(chǎn)。文章旨在利用數(shù)字測繪與重建技術，研究喬澤廟戲臺三維掃描、點云處理、模型構建的方法，探究如何利用數(shù)字化技術對古戲臺進行數(shù)字化保護，將其歷史、藝術、科學價值永久保存并傳承。

關鍵詞：喬澤廟戲臺;數(shù)字測繪;文化遺產(chǎn)

山西地處華北地區(qū)黃河東側、太行之右，是中華文化的重要發(fā)祥地之一。本區(qū)域古代戲曲文化十分豐富，被譽為“中國戲曲的搖籃”。戲曲文化的發(fā)展促進了戲場建筑的產(chǎn)生，山西境內(nèi)現(xiàn)存的元、明、清戲臺建筑1000余座，位居全國首位。全國現(xiàn)存元代戲臺建筑12座，喬澤廟戲臺是目前中國所發(fā)現(xiàn)的面積最大的元代戲臺，具有較高的文物價值，2006年被列為第六批全國重點文物保護單位。

1 喬澤廟戲臺現(xiàn)狀及研究價值

喬澤廟戲臺位于山西省臨汾市翼城縣南3.5千米處的武池村內(nèi)，是喬澤廟內(nèi)現(xiàn)存的唯一一座元代建筑。喬澤廟為水神廟，該廟創(chuàng)建于元泰定元年（1324），其功能主要用于祭祀。據(jù)城縣廟宇碑刻資料記載：“今南梁村之東約二里，有一泉，其源奮涌，清泠可愛。因其泉而有廟貌焉，亦甚嚴潔，凡有水旱疾疫之災，禱之無不應者，福蔭萬室，澤潤一方……下迄于宋大觀四年間，縣宰王君邇會合邑人，愿集神前后響應之實以聞朝廷。至五年，賜號曰喬澤廟。”①每年三月初八武池村的廟會都舉辦“行幡”的活動，在戲臺脊頂上臨時增加兩層“山棚”，一層用于唱戲，二層用于表演琴書，三層用于表演木偶，場面異常熱鬧。依據(jù)翼城古戲臺調(diào)查，喬澤廟原本規(guī)模宏偉、氣勢非凡，布局也十分嚴謹，然而后來由于戰(zhàn)亂，喬澤廟內(nèi)的大殿、獻殿、廊坊、山門等建筑都遭受毀壞，只有喬澤廟戲臺幸免于難，屹立不倒，保存至今。②從戲臺梁架的題記可知，喬澤廟戲臺創(chuàng)建于大元國泰定元年（1324）十二月十七日，曾先后于清康熙三十二年（1693）、清乾隆十一年（1746）、清道光三年（1823）重修，戲臺的形制由三面觀向一面觀轉化，現(xiàn)存的喬澤廟戲臺是經(jīng)過修整后恢復的原本式樣。現(xiàn)存喬澤廟戲臺坐南朝北，平面基本呈正方形，磚砌臺基，屋頂樣式為單檐歇山頂。戲臺可三面觀看，三面敞開格局的戲臺可以在一定程度上擴大觀眾的角度視野，也提高了戲臺場地的利用率，提升觀眾的觀戲效果。臺內(nèi)無前后場之分，沿襲了我國宋金時期舞亭建筑的固有格局。戲臺的四角設有立柱，兩面山墻前端各設一根輔柱，后檐設有兩根平柱立于墻內(nèi)。四根角柱上設有“丁”字形雀替，額枋上施斗拱，上承抹角梁，抹角梁中間施“十”字形雀替，上承第二層框架施斗拱，再設八邊形框架施斗拱匯合于中心，形成八字形藻井。喬澤廟戲臺整體結構造型美觀，嚴謹規(guī)整，構思巧妙。

喬澤廟戲臺作為現(xiàn)存元代戲臺中面積、規(guī)模最大的一座，其承載著重要的戲曲文化、歷史文化等價值，但由于戲臺坐落于偏僻的鄉(xiāng)間、村落之中，交通極為不便，人們只能止步于大腦的想象與理解中，無法身臨其境地感受戲臺文化遺產(chǎn)的價值魅力。本文通過數(shù)字測繪重建喬澤廟戲臺，研究其蘊含的歷史、藝術與科學價值，通過數(shù)字化方式使人們更好地理解與傳承其復雜的結構理論，展示元代戲臺深厚的文化底蘊，也為古戲臺等文化遺產(chǎn)的數(shù)字化研究提供一個參考。

2 文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護研究現(xiàn)狀

隨著科技高速發(fā)展，數(shù)字化保護已成為文化遺產(chǎn)保護的重要研究領域，三維激光掃描、近景攝影測量、三維建模等數(shù)字測繪與重建也成為數(shù)字化保護技術的重要組成部分。1992年，聯(lián)合國教科文組織實施“世界的記憶”，開啟對世界文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護。近30年，數(shù)字化保護技術有了突飛猛進的發(fā)展，涉及三維掃描、近景攝影測量、遙感測繪、GIS、三維建模、數(shù)字圖像、大數(shù)據(jù)、云計算等技術。在歐美國家，美國斯坦福大學的數(shù)字米開朗①、瑞士日內(nèi)瓦大學的虛擬圣索菲亞大教堂②等。國內(nèi)，莫高窟三維數(shù)字化保護技術③、敦煌石窟壁畫數(shù)字化保護與修復④、三維激光掃描在故宮測繪中的應用⑤、三維掃描在古建修繕中的應用⑥等一系列研究，引領文物數(shù)字測繪與重建的發(fā)展，促進文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護與利用的快速增長。例如，敦煌研究院的“數(shù)字敦煌”，不但實現(xiàn)莫高窟的三維掃描、數(shù)字存儲、數(shù)字修復、數(shù)字復原等數(shù)字化保護，還將數(shù)字成果利用VR/AR、全息投影、三維沉浸等方式進行文化傳承，真正實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的保護利用。⑦此外，故宮博物院的“數(shù)字故宮”、云岡石窟3D打印一比一復原第12窟、天龍山石窟數(shù)字復原流失海外100余造像等都堪稱數(shù)字化保護的典范。

古戲臺作為古建筑，由于建筑體量小、分散于偏遠村落，數(shù)字化保護較弱，但近年也有發(fā)展，如樂平古戲臺的數(shù)字化保護與傳承等。2018年，課題組對山西古戲臺數(shù)字化保護與傳承進行研究，本文以臨汾喬澤廟戲臺為例，解讀數(shù)字化保護中如何對古戲臺進行數(shù)字測繪與重建。

3 喬澤廟戲臺數(shù)字測繪與重建

喬澤廟戲臺的數(shù)字測繪與重建分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型構建和紋理映射四部分實現(xiàn)。

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集包括三維激光掃描、高清圖像拍攝和無人機拍攝三部分，分別獲取戲臺的幾何特征、紋理特征，2019年課題組對臨汾市翼城縣喬澤廟戲臺進行現(xiàn)場考察和數(shù)字測繪。三維激光掃描用Leica三維激光掃描儀多站點圍繞戲臺掃描，獲取戲臺內(nèi)部和周邊相關區(qū)域的高精度彩色點云，掃描結果為帶有RGB信息的點云數(shù)據(jù)，用于戲臺模型構建。圖1為數(shù)據(jù)掃描現(xiàn)場。高清圖像拍攝采用佳能5D4相機，拍攝戲臺整體或局部圖像和用于貼圖的紋理高清圖像，戲臺高處采用架梯拍攝。圖2為圖像拍攝現(xiàn)場。喬澤廟整體空間布局和戲臺頂部圖像通過無人機拍攝完成，并保證圖像色彩的最大還原，為后期模型構建和紋理映射提供重要參考。

3.2 數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)采集完成之后，需要將原始數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理包括點云和圖像兩個部分。點云處理采用Leica cyclone軟件對戲臺整體點云分別進行預處理、配準、融合等操作，得到一個完整、精簡且無多余點云的戲臺整體（圖3）。圖像處理采用Photoshop軟件。由于拍攝過程中環(huán)境和光線的問題，圖像之間會存在一定的偏色或色差，因此需要對部分圖像進行整體或局部的處理（圖4），其目的是為之后的紋理映射提供前期基礎。

3.3 模型構建

模型構建分為CAD圖繪制和三維建模。依據(jù)掃描數(shù)據(jù)，首先繪制古戲臺的三視圖，將DXF格式點云導入CAD，把點云切換至前視圖角度，分別從下往上測量戲臺各個構件的尺寸，完成古戲臺前視圖的制作。以此類推，完成戲臺的平面、立面、剖面圖及結構詳圖。圖5為CAD圖繪制。對于細節(jié)部分，特別是戲臺斗拱結構復雜，需對應點云數(shù)據(jù)以及拍攝照片自下多角度精細測量，逐層（鋪）向上，測量每個斗、拱、昂的尺寸及解析它們之間榫卯穿插關系。戲臺建筑極具特色，建筑工藝精良，繪制的CAD圖紙為戲臺的修復提供了最真實的第一手數(shù)據(jù)。三維構建采用3DS MAX等建模軟件，根據(jù)CAD圖按照戲臺原址現(xiàn)狀尺寸1∶1建模。圖6為模型構建，得到一個精準完整的戲臺素模。

3.4 紋理映射

在完成數(shù)據(jù)處理和模型構建的基礎上，對喬澤廟戲臺模型進行紋理映射，即將三維模型與二維圖像數(shù)據(jù)進行融合。戲臺模型的紋理映射有多種方法可以完成，如利用Photoshop軟件先將圖像進行拼合，然后在3DS MAX軟件下賦予模型UVW貼圖材質(zhì);或直接利用Substance Painter軟件進行紋理貼圖的操作。紋理映射過程中要特別注重模型材質(zhì)的真實感，最大限度地還原戲臺本身的紋理與質(zhì)感，體現(xiàn)出戲臺固有的歷史陳舊感、厚重感。圖7為模型紋理映射。

通過以上四個步驟完成喬澤廟戲臺的數(shù)字測繪與重建工作。圖8為數(shù)字模型渲染圖。數(shù)字模型將戲臺數(shù)據(jù)精準保存，同時還可結合戲曲文化、戲臺歷史等人文信息，通過AR/VR、動畫視頻、全息投影、三維沉浸等多種方式將戲臺數(shù)字展陳，傳承戲臺蘊含的優(yōu)秀文化。

4 總結

基于文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護的研究視角，本文詳細闡述喬澤廟戲臺的數(shù)字測繪與重建的方法，為戲臺數(shù)字化保護提供了一條技術路線，也是數(shù)字化技術與戲臺建筑遺產(chǎn)的一次碰撞融合，將促進測繪學、文物保護與建筑學的交叉融合。同時，利用數(shù)字測繪與重建古戲臺數(shù)字模型，為戲臺文化傳承提供有力的技術支撐和數(shù)據(jù)資源。■

【作者簡介】張曉，女，博士，太原理工大學副教授、碩士生導師，主要研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化、數(shù)字媒體藝術。

王乙惠，女，碩士研究生，主要研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化、數(shù)字媒體藝術。

馬蓉青，女，碩士研究生，主要研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化，數(shù)字媒體藝術。

【基金項目】山西省重點研發(fā)（社發(fā)）項目“基于GIS的山西古戲臺數(shù)字化保護與文化旅游服務平臺研發(fā)與示范”（201903D321042）;山西省藝術規(guī)劃項目“山西省古戲臺數(shù)字博物館研究”（2019F23）;山西省軟科學研究計劃項目“山西文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護與旅游開發(fā)融合發(fā)展的研究”（2018041015-5）。

①趙寶金.翼城縣志[M].太原：山西人民出版社，2007.

②原博.翼城古戲臺調(diào)查報告[D].臨汾：山西師范大學，2013.

①Levoy M.The digital Michelangelo project：3D scanning of large statues[J].SIGGRAPH2000，2000.

②Foni A，Papagiannakis G，Magnenat-Thalmann N.Virtual Restitution of Endangered Sacred Heritage Sites[C]//Virtual Restitution of Endangered Sacred Heritage Sites.2002.

③劉剛，張俊，刁常宇.敦煌莫高窟石窟三維數(shù)字化技術研究[J].敦煌研究，2005（4）：104-109.

④潘云鵬，魯東明.古代敦煌壁畫的數(shù)字化保護與修復[J].系統(tǒng)仿真學報，2003，15（3）：310-314.

⑤王莫.三維激光掃描技術在故宮古建筑測繪中的應用研究[C]//中國紫禁城學會.中國紫禁城學會論文集（第七輯）.北京：故宮出版社，2012.

⑥周立，李明，毛晨佳，等.三維激光掃描技術在古建筑修繕測繪中的應用[J].文物，2011（8）：84-89.

⑦于天歌.文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護利用研究—以敦煌莫高窟為例[J].文化產(chǎn)業(yè)，2020，172（27）：29-30.