Lumion技術在古建筑結構保護中的應用技術分析

陶暉

摘 要：古建筑是人類不同文明階段的遺產，見證了人類從農業文明到工業文明的歷史，但城市化的快速推進導致越來越多的文物古建筑在自然侵蝕和現代建筑的開發過程中逐漸消亡。興隆山握橋記錄了蘭州發展的歷史，代表了特定階段的社會文化，對研究地域文化具有重要意義。近年來，隨著國家對于文物古建筑保護意識的不斷增強，保護管理工作的不懈推進，文物古建筑的科學保護成效顯著。但是，古建筑保護目前較多使用國有專項資金，且資金撥付進度緩慢，這與古建筑保護工作的及時性自相矛盾。因此，研究借助數字信息化手段，降低保護成本，科學、及時地對文物古建筑實施保護是一種可行的策略。而且，隨著計算機技術的應用深入，以Lumion平臺對文物古建筑進行數據采集、構建可視化場景和全景圖像輸出等數字化模擬研究成為發展趨勢。

關 鍵 詞： Lumion平臺;虛擬技術;文物古建筑保護;三維可視化;全景圖像

古建筑是民族傳統歷史文化的重要組成部分，隨著社會發展，各地對歷史古跡、文物建筑的保護意識不斷增強。但是，古建筑在自然生態環境等外部環境的侵蝕作用下病害日益增多，很多古建筑因風雨侵蝕而失去了原有風貌。國內現存古建筑相對零散且遍布全國，種類和形式繁多，由于勘察條件受限和保護資料缺失，使得從事文物古建筑保護和研究人員的工作難度極大。為了解決這一問題，利用數字化技術對文物古建筑的原有結構形式實施再現，在減少對建筑本體的影響，減少時限和地域限制方面具有重要的現實意義[1]。基于Lumion的三維可視化技術，可以很好再現古建筑原有結構，傳達建筑的三維信息，并實現實時交互。以Lumion平臺對古建筑進行數據采集、構建可視化場景和全景圖像輸出，為古建筑結構保護提供參考。

一、古建筑保護的意義和現狀

古建筑代表了民族文化的根基，是國家精神文明傳承的載體，見證了民族延綿數千年的璀璨文化。古建筑保護方面棘手問題較多，諸如：現代城市改造、建設過程中對其產生的毀滅性破壞;專項保護經費嚴重不足;文物古建筑所在地地質災害頻發等[2]。盡管部分古建筑保護納入了政府專項保護規劃中，但是，保護效果良莠不齊。本文所述興隆山握橋（如圖1所示）位于甘肅省蘭州市榆中縣，為當地典型的橋梁建筑，橋身主體為巨木原料，由兩岸向河心錯落前伸，層層遞出，節節相銜，呈穹窿之弓，20世紀80年代修繕時為提升其承載能力，將原伸臂梁改為鋼筋混凝土拱券（如圖2所示），致使原結構形式在蘭州地區消失。

傳統保護方法恢復原有結構由于資金使用量大且將大量破壞現有上部結構不可取，故采用數字技術對握橋進行原有結構重現。此舉將促使古建筑文化遺產的數字化保護進一步發展，對古建筑保護形式多樣化的推進具有重要的理論意義和實際價值。

二、文物建筑結構的保護策略

目前，國內絕大多數文物古建筑的保護模式是通過現場實物勘察測繪獲得最初數據，后期借助CAD、PS等制圖軟件進行圖紙繪制，標注病害部位，制定修繕措施，方案通過專家論證之后由設計單位出具施工圖指導后期施工。單從病害處理來看，上述模式尚可，若要對文物古建筑原有結構重現，該模式下采取的傳統二維圖紙[3-4]不僅呈現效果比較古板，不夠形象，而且在后期施工過程中人力、物力及財力的耗用量均太大。然而，隨著數字技術的不斷發展，三維信息存儲與表達越來越豐富，上述古建筑結構再現即可采用三維激光掃描技術和手工測繪相結合的方式，將獲取的測繪數據利用計算機進行三維建模，構建可視化場景并進行全景圖像輸出，供大家以第一人稱視角親身體驗文物古建筑的真實風貌，從而以一種全新的保護方式來保護文物古建筑原有結構。

三、基于Lumion技術虛擬再現文物古建筑原有結構

Lumion軟件是荷蘭Act-3D 公司開發的實時3D可視化軟件，可用于三維動畫和靜幀作品，可適用于建筑、城市規劃、園林景觀設計等多個領域。其借助GPU渲染技術，實現對3D場景的實時編輯，并實現場景塑造、渲染與全景圖像輸出。Lumion軟件在古建筑結構可視化制作的進程中具有如下優勢：

可視化模型制作效率高、輸出畫質清晰。Lumion 軟件可以實現與用戶實時交互，這種工作模式極大方便了用戶進行實時修改，且操作性極強。Act-3D 公司為Lumion軟件建立了完備地形要素和模型庫，復雜地形修改的控制命令操作簡潔、方便。

在Lumion庫中嵌入高質量對象和逼真材質構建精細場景從而使保護人員可以充分利用Lumion軟件對建筑結構進行反復推敲和修改，并且該軟件充分考慮了兼容性問題，主流可視化軟件接口豐富，兼容多種系統平臺，方便用戶使用。在利用Lumion軟件處理數據之前，先利用CAD處理所有的圖層數據，如地貌特征、建筑形體尺寸等，再利用Sketchup識別CAD數值特點進行計算，將CAD模型中的z軸值轉換成連續面，從而獲得古建筑外形輪廓，最終采用Lumion軟件作為古建筑原有結構再現的展示平臺。該方法的操作性和實用性良好，尤其是處理CAD的Z軸值，基于現場勘測數據和虛擬場景建模，通過修正有效改善古建筑數字化立體場景的還原度和真實度。基于Lumion平臺可以實現與古建筑虛擬場景交互，可以分析、觀察古建筑的結構，還可通過歷史資料對古建筑虛擬模型進行再次編輯，并制作靜態圖和動畫，如圖3為興隆山握橋模型立面。

四、結語

鑒于人力、財力等客觀因素在興隆山握橋原有結構再現過程中的制約，研究運用Lumion 軟件可視化技術展現文物古建筑原有結構特點，提高相關技術人員對文物古建筑保護工作的效率，提升文物古建筑藝術價值與文化價值，促進設計人員操作能力與知識水平的拓展，其發揮了積極且重要的作用，為國內文物古建筑原有結構數字化再現技術的發展提供了一定的參考價值。

基金項目：本文是2020年度甘肅省高等學校創新基金項目《興隆山握橋文物數字化修復與虛擬再現技術研究》（項目編號：2020A-234）。

參考文獻：

[1]李相，荀平.基于Lumion的歷史建筑可視化研究[J].重慶建筑，2020（3）：15-16.

[2]覃麗瓊.基于Lumion的虛擬現實景觀仿真設計與實現[J].現代電子技術，2019，42（8）：68-71.

[3]王崇宇.數字技術在古村落保護中的應用研究—以井陘縣大梁江村為例[D].河北農業大學碩士論文，2015.

[4]郭廣通，劉洋.虛擬現實技術對燕郊行宮建筑空間的重建理論指導[J].數碼世界，2018：20-21.