基于計算機三維技術黔西北民族特色建筑數字化應用研究

金先念，李榮錦，何美，范茜

摘要：文章旨在研究黔西北民族特色建筑數字化應用，通過采集黔西北民族特色建筑各項數據，利用計算機三維技術把真實建筑實體轉換成可以在計算機中存儲、網絡中傳播的虛擬實體。利用3DS MAX、VRay渲染器等軟件，制作帶有實體建筑信息的數字化作品，目的是通過數字化手段高效、安全、長期存儲和記錄黔西北民族建筑文化元素，保護黔西北民族特色建筑文化遺產。此外，黔西北民族建筑數字化作品通過網絡傳播可以促進地方特色線上旅游開發，促進地方民族特色動漫、游戲等產業的發展，為發揚傳統民族文化起到一定的推動作用。

關鍵詞：特色民族建筑；數字化；三維技術

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）35-0093-03

三維技術是相對于二維而言的，運用三維通過在平面二維坐標系中加入一個方向向量，構成空間坐標系的三維技術， 使圖片或影像看起來有立體感的圖像處理和制作的技術[1]。開發人員對虛擬空間中的模型、材質、燈光進行設計，結合虛擬現實等技術，通過計算機一系列計算實現類似于真實世界的三維場景。在虛擬世界中，它能逼真地展示現實世界的一切場景，給人一種置身于真實世界的感覺。

民族特色建筑數字化是把現實中的真實建筑實體，通過特定方式轉換成可以在計算機中存儲的數字信息。將現實中真實的建筑實體通過三維技術方式，構建出一樣的虛擬模型，最終在計算機中通過效果圖或者三維模型等方式呈現。數字化數據保存一般存儲在電腦硬盤上，可以重復拷貝、也可以網絡傳播，保存、傳輸等，非常方便。例如數字博物館是以圖片、視頻、虛擬模型等方式保存文物信息。

1 民族特色建筑數字化意義

黔西北地區，歷史悠久，文化豐富。轄區內有彝族、苗族、回族、白族、布依族、蒙古族和仡佬族等少數民族，少數民族獨特的生活習慣和居住方式，促使了各民族不同的居住風格，尤其是彝族。為此主要以黔西北彝族特色建筑數字化應用為例進行研究。

黔西北地區彝族特色建筑獨具風格，結構復雜。其中以畢節市七星關大屯土司莊園，大方宣慰府，織金財神廟等最為典型。如大屯土司莊園的最大特點是：在柱礎、欄板、望柱、月梁、門板、門斗、山墻等部位上， 均雕刻或繪畫有眾多的虎頭紋[2]。大屯土司莊園建筑有著復雜的結構，豐富的圖案，它們代表著地方少數民族的歷史和土司文化曾經的輝煌。在歷史長河中，像土司莊園這類建筑經過歲月的洗禮，風雨侵蝕，自然災害等影響，已經產生不小改變（圖1）。不管是大屯土司、宣慰府、還是財神廟，都是經過長期維護和多次翻修，很多文化建筑都不再是最原始的樣貌。由于火災、水災、地震等自然災害，且保護措施不盡完善，人為破壞及自然老化，這類特色的民族建筑正在遭受一步一步吞噬。為了使土司莊園這類具有文化傳承價值的民族特色建筑文物廣為流傳，需要不斷地修繕保護。隨著技術科學的發展，如今可以利用計算機三維技術對特色民族建筑進行數字化，有效記錄和保護文物原始信息，就算因不可抗拒原因損毀，也能通過數字化數據繼續流傳，這對傳承和保護地方民族特色建筑文化遺產日漸重要，并且是行之有效的方法，相對于文字記錄，手繪平面圖紙等對建筑遺產的記錄更直觀更真實。隨著社會發展，VR虛擬技術應用越來越廣泛，結合虛擬現實、增強現實等技術，還可以把原本消失的民族特色建筑通過現代技術展示在人們面前，通過網絡渠道進行傳播，為更多人了解學習和研究提供參考價值。數字化在保護民族特色建筑的空間、時間、結構、色彩等方面有獨特的優勢。

2 民族特色建筑數字化基本原則和方法

2.1民族特色建筑數字化要遵循真實性、完整性原則

利用現代技術進行數字修復和還原，始終要注意真實性和完整性，無論是建筑地形位置、建筑尺寸、建筑結構、建筑風格、建筑材質、建筑顏色還是特殊花紋，都應該進行完整的數字化呈現。除此之外，還要掌握民族特色建筑的民族特性、歷史經過、文化特征、發展過程等信息，才能對民族特色建筑精準掌握，有效記錄文化遺產的完整信息，對保護文化遺產有重要的意義。

2.2民族特色建筑數字化要遵循可迭代更新的原則

目前現存的實際民族建筑（例如大屯土司莊園、大方宣慰府等）都是后期修繕過的建筑，在建筑結構和材質方面與最原始建筑有一定的區別。需要大量的時間和精力查閱相應的數據和材料，進一步對數字化模型修改迭代，不斷完善更新數字模型，使之更加真實和完整，更加接近建筑原本的樣貌。如果能按時間建立模型庫，則對民族文化研究意義更有意義。

2.3民族特色建筑數字化要遵循復用的原則

民族特色建筑數字化模型可以作為素材提供給互聯網廣大創作者，大量民族特色建筑數字化模型為相關延伸拓展產品開發提供素材基礎，如為地方民族特色的VR游戲產品開發、為地方民族特色線上虛擬旅游開發、為地方特色民族線上虛擬博物館開發等提供素材元素，為此可豐富民族特色產品類型和范圍，為推廣特色民族建筑文化具有重要的意義。

3 民族特色建筑數字化實現過程

利用計算機三維技術實現民族特色建筑數字化方面有多個工具可以使用，常用的有3DS MAX，Maya，zbrush，sketchup等。3DS MAX具有強大的建模功能，并且有豐富的插件，特別是VRAY渲染器支持，在室內外設計、園林設計等方面有大量的使用者。本文主要是使用3DS MAX作為三維模型制作工具，它是基于PC系統的3D建模渲染和制作軟件，符合應用研究需要。民族特色建筑數字化實施流程為實地測量→CAD繪制平面圖紙→制作三維模型→材質燈光→渲染輸出。

實地測量為獲得最初的數據，結合研究文獻及圖書記錄獲得精準數據，以此數據作為基礎繪制二維平面CAD圖形，利用CAD圖形對模型進行制作，獲得直觀的三維數字模型，再結合建筑顏色、材質等最終渲染帶有豐富信息的數字化成品文件。

現以財神廟建筑模型為例，討論民族特色建筑模型實現過程。財神廟位于城中部，始建于清朝初年，現存建筑是乾隆四十八年（1783）年重建的，距今已二百余年。財神廟為木結構閣樓建筑，底層平面為凸字形，五開間，通面寬20.72米，總進深為15.48米，總高14.5米，二層以上四面逐層內收，呈寶塔狀。正角梁起翹平緩，伸出1.10米，極富明代建筑風格[4]。根據測量數據和文獻數據獲得平面圖（如圖2），立面圖。

依據繪制CAD平面圖和立面圖，參考建筑照片，繪制出數字化財神廟樣貌模型（見圖3）。

繪制方式步驟如下：

1）首先，利用3DS MAX軟件導入CAD平面圖，利用平面圖作為參考對象進行3D模型制作。對于簡單造型，可以選用基本體建模，二維線條添加修改器等方式進行修改變換實現，復雜造型可以多邊形建模、曲面建模進行制作實現。古建筑模型制作難度最高的要數局部花紋造型，例如財神廟門上花紋造型模型（如圖4），這需要細心布線、精心雕琢。

2）其次是材質燈光，在制作過程中，材質燈光直接影響著模型的外觀效果，對于這類古建筑模型制作，通常都是以寫實手法。在門窗、柱子、墻壁等都會用到做舊處理，這會讓模型更加接近建筑真實外觀效果。針對翼角、門窗花紋等復雜造型，采用模型雕刻再上材質，不適用貼圖展示。

3）最后渲染保存，模型可以通過圖片方式進行輸出，也可以選用視頻方式進行輸出。為了展示模型細節，可以針對模型不同地方進行單獨渲染。當然，還可以把通過軟件烘焙后導入Unity等軟件，做成可以交互的VR作品。

4 民族特色建筑三維數字化的應用

民族特色建筑數字化可以起到文化遺產保護的作用，起到文化傳承和弘揚的作用，民族建筑數字化作品通過網絡傳播，可以促進地方特色線上旅游資源開發，促進地方民族特色動漫、游戲產品的創作，對發揚傳統民族文化起到一定的推動作用，民族特色建筑數字化作品結合VR技術，可以開發計算機類、建筑類等專業教學資源，有助于民族特色建筑的研究。民族特色建筑數字化具有下列作用：

4.1文化遺產保護作用

民族特色建筑數字化可以起到文化遺產保護的作為。通過數字化手段高效、安全、長期記錄和存儲民族建筑文化元素信息，有效保護黔西北民族特色建筑文化遺產。民族建筑數字化文件可以長期保存、多地保存、拷貝復用、網絡展示，數字化保護方式相對于長久維修保養具有維護成本低、安全性高、交流容易、易被大眾所熟知等優點。

4.2文化傳承和弘揚作用

通過計算機三維技術，可對已磨損建筑文物進行虛擬修復還原，借助 VR技術對文物進行跨時空展示，讓參觀者穿越時空感受不一樣的時代建筑。借助數字化技術進行文物的管理和保護，開發例如數字博物館等產品，能有效提升文物展示的效果，讓更多人走進博物館，了解文物所承載的精神和文明內涵，促進文化的傳承和弘揚[5]。

4.3有助于民族特色建筑的研究

在古建筑工程技術等專業教學過程中，為了直觀地讓學生了解各種建筑結構，結合VR技術，數字化的民族特色模型就有了重要的意義。它可以隨意拆解，可以從不同角度觀看，可以通過記錄數據信息了解建筑文化背景等知識。在計算機應用技術等專業中，可以讓學生參考模型進行建模能力學習和鍛煉，從而提升計算機操作應用能力，提升學生空間感和視覺感受能力。除此之外，還可以為很多相關專業的教學或者學習提供模型素材作用。

4.4促進線上旅游資源的開發

對于大屯土司莊園、織金財神廟等這種建筑相對范圍較小，周邊產業不成熟，重金打造旅游景點性價比相對較低，參觀人數和了解熱度一直不高，民族特色建筑文化價值未能得到體現，且疫情之下，很多旅游景點只能暫時停業，也不合適出行旅游。在這種情況下，網絡是人們連接外界的重要工具，這是線上旅游開發的最好時機。為此，若能將民族特色建筑通過數字化技術，將其傳播到網絡上，不但能滿足人們旅游、參觀等愿望，而且還會獲得更多人的關注和了解，有助于民族文化的推廣和傳承。

4.5促進地方特色動漫影視、游戲作品開發

《奢香夫人》電視劇的拍攝，塑造了大方縣的文化旅游形象，“古彝圣地，奢香故里”的文化品牌深入人心[6]。在動漫和游戲領域，基于地方民族特色文化動漫影視，游戲作品非常少，在這方面具有很大的潛力，若能基于民族特色建筑模型，開發民族特色的影視動漫作品，通過網絡傳播在一定程度上可以促進和塑造地方特色文化旅游形象，打造類似“古彝圣地，奢香故里”文化品牌也未嘗不可。

5 結束語

民族建筑特色建筑數字化有助于民族特色建筑文化遺產的保護，有助于民族特色建筑文化研究，有助于民族特色建筑文化宣傳。目前還需要大量的民族特色建筑沒有被人們知曉和了解，若要將這些特色建筑數字化，還需很長的路要走，需要廣大研究者和技術人員不斷努力奮斗。通過將數字化民族特色建筑上傳至互聯網上進行傳播，將會使越來越多人的關注、學習、了解和弘揚特色民族文化。隨著科學技術發展，這些特色建筑數字化將會變得更加容易、更加真實、更加完整。

參考文獻：

[1] 夏蕾.三維技術的分類及應用[J].硅谷，2014，7（15）：121-122.

[2] 吳正光.大屯彝族土司莊園[J].貴州文史叢刊，2004（3）：81-82.

[3] 一編.大屯土司莊園[J].畢節師專學報，1995，13（4）：2.

[4] 黃浩.貴州織金縣財神廟木構樓閣平移工程施工簡介[J].古建園林技術，1993（3）：69-71.

[5] 趙青山，楊麗梅，楊瑞璟.淺談博物館文物的數字化保護與管理[J].文物鑒定與鑒賞，2020（23）：134-136.

[6] 朱梅梅，張曉瑾.電視劇《奢香夫人》影視文旅融合之創新范式建構[J].電影評介，2021（14）：83-87.

【通聯編輯：唐一東】