吉林省傳統村落空間的數字化保護

李雷立 張秋云

吉林建筑大學（130000）

0 引言

吉林省傳統村落指經過國家劃定的十一個傳統村落如錦江木屋村、白龍村及三道陽岔村等，村落包涵大量人文景觀歷史資源。吉林省傳統村落空間不同于建筑單體，前期測繪所需要采集的數據量大且被測目標復雜，因此傳統的測繪方式不適用于村落空間數據的采集。機載激光掃描技術與傳統測繪手段相比，節約了大量的人力與時間成本且精準度高。對于收集大范圍的村落空間數據具有較大優勢。由于經濟發展受限，人口流失嚴重，吉林省傳統村落逐漸“空巢”化，因此采用激光掃描等先進的測繪技術對其進行數字化保護刻不容緩[1]。

1 吉林省傳統村落空間現狀及問題

1.1 地域特色明顯

吉林省傳統村落主要分布在吉林省的東部區域，由于地處寒冷的東北平原，建筑結構多采用井干式。例如錦江木屋村，建筑多選用木材作為主體材料。與南方建筑的秀美華麗不同，井干式結構的特點就是木材的搭接處直接裸露在外，使得整體建筑富有一股自然粗狂的力量之美。

1.2 村落公共空間衰落

村落的公共空間作為人群的匯集中心，承擔著交流、集會、貿易等功能。一方面由于近年來村落經濟發展的滯后，更多年輕人選擇走出村子，留守的都是些老人孩童，村落活力逐漸喪失，而這些作為交流空間的公共場所也相應地衰落。另一方面這些廣場空間相對陳舊，配套的運動及商業設施不完善。

1.3 交通系統滯后

通過Arc GIS分析整理得到的吉林省公路網密度與傳統村落數據進行疊加可以發現，村落的空間分布與公路網密度呈現負相關。公路網密度大的地區城市化進程相對較快，傳統村落較少，而密度小的地區村落分布較多。由此可以發現，滯后的交通系統雖然阻礙了經濟發展，但是傳統村落卻較好地保留了下來。

1.4 村落主體建筑衰敗

吉林省傳統村落的建筑多采用木材建造且年代久遠，歷經風雨的洗禮，破損嚴重。隨著人們水平的提高，這類建筑漸漸不能滿足人們對于生活品質的追求，建筑功能布局以及排水通風等實用功能逐漸退化。此外，由于大量村民喬遷新居或者隨意改造老宅，造成很多具有歷史價值的建筑遭到毀滅性打擊。因此在這種情況下，運用機載激光掃描技術對村落空間進行無接觸的高精度測繪并建立虛擬模型，對后續吉林省傳統村落空間的數字化保護具有重要意義[2]。

2 吉林省傳統村落空間數字化保護路徑

吉林省傳統村落空間的保護當前仍存在許多阻礙，一是人口的快速流失導致村落“空巢”化，缺乏活力；二是過多非專業性人才的干擾，大搞新農村建設，忽視了地方及各民族特色，一味地去陳求新，致使出現“千村一面”的情況。吉林省傳統村落空間數字化保護是指借助無人機對村落進行空中掃描，得到的影像數據經過預處理、匹配、矯正等處理后利用Context Capture建模軟件建立實景三維模型。三維虛擬模型的建立對后期村落空間的研究重要意義；在三維虛擬建立后，將模型信息導入數據庫管理系統，并結合現有的VR虛擬可視技術，一方面可以完成對村落空間數據的分類保存，另一方面可以便于大眾更直觀地了解吉林省傳統村落空間。（流程如圖1所示）

圖1 傳統村落空間數字文化保護流程

2.1 數據采集

2.1.1 像控點布設

吉林省傳統村落空間測繪數據量大且復雜，因此在利用無人機對其掃描前需要依據地形地勢的差異設置像控點，并利用石灰或者油漆等對像控點進行標記，為了使像控點形成連續的閉環線路，可以結合SCGNSS對像控點進行衛星定位以完成連續的測繪工作。

2.1.2 航線規劃設計

無人機的航線設計直接關系到所采集數據的完整性及有效性，因此在設計無人機飛行路線時要確保對被測主體的覆蓋面。首先要確保航向重疊度達到53%及以上，此外旁向的重疊度達到15%。在同航向飛行的情況下，航高差值需要保持在30 m以內[3]。

2.1.3 數據預處理

受到航攝角度等因素的影響，經過無人機掃描后得到的數據存在大量重復且無效的情況，例如在拍攝復雜的建筑立面與水域交匯處時，會出現數據離散等現象，因此需要人為后期結合點云數據對其進行矯正、去噪等處理以得到高精度的DOM數據。

2.2 三維建模

三維虛擬建模技術為吉林省傳統村落空間的后續研究發展提供了數字化支持。通過三維虛擬建模可以將現有的村落空間及物質文化遺產以數字化的方式保護下來，也為損壞的建筑及村落空間提供修復依據。三維建模技術以二維圖像為設計基礎，將獲取的二維圖像與現實村落空間連接起來，創造出立體的三維模型。依據無人機掃描獲取的高精度DOM數據，利用Context Capture三維建模軟件進行實景建模。而對于村落空間的三維虛擬建模，需要著重表達出村落空間的道路系統、節點空間、重要標志物及村落與外界的邊界等要素，建模過程中需要秉持真實性原則，對村落現有空間進行充分表達，包括損毀的建筑與節點空間等。

2.3 數據庫系統管理

在完成對村落空間的三維虛擬建模后，需要對所采集的數據及建立的模型信息進行分類儲存。數據庫的建立有利于人們更加方便快捷的尋找到自己所需要的數據資料。數據庫主要分為地理信息數據庫與模型信息數據庫兩部分。其中地理信息數據庫可以利用Arc GIS等軟件對所獲取的信息進行分析處理得到村落的坡度、坡向、高程等變化情況；而三維模型數據庫主要分為道路系統、建筑、水域、節點、區域等層級，用戶可以選擇自己感興趣的一部分進行學習了解。相比地理信息數據而言，分層次的虛擬模型更有利于用戶直觀地了解村落空間現存的物質文化遺產，同時更深切地了解村落的問題并逐漸意識到村落空間保護的重要性。此外數據庫的信息更新及安全保護也至關重要，隨著時間的流逝，村落空間環境也在悄然發生著變化，需要每隔一個時間段對村落信息進行更新處理；而隨著計算機技術的普及，越來越多的數據系統遭到襲擊導致信息泄露，因此數據庫的安全防護不容小覷。

2.4 虛擬現實技術

近年來隨著VR等虛擬可視化技術的普及，使得吉林省傳統村落的建筑及物質文化遺產更加貼近大眾的生活。建立的三維虛擬模型經過可視化處理轉變為動態模型，并通過互聯網的傳播，使得村落空間更加逼真、完整地呈現在人們面前。此外，VR技術的引進可以讓查看村落虛擬模型的人們與模型間產生交互行為，人不再是立于模型之外[4]。

3 總結

吉林省傳統村落作為歷史的見證者，擁有許多優秀的文化與物質遺存，是重要的建筑文化遺產，包含了一個地域和民族的生活方式，經濟文化和建筑環境的發展歷程，講述了特定的時期的歷史風云。由于城市化進程的加快，人口外流嚴重，一座座傳統村落逐漸變為僅供觀賞的‘空城’，文化價值在流失。探索傳統村落空間的數字化保護不僅是當下需要解決的問題，也可以為日后的村落空間研究提供資料支持。因此，從保護吉林省傳統村落空間的角度出發，將機載激光掃描與數字化建模技術相結合，獲得全面的且可視化的高精度建筑數據及模型，能夠使得后續的村落保護更加科學化。