基于Rhino3D软件的梅崇桥虚拟再现

吴耀 孙伦

摘 要：修复已经毁坏的古建筑比较难，尤其是一些拥有较高建筑技术的历史建筑，如浙南闽北地区的古廊桥难度较大，通过Rhion3D软件，依托现有的资料，对古廊桥进行虚拟建模，渲染的具体案例分析，可作为现代虚拟现实技术对已毁坏的古建筑保护做有益的探索。

关键词：廊桥；非物质文化遗产；古建筑修复；虚拟技术

浙南廊桥是近年来我国古建领域的一大发现，坐落在浙南的泰顺、庆元、景宁、文成、龙泉等内地山区， 从现有资料看，有近500座，分布比较零散，大多建于明清时期，由于是木质结构，历史上能保留至今的廊桥不多，主要原因就是自然灾害和人为破坏，保护和传承这种历史文化遗产，成为一代又一代人的义务和责任。

历史上被毁坏的木拱廊桥较多，主要原因为自然灾害的有庆元五大堡蒙於桥、三堆永泰桥；被人为毁坏的有景宁地道江茶堂桥、木耳口长滩桥以及梅崇桥等。由于所处历史条件、地理条件以及社会条件不同，其中各座桥的命运也不尽相同，蒙於桥和长滩桥重建，茶堂桥则迁建于北京民族公园，而永泰桥和梅崇桥两座清代廊桥则在毁坏后一直没有得到重生的命运，其中始建于清嘉庆年间的梅崇桥，于2005年6月11日端午节被毁坏，相对于永泰桥，保存的图像材料相对略多，随着计算机技术的发展，文物保护的图像修复技术也在向三维（立体）方向快速发展，本文主要介绍运用计算机通用软件（Rhion 3D）对梅崇桥进行虚拟再现建模和设计的基本方法。

1 基础知识

1.1 梅崇桥的基本情况

梅崇桥位于景宁县英川镇梅崇村，作为浙南廊桥的代表，在我国桥梁建筑历史上有着重要的地位，具有很珍贵文保价值，著名桥梁专家茅以升先生生前曾到此考察过，在其主编的《中国古桥技术史》一书中，对该桥有专门记载：梅崇桥，建于清嘉庆七年（公元1802），全长39米，拱跨33.4米，桥宽5米。2005年6月11日，端午节这一天，桥毁于一场祭祀引起的大火。[1]（如图1）

1.2 廊桥基本结构知识

木拱廊桥除了传统桥的过路功能之外，还拥有遮风避雨的走廊，是一种建筑结构构成非常巧妙，同时功能非常实用、外形非常美观的建筑艺术品。[2]在虚拟建模上，通常可根据桥自身的实际情况，分别在整体建模、局部搭建、分组建模，单项内容设计等项目，根据设计建模的实际分析，主要包括：桥拱、桥廊、外立面装饰，材料赋予等，按照实现方法可以包括：手工部分和计算机部分等。

1.3 三维效果图设计知识

通过计算机技术对建筑物（文物）进行建筑建模和三维虚拟重建可分为通用软件和建筑景观专用软件。

一般而言，国内外可以用来对建筑物进行三维效果图设计的专用软件很多，如Autodesk Revit、Caitia、Skechup等，这些软件中，在功能的设计上考虑较多的专业相关模块内容，如尺寸把控、材质和自然光赋予，精密度与可操作性等，但是由于软件的价格、效果、技术的普及等方面原因，使得这些软件都在广泛应用方面存在一定的不足和限制。

而运用通用软件进行古文物建筑的再建模是一个单一的工程，其无法兼顾建筑自身专业的一些特效，但是某些通用软件的三维虚拟建模实现古建筑文物，在一定程度上超越了专业的软件。

Rhino 3D作为三维造型通用软件，主要应用于工业产品设计、科学研究、虚拟机械设计等领域，特点是不受约束的自由造型3D和高阶曲面建模工具，在建筑曲面建模方面可大展身手。[3]

2 前期准备

通过人工制图确定比例尺寸：人工制图包括手绘、计算机CAD制图等在平面媒介上进行绘图，尤其是一些关键结构，部件，通过手绘认识结构，组建，完成后可以将结果通过扫描或者截图方式倒入设计项目。在图片作为底图或者参考尺寸D导入Rhino 3D后，可借助软件自身的尺寸工具进行尺寸绘制和校对，但是由于Rhino是基于3D的虚拟三维制图软件，所以，平面尺寸的把控相对与CAD等制图软件起来，比较难掌握。

3 桥的结构建模

3.1 整体造型

首先打开Rhino建立一个新的工作区域，在Front视图，使用工具栏中的控制点曲线工具（Command： _Curve），在Front＼Right＼Top视图里绘制桥体大致主要控制线。（如图2）

其中弧线部分框架可通过在RIGHT视图绘制平面，通过弧线进行单轨扫描（Command： _Sweep1）先点选弧线路径，再选择截面，回车生成。

3.2 組件设计

第一，木拱结构设计。通过项目前期的手绘以及图文资料翻阅，得知梅崇桥的采用北宋时期桥梁三节苗、五节苗、剪刀撑的木拱架建造术，受力均匀，功能完备，造型美观；且以短梁木构件之间穿插挤压的构造形式，所以在建模的时候我们必须按照组件来完成拱面工程组件的建模。可通过圆柱体工具（Command： _Cylinder）和方形体工具（Command： _Box）来完成结构建模。（如图3）

第二，桥顶部构架建模。梅崇桥与浙南地区其他木拱廊桥取材相似，其桥顶部基本上都属于阴阳交叉的瓦片铺设结构，所以在建模时候，我们只要通过绘制曲线（Command： _Sweep1）建模一组瓦片，并群组（Command： _Group），其余部分通过阵列（Command： _Array）等工具来完成。（如图4）

第三，其他部件建模。其他部分主要指桥群部分，桥群部分在整座桥的功能中，起着遮风挡雨的作用，其主要构成与桥身为具有15°的斜面木板，在建模思路上，方法较多，一般以曲线拉伸方法和布尔运算两种方法实现。以布尔运算为例，先用方体建模工具（Command： _Box）绘制长宽高分别为3900cm，3cm，500cm的长方体，再点选之前的桥裙曲线，挤出封闭曲线（Command： _Pause）产生参考剪体，然后选布尔运算差集工具（Command： _BooleanDifference），分别点击长方体和参考剪体。得出桥裙，通过工具点选桥裙，旋转15°，完成单面桥群建模。（如图5）

4 材质的赋予与渲染

材质选择：对古文物和建筑物进行虚拟再现，材质的真实和准确是重要组成部分，梅崇桥主要以黑瓦、红柱、原色木纹为材质，所以我们在倒入渲染器之前，预先调整相应的材质贴图，并逐一赋予模型以材质。并结合灯光环境等元素，在渲染器中进行调整。（如图6）

5 小结

在通过计算机技术对建筑物（文物）进行建筑建模和三维虚拟重建过程中，使用的软件（包括渲染器）较多，而且目前正在向虚拟互动现实推进，随着计算机技术和三维虚拟现实技术水平的提高，三维虚拟建筑文物的修复软件业正完善，本文通过运用Rhino 3D技术在该领域的建模和渲染的基本方法进行了论述，经实际操作表明，运用Rhino3D三维建模软件对建筑物（文物）进行建筑建模和三维虚拟重建能有效地提高设计精度、提高建模效率，并具有较好的先进性，值得深入推广。

参考文献：

[1] 李俊新，柳绍斌.当年编入桥梁史而今焚烧成灰烬——百年廊桥被毁留下的思考[J].观察与思考，2005（13）：46-47.

[2] 张成，关瑞明.木拱廊桥和虹桥的比较研究[J].福建建筑，2007（4）：4-7.

[3] 任工昌，崔延琳，杨君顺.基于Rhino3D的工业产品造型设计[J].包装工程，2008，29（1）：124-126.