三维数字技术在皖南古民居装饰艺术传承中的应用

佘 醒，于梦凡

(安徽工业大学 艺术与设计学院，安徽 马鞍山 243002)

一、三维技术在古民居保护中的应用基础

皖南古民居装饰艺术以质朴的造型、简洁的布局、精美的装饰而著称，体现了安徽的人文风貌。它是中国传统文化中重要的组成部分，在中国古建筑装饰艺术中可谓是独树一帜。然而，由于自然的侵蚀、岁月的洗礼以及人为因素的破坏，那些精美的艺术作品很多已难寻其原始风采。基于此，政府与民间早已开展了保护工作。在上世纪30年代，刘敦桢等建筑学家自海外引进平面图手法开展了对古典建筑的测绘工作。新中国成立尤其改革开放之后，对于皖南古民居的保护力度也得以加强。20世纪末，联合国教科文组织就已经开始在全球范围内启动关于古民居文化遗产数字化项目——“世界的记忆”，其目的是为了保存文化遗产，实现资源共享。科学技术的日新月异为皖南古民居装饰艺术的传承与传播提供了新契机，其装饰艺术风格和形式可通过新的三维数字技术加以保护传承，使原先很多无法用二维形式完整记录的艺术形式得以更好地流传下去。我们尝试采用不同的、前沿的三维技术对皖南古民居建筑与装饰艺术进行数据采集，并通过不同软件将采集到的数据制作成平面图和三维模型，比较不同数据采集技术和处理方法，以期探讨新数字技术在皖南古民居装饰艺术保护传承中的方法与手段。

(一)应用范围界定

在空间范围上，皖南古民居泛指安徽境内人民居住的类型建筑，其保存数量较多，是安徽地域文化的特有载体。古民居的存在体现了古代徽州地区的社会民俗、宗法伦理和审美需求[1]。它影响广泛，不仅辐射到整个安徽的民居风格，也波及到其它周边地区，形成了特有的文化语言。在时间范围上，古民居是指建于民国及以前的建筑，建筑风貌，村落选址和格局未有大的变动，具有独特民俗民风的历史文化价值。在明清时期，皖南古民居的设计和建造达到了鼎盛时期。20世纪80年代以来，皖南古民居文化中黛瓦、粉墙、马头墙、砖雕、木雕、石雕以及门庭、窗格等元素的融合吸引了众多海内外学者的关注，并形成专门的“徽派艺术研究方向”。

徽州古民居的装饰艺术作品不仅是徽州古建筑中的一部分，同时也可以独立存在，作为艺术品去欣赏。徽州古民居装饰艺术的承载部位在徽派建筑中的角色极为关键，可以说是徽州古民居装饰艺术最重要的表象特征。这类作品主要包括木雕的内门，屋脊、瓦当，木窗扇下栏板，屋沿下檐条、雀替，楼层栏板上带有主题性的木雕等等。时至今日，古建艺术作品依然能作为精美的装饰出现在各类厅堂的装潢与陈设中，恰如“装饰艺术风格”(Art Deco)的兼容并蓄，给观者以美的启迪。

(二)研究基础

随着当代数字技术领域的研究不断加深，为三维数字技术在保存与传承古建筑中的应用提供了技术上的可能性。国内外学者借助数字技术对传统民居进行了研究。例如，英国谢菲尔德大学与江西农业大学古丽圆等人运用无人机航拍技术对传统园林进行实验型测绘；日本京都大学的宗本顺三、朴镇衙等人运用VR技术进行日本民居宁坂传统建筑群立面要素组合研究等。 针对皖南古民居建筑与装饰的研究作品很多。如早在50年代张仲一的《徽州明代住宅》对建筑的总体结构，平面布局等方面进行阐述；90年代东南大学编写了一系列徽州古村落测绘图书《晓起》《渔梁》等；日本茂木计一郎的《中国民居研究》也有涉及到对皖南古民居的初步研究。这些研究基于理论，以文字和图片的手段对古建筑村落进行纪录，对皖南古民居装饰艺术的传承具有重要意义。

二、支持项目实施的关键技术

如何在新的时代背景下将皖南古民居装饰艺术形式加以有效地保护并传承发扬下去，是政府、专家、学者面临的现实课题。2003年开始，安徽省政府就作出打造“数字安徽”的重大战略决策，而采用三维数字技术对皖南古民居进行保护就是一个崭新的思路，并且有着现实的技术基础和操作可能性，这将有力地推动皖南古民居装饰艺术保护与传承的进程。

目前，应用于皖南古民居装饰艺术传承中的三维数字技术主要体现在以下几个方面。

(一)数据采集与定位

数字勘测技术伴随着高精数字化影像设备相继研发问世，与数字化摄影技术相结合，通过三维数字技术对皖南古民居装饰艺术进行点云数据扫描及三维模型呈现的工作，了解皖南古民居装饰物的角度、位置乃至材质，最后形成三维数据。为了最大程度还原皖南古民居外部装饰复杂的结构和形态，拟采用无人机勘测技术进行大范围的数据采集，将得到的数据参数进行分析，重建古民居的房屋结构及装饰艺术品的三维立体形状。以西递为例，通过无人机的测绘我们发现如果把村落外层建筑的轮廓线作为边界线，那么西递的建筑密度达到55%左右(见图1)。无人机勘测技术不仅能够提供扫描物体表面的三维点云数据，更重要的是在获取三维数字模型的同时无接触性破坏。

为了解决平板仪无法测绘复杂形状物体的问题，在实验过程中参考了摄影测量法。这两种测量方法被广泛运用到考古、古建筑勘测等领域，通过技术手段的交叉运用，避免了单一方法在测绘中的不足，从而得到更详细准确的测绘数据。实验结果表明，虽然航拍测绘解决了外部装饰难以测量定位的问题，对大部分不规则装饰提供了准确的数据测量。但是在拼接平面图时，仍存在一些不足。例如，无人机飞行时角度倾斜会对影像视角产生错误的数据，为了修正这些数据，需要花大量的时间重复测量及手动处理特殊视角的数据。

图1 三维多点扫描

在本次实验中着重测绘的是皖南古民居的装饰艺术品，例如：木雕、石雕所构成的高墙深院。皖南古民居中的雕刻艺术品以其形态复杂精巧闻名，具有极高的艺术价值。无人机勘测及摄影测量无法对形状极其复杂的外部装饰进行采集。为了解决这一技术上的缺陷，本次测绘引入了手持式三维扫描仪，通过定点局部扫描，采集到了装饰品细节数据。将研究数据通过三维技术还原得到细节清晰的皖南古村落三维电子文件。

借助数字勘测技术可以高效地保存皖南古民居装饰艺术的三维纹样数据，而且能以特写的方式展现装饰艺术细节性特征。与此同时，在皖南古民居装饰艺术三维数据保存监管的基础上，每隔一段时间专家会利用已有的三维数据信息与现有的实际数据，对其外观、颜色及样式特征等信息进行比对，来管理古民居的一些艺术装饰风化、损坏及丢失的信息数据。

(二)虚拟还原与修复

虚拟还原与修复技术是国际上三维数字化保护与传承的重要发展方向。 利用三维数字技术领域最新发展成果，结合传统的皖南古民居装饰艺术，虚拟还原与修复其装饰样式，例如门头砖雕、柱头、雀替等装饰细节，不仅可以达到逼真的效果，而且还能表现出某些特殊的物理、结构特性。借助 GIS技术(Geographic Information Systems)，根据已有的皖南古民居装饰艺术相关的三维信息数据，将需要还原和修复的三维立体效果提前在电脑中直观显示，并对不完善的地方进行调整。它的优势是可以缩短工期，其工作流程如图2所示。

在此基础上，结合设计师的学识背景及其工作经验，加上文献资料信息比对得到的技术参数，对皖南古民居装饰已破损的部分进行虚拟还原与修复(见图3)，对难以移动的或实物已损毁的对象调整和还原物体表面纹理的部分以及不同材质的装饰构件等。借助三维数字技术获取与处理技术对皖南古民居装饰艺术样式的保护可以保证其以最为保真的形式保留和传承下去。三维数字技术可以把想要传承的数据信息转化为三维数字化格式，便于保存在电子硬盘元器件中。

图2 利用GIS技术还原与修复工作流程

图3 虚拟还原与修复

(三)线上三维“云”展示

线上三维云展示是现在和未来展示及保存世界文化遗产的重要方式之一。 我们所研究的线上三维云展示是一种三维数字化展示技术，利用建模技术、计算机辅助设计和虚拟现实等软件技术，实现线上博物馆建设。其特点是运用虚拟现实、数字模型等三维数字技术，构筑三维云展示，系统全面地传播历史文化遗产。线上三维云展示所包括的内容除了皖南古民居整体装饰艺术造型、各构件模型和三维场景模型以外，还包括声音信息等内容。它打破了实体展示馆的局限性，扩展了展示馆的延伸空间，最大限度地拓展了展示馆的功能。在保存云展示对象的时候，我们首先需要将相关的三维数据及声音信息一起保存在云展示平台中，方便数据的检索及提取。例如，徽州古建筑线上云展示是安徽博物院极具地域文化特色的常设展示，也是安徽省博物馆行业首个运用三维数字技术实现的云展示(见图4)。它解决了在设计中如何全面地把握徽州民居的每一个局部装饰特征及其内涵，以及在现代民居建筑中，如何具体应用皖南古民居的装饰艺术特点的问题，如何实现徽州传统民居装饰艺术形式的创新，产生更加直接的社会价值。线上三维云展示中的展品只要点击鼠标即可呈现在参观者面前，实现了实体展示的延伸，在虚拟空间中再现真实的信息。

图4 安徽博物院上线的徽州古建筑“云”展示

“云”展示通过运用3D、环物、视频、全景等多种三维数字技术，可以更好地模拟现实场景，较为全面地展示像皖南古民居装饰艺术的各类三维数字仿真模型。

除了对皖南古民居装饰艺术实体展示进行数字化处理之外，还可以针对部分装饰艺术进行实地数字化采集，丰富数字展示的内容。同时，线上博物馆借助科技的革新，使用户不受时间与空间的限制，能够身临其境地领略到皖南古民居装饰艺术的魅力，欣赏到实体展示中没有的实景或无法观察的展品细节。“云”展示的运用为皖南古民居装饰艺术的延续和传承带来了诸多好处。上海世博会的成果展示证明了高端技术手段的优势与特点。由此可见，三维数字技术与多媒体技术已是文化传承及创新的新趋势，使皖南古民居装饰艺术“云”展示的建立成为现实，为全世界了解研究皖南古民居装饰艺术提供重要的学术平台。

三、利用文创产业创新再造

以三维数字技术为核心开发的皖南古民居装饰艺术课题可以广泛应用于其它数字化项目，包括：现代环境艺术、动漫、游戏等项目的设计与开发，从而有利于安徽文化创意产业及地域艺术的发展。三维数字技术为皖南民居装饰艺术形式在当今环艺、动漫设计中的创新运用提供了更大的支持，使商业化开发与运作成为可能。例如，将皖南古民居装饰艺术作品的三维数字模型直接用3D打印机或雕刻方式复制出来，制作成旅游衍生产品等(见图5)，为今后的皖南古民居装饰艺术的研究与传承打下良好的基础。

图5 基于三维数字技术的3D打印展示

四、高校专业课程设置

针对当代大学生热衷新技术的现状，我们可探索将三维数字技术课程融合古民居装饰艺术共同进入课堂。 以三维数字技术为核心，开发皖南古民居装饰艺术课程，并将其纳入高校艺术设计专业课程体系。它不仅满足了时代的最新要求，而且有效地提高了学生学习热情。三维数字辅助设计系统对古民居艺术的现有三维图案模式和空间实体的形状进行三维数字编辑，结合现代加工方法，在信息补充的基础上进行创新设计，完成对其高度凝练的三维数字化、符号化的传承与发扬。

三维数字技术成为连接传统皖南古民居装饰艺术与年青一代人学习兴趣的桥梁。一方面，三维数字技术在皖南古民居装饰艺术专业课程中的运用，能够大大提升学生的学习兴趣；另一方面也能使学生掌握一门三维数字技能，给皖南古民居装饰艺术的传承和创新注入新鲜的血液。

五、结语

皖南古民居装饰艺术的特点来源于中国传统文化，同时深受当地环境变化与居民生活方式的影响，形成了皖南古民居装饰独有的审美艺术。随着我国工艺品艺术、陈设艺术、装饰艺术的不断发展，皖南古民居装饰艺术在历史的沉淀中形成了自己特殊的文化特点，通过数字三维技术的纪录、保存、再创造，促使皖南古民居装饰艺术出现了前所未有的发展和繁荣。 本文探讨了皖南古民居装饰艺术的特点及研究现状，在具体的系统性分析中了解皖南古民居装饰的内容、类型、特点。结合现有的三维数字技术，提出了三维数字技术在皖南古民居装饰艺术传承中的应用。从多方面阐释了三维数字技术对开展皖南古民居装饰艺术传承工作的新思路，探讨了开展皖南古民居装饰艺术传承的实施方式。希望能给广大的皖南古民居装饰艺术设计师们提供有益的参考，旨在对皖南古民居装饰艺术的传承和弘扬以及学术界的研究起到助推作用。