传统民居数字化采集及应用

马利广

（新疆艺术学院 新疆 乌鲁木齐 830040）

1 引言

信息技术让世界变成了地球村，数字技术的普及让文化遗产有了新的生存空间。中华民族创作了千年的历史文化，给后人留下了丰富的文化遗产。随着时间的流逝，许多文化遗产也随之退出了历史舞台。传统民居作为文化遗产的重要组成部分，也同样面临着被历史淘汰的问题。因此数字技术是传统民居保护和传承的重要手段。

2 数据采集内容

2.1 总平面图

总平面图主要包括，建筑、院落、街巷、重要植物及地形地貌等。对于较早的传统民居，在建造时往往没有经过合理规划，因时因地而建，给测量绘制带来了挑战。此图重点要体现院落之间的布局，路网的设置，水系网络及绿植网络的散布。

2.2 平面图

因材料性能的限制，传统土坯建筑大多为一层建筑。平面图可分为两类，一是院落平面图，主要包括院墙、大门、飞厨、羊圈、主题建筑、绿化区、檐廊等。二是建筑平面图主要包括墙体、承重柱、内室门窗和内墙等建筑构件的尺寸和位置。

2.3 立面图

立面图大体分两类，一是建筑外立面，主要包括门窗高度及尺寸，外墙的饰面材料及样式。二是室内立面图，主要包括内墙门窗尺寸及位置，墙面造型及材料说明。传统民居为了适应气候环境，外面不仅相同，所以四个建筑外立面都要测绘，特别是有柱廊的立面要特别关注柱子与屋檐的衔接关系。室内立面要关注柱子、梁、椽三者的结构关系。此外还要关注窗棂、门板、柱子等结构样式，对于艺术价值较高的构件要数码拍照，角度尽量平整、垂直，特别复杂的要多角度拍摄及手绘结构图样。比如：门板木雕、柱头雕花、窗棂样式等，都是重点装饰的部位。

2.4 天花图

在新疆传统民居中，顶棚结构样式是很有特色的。在黏土墙的顶部设置间距为50～70 cm的木檩条，是屋顶的主要承重构架。檩条上的椽子一般都采用较细的树枝一分为二，弧面朝下、平面朝上，以密肋式固定在檩条上。为此在绘制天花图时，要详解记录梁的位置及大小，密肋的直径和排列方向等数据。对于木梁的装饰元素要拍照记录，并注明标高及材质。

2.5 剖面图和大样

根据新疆传统民居的机构，重点测绘与梁垂直的剖切面。对于梳理房屋之间的关系，核实细部构件的结构，校对数据等有着至关重要的作用。同时对于具有艺术观赏价值或者具有历史价值的构筑物，要借助大样及详图进行记录，或者配合三视图来表达。特别复杂的构件可以使用三维扫描仪重点记录，确保完整的记录其材质、规格、尺度、内容及工艺。

3 数据采集方法

针对新疆传统民居的数据采集，可以根据不同情况分为四种方法，即图像采集，使用数码相机及摄像机等工具采集信息；传统手工测绘，根据测量对象不同使用相应的测量工具来完成测绘；三是数字扫描，主要使用三维激光扫描技术来完成相对复杂事物的测量；四是网络数据搜集，主要通过专业网站获取所需的电子数据[1]。

3.1 图像采集

图像采集，主要使用数码相机、数码摄像机来完成图片和影像的记录。这种方法用于前期基础数据的采集，为后期的数据分析提供支持和辅助。主要采集内容有柱、梁衔接的结构关系；空间全貌；建筑表皮；艺术价值较高的建筑构件和细部，如木雕、石膏雕、彩绘等。在拍摄过程中，针对建筑结构采集，要遵循先整体再局部的原则，要多角度拍摄保证数据的完成性。针对空间全貌，要注重视频的连续性，图片的有序性，以保证空间记录的系统性。针对建筑表皮和细部的采集，要注重拍摄角度要尽量与拍摄面保持垂直，避免图形的扭曲和变形。同时，对于尺寸较大的建筑构件要在保证视距不变的情况下分段拍摄，为后期图像合成提供基础数据。对于三维建筑来说，要尽可能从不同侧面分别拍摄照片，为后期与数字模型匹配贴图做准备。

此种方法的优点在于快速、便捷、易实现，导致前期拍摄的数据量偏多，易产生许多无效数据。这就要求我们再拍摄时以院落为单元，先整体后局部，先结构后细部的原则开展记录。为了避免数据混淆，每个单元开始前以门牌号作为起始页，保证单元之间的数据条理清晰。在记录结构和细部时，可以先拍摄手绘草图的点位图来区分不同细部的具体位置。经过系统有序图形采集为数据分析、数字建模等环节提供可靠的资料。

3.2 手工测绘

手工测绘是常规的测量方法，根据测量对象的不同使用相应的测量工具来完成测绘，主要用于建筑结构、户型、立面、门窗等数据测量。此方法操作简易，运行成本低，但对于体量较大建筑要多人合作完成。这就导致测量过程中，数据会产生较大的误差，要求卷尺在测量时水平方向贴地测量，垂直高度要贴近墙角测量，红外测距仪要找准垂直面完成测量。最后，要对每个房间的总长、总宽一次性测量，用于后期对小尺度的校对和配准。具体操作流程如图1。

图1 手工测绘操作流程

测图绘制时要通过现场结构按照大致比例绘制出院落建筑的框架图，墙体门窗绘制时可简化表达，以提高制图效率。测图上除标注详细尺寸外，还要标识出坡度、层高等竖向尺寸。其中窗台、窗高、窗梁可用一组数字标识在窗户的位置，以确保数据的完成性。记录尺寸时应按照施工图规范来标注数据，以免数据混淆影响测量的准确性。对于结构复杂的部分，可以做好标记后绘制大样详图，来弥补细节数据的缺失。测图完成后，要经过复尺校对，进一步查漏补缺，及时解决前期测量中存在的数据确实、误差等问题。为后期使用Auto CAD绘制图纸，提供准确前面的数据支持。

对于手工测绘而言，不论是前期测绘还是后期电脑放图，都有非常高的参与性。测绘人员全过程参与，不仅可以保持数据的连贯性，还能加深对现场环境的认识，增强对建筑结构的理解。这种强烈的代入感，为后期的数据分析及研究打下坚实的基础。

3.3 数字扫描

数字扫描，主要使用三维激光扫描技术来完成相对复杂事物的测量。随着科技的不断进步，三维激光扫描技术逐渐在各个领域都得到了推广和应用。它的工作原理是多角度发射激光，碰到物体后反射回接收器，经过数据分析后将被测物体以图形的形式展示出来。主要用于艺术价值较高的建筑构件，体量较大的空间环境等。相比手工测绘而言，具有多角度获取数据及全天候工作的特点，大大提高了测绘速度；激光有一定的穿透性，在测量院落时可以有效避免植物、衣物等因素的干扰，获取数据更加准确；采集数据全面，除获取尺寸数据外，还能获取色彩数据等；测量过程多线程运行，无接触测量，既能提高工作效率，还能有效避免测量人员不足和高空作业的危险；数字化程度高，扩展性强，采集的数据为数字信号，便于后期的处理、分析、输出以及与其他软件的数据转化。在扫描物体时，要尽量匀速平移或者旋转，以提高数字模型的准确性和精确度。

3.4 网络数据检索

网络数据检索，主要通过专业网站获取所需的电子数据。建筑、院落的测绘通过上述方法可以顺利展开，但是对于整个村落和巷道就显得力不从心了。当然，也可以通过机载雷达摄影技术，完成整个城区的扫描。但是由于可行性低，因此，退而求其次通过规划云、高德地图等专业网站检索数据，获得老城区的电子地图、卫星地图等数据。同时，还通过网络数据检索，从城建局、政府官网等，获取城区规划相关的资料，为后期城区数字化建设提供数据保障。此外通过网络获取传统民族相关的图片及施工图等相关数据，以弥补前期测量失误或者自然侵蚀造成的数据缺失问题。以及获取相关文字信息，帮助理解因人文风俗所造成的院落布局和装饰手法等问题。

4 采集数据应用

4.1 数字博物馆提供基础数据

博物馆是征集、典藏、陈列和研究代表自然和人类文化遗产的实物的场所，对馆藏物品分类管理，为公众提供知识、教育和欣赏的文化教育的机构、建筑物、地点或者社会公共机构。但是对于活态化的传统民居而言，放进博物馆的可行性较低。同时脱离了人文和自然环境的民居也就失去了他存在意义。为此基于Internet的数字博物馆突破传统博物馆的诸多瓶颈问题，利用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器等高新技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界，不受时间和空间的限制，自由地欣赏古代文化遗产的魅力。通过整合文字、图像、模型、视频等多种元素，全方位展现传统民居的魅力。同时基于前期数字编码的基础上，便于快速检索到所需的资料[2]。

4.2 数字教学提供技术支持

随着信息技术的不断发展，虚拟现实技术逐渐渗透到教学领域，利用虚拟现实技术把教学过程做成动画的形式，增设交互性和协作性，可以达到完全模拟的程度[3]。特别是实践性较强的科目，更加需要虚拟现实技术的辅助。同时数字教学还不受时间、地点、空间的限制，师生可在任何时间，任何地点都能从网上方便地获得需要的信息。该项目可为数字化教学提供案例，为艺术设计、民间工艺、城乡规划等相关专业提供学习资料和虚拟现实的技术支持。

4.3 数字旅游提供展示素材

在数据采集和分析中，发现许多艺术价值较高的建筑构件及细部。通过数字技术将其恢复原貌，充分展示精湛的技艺和绚丽的艺术效果。选择具有代表性作品成为当地的数字名片，吸引大众的关注度。以此为基础数据还能衍生出，具有地方特色的文创产品，能够更好的推广旅游文化。同时结合旅游景点，实现智能导游系统。搭载网络平台利用虚拟现实技术、数据融合技术等，打造出三维虚拟旅游产业，有利于更好地传播中华优秀传统文化。

5 结语

信息技术是新时代的产物，它无限的存储量、快速的计算能力、便捷的传输方式，成为获取各类信息的有力工具。借助数字采集、利用图形处理、虚拟现实等计算机辅助设计软件，开展传统民居的数字化研究。对文化遗产的保护和传承提出了数字化思路和途径，为数字城市、数字教学、数字旅游及数字博物馆等数字平台提供基础数据及技术支持。