淺談數(shù)字可園的構(gòu)建及其對(duì)古建筑文物的保護(hù)性意義

1、    淺談數(shù)字可園的構(gòu)建及其對(duì)古建筑文物的保護(hù)性意義    張燕玲【摘 要】數(shù)字可園是可園博物館數(shù)字化系統(tǒng)工程建設(shè)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是可園古建筑三維測(cè)量與建模。本文論述了“數(shù)字可園”構(gòu)建的全過(guò)程和對(duì)可園古建筑的真實(shí)還原、保護(hù)傳承、合理利用與科學(xué)管理，以及對(duì)于建立古建筑文物科學(xué)保護(hù)長(zhǎng)效機(jī)制具有的積極意義。【關(guān)鍵詞】構(gòu)建 數(shù)字可園 古建筑文物保護(hù)一、東莞可園東莞可園，全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，始建于清道光三十年（公元1850年），與番禺余蔭山房、佛山梁園、順德清暉園合稱廣東清代四大名園。可園占地約2204平方米，臨湖、近路、傍江，自然風(fēng)光幽雅。建筑設(shè)計(jì)

2、精巧、布局緊湊、虛實(shí)得體。廳堂室舍、廊榭房軒、亭臺(tái)懸閣糅合天成，極盡園趣?？蓤@主人張敬修以武將之姿起家、以文人之風(fēng)行世，“將骨文心”的特質(zhì)在可園建筑風(fēng)格中亦可窺探一斑。一是由他自撰的可樓記云：“居不幽者，志不廣；覽不遠(yuǎn)者，懷不暢。吾營(yíng)可園，自喜頗得幽致”1可見(jiàn)其以“幽”與“覽”為造園匠意。二是在建造手法上，運(yùn)用傳統(tǒng)民居、莊寨、園林，把雅集會(huì)客、瞭望防衛(wèi)、休憩游覽等功能統(tǒng)籌兼顧，營(yíng)造了可園別出心裁的獨(dú)特個(gè)性?？蓤@博物館是可園古建筑的保護(hù)與管理機(jī)構(gòu)，集文物保護(hù)與收藏、研究與展示、學(xué)術(shù)與交流、文化與休閑等功能于一體，是展示可園古建筑本體、可園主人張敬修生平、嶺南傳統(tǒng)園林與建筑特色、“嶺南畫派”創(chuàng)始人

3、居巢、居廉與可園的關(guān)系及脈絡(luò)傳承等的專題性博物館。二、數(shù)字可園的構(gòu)建初衷國(guó)家文物事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃中的“互聯(lián)網(wǎng)+中華文明三年行動(dòng)計(jì)劃”提出：“推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承、創(chuàng)新與發(fā)展深度融合，充分發(fā)揮市場(chǎng)作用，通過(guò)觀念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，推動(dòng)文物信息資源開(kāi)放共享進(jìn)一步發(fā)揮文物資源在培育社會(huì)主義核心價(jià)值觀、構(gòu)建中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化傳承體系和公共文化服務(wù)體系中的獨(dú)特作用。推進(jìn)文物信息資源開(kāi)放共享，調(diào)動(dòng)文物博物館單位用活文物資源的積極性”2可園博物館從上一個(gè)“五年計(jì)劃”起已啟動(dòng)可園博物館數(shù)字化系統(tǒng)工程建設(shè)，分步實(shí)施，逐步完善。本文所論及的“數(shù)字可園”的構(gòu)建，是可園博物館數(shù)字化系

4、統(tǒng)工程建設(shè)的重要組成部分。三、數(shù)字可園的核心內(nèi)容數(shù)字可園的核心內(nèi)容是“可園古建筑三維測(cè)量與建模”。運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，完成古建筑的測(cè)繪和精細(xì)模型建模，包含四類數(shù)據(jù)：古建筑測(cè)繪圖、古建筑精細(xì)三維模型、古建筑高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)。構(gòu)建內(nèi)容包含兩大部分：（一）數(shù)據(jù)采集制作部分（1）全方位三維激光掃描和高清影像采集（2）測(cè)制平、立、剖面古建筑測(cè)繪圖（3）制作古建筑精細(xì)三維模型、非重點(diǎn)建筑、園林小品三維模型與高清影像紋理（二）系統(tǒng)構(gòu)建部分（1）專家科研系統(tǒng)（2）公眾互動(dòng)系統(tǒng)（3）互聯(lián)網(wǎng)漫游系統(tǒng)四、項(xiàng)目具體實(shí)施經(jīng)公開(kāi)招標(biāo)，數(shù)字可園中“可園古建筑三維測(cè)量與建?！表?xiàng)目的承辦單位為廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)

5、研究院。經(jīng)過(guò)勘查、調(diào)研和數(shù)據(jù)采集，雙方項(xiàng)目組進(jìn)行了設(shè)計(jì)交底，明確項(xiàng)目任務(wù)，確定實(shí)施方案，理清系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件與硬件配置等方面的需求。（一）劃定區(qū)域范圍包括可園古建筑群（面積2204平方米）、博物館外圍和三個(gè)湖面，總面積約18000平方米。建筑測(cè)繪圖范圍包括可園古建筑總平面圖中有名稱的建筑。點(diǎn)云數(shù)據(jù)范圍覆蓋整個(gè)可園古建筑區(qū)。（二）可行性試驗(yàn)為驗(yàn)證雙方制定的技術(shù)實(shí)施方案是否可行，選擇可園“東南角樓”為試驗(yàn)對(duì)象，從三維激光掃描、生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三維模型構(gòu)筑及至測(cè)繪圖制作等全過(guò)程先行試驗(yàn)。驗(yàn)證了技術(shù)設(shè)計(jì)流程、數(shù)據(jù)檢查流程的可行性，制定了測(cè)繪圖和三維模型的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。（三）三維激光掃描與測(cè)量采用gdcors-

6、rtk與全站儀控制測(cè)量、站心點(diǎn)、特征點(diǎn)測(cè)量。采用riegl vz_400細(xì)部掃描測(cè)量，分三期進(jìn)行。第一期：古建筑區(qū)全面掃描，含植被、家具；第二期：移除盆栽、家具，采用自制云臺(tái)補(bǔ)掃遮擋、屋頂，掃描非古建筑部分；第三期：配準(zhǔn)結(jié)束，根據(jù)點(diǎn)云查漏補(bǔ)缺。通過(guò)在圍墻、天花吊頂內(nèi)、樓梯隔間等可園全部空間設(shè)站，并設(shè)計(jì)平臺(tái)采集死角，使原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)量達(dá)到1.2t，點(diǎn)云覆蓋率優(yōu)于90%。（四）點(diǎn)云處理與入庫(kù)原始點(diǎn)云配準(zhǔn)和精確匹配后，經(jīng)過(guò)去燥、抽稀、濾波分類，重新進(jìn)行排列、分塊并寫入點(diǎn)云存儲(chǔ)文件。在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄點(diǎn)云分塊在文件中的偏移量和測(cè)量時(shí)間。（五）測(cè)繪圖制作建筑測(cè)繪圖是反映建筑現(xiàn)狀的正投影線劃圖，包括總圖、平面圖

7、、立面圖、剖面圖、門窗詳圖等。遵循“從整體到局部，先控制后細(xì)部”的測(cè)繪圖制作原則，先確定建筑的控制點(diǎn)和控制線的精確位置，再細(xì)部測(cè)量各部位、各構(gòu)件細(xì)節(jié)尺寸。按照“平面剖面立面”順序繪制，合理安排各視圖間的關(guān)聯(lián)組合。繪制完成可園古建筑測(cè)繪圖紙，分八個(gè)區(qū)繪制測(cè)繪圖紙66頁(yè)。測(cè)繪圖制作要求如下：（1）如實(shí)反映材質(zhì)信息；（2）實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)尺寸，檢測(cè)精度優(yōu)于5厘米（尺寸較差中的誤差）；（3）圖線、字體、比例、符號(hào)、定位軸線、材料、尺寸標(biāo)注等參照房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)gb/t50001-2001執(zhí)行；（4）根據(jù)門窗型號(hào)繪制門窗詳圖，制作門窗圖錄表。（六）三維模型制作（1）技術(shù)路線（見(jiàn)圖1）（2）三維模型分級(jí)三維模

8、型按照精細(xì)程度分為四級(jí)：一級(jí)模型為點(diǎn)云模型，采集精度為5毫米，實(shí)現(xiàn)量測(cè)功能，滿足專家科研系統(tǒng)調(diào)用；二級(jí)模型為細(xì)節(jié)建模表現(xiàn)，輔以高清影像表達(dá)，用于視點(diǎn)15米以內(nèi)的近距離顯示，滿足古建筑查看及對(duì)比；三級(jí)模型為主體建模表現(xiàn)，輔以高清影像表達(dá)，用于視點(diǎn)15米時(shí)的顯示；四級(jí)模型主要為消防器材、垃圾筒、路燈、虛擬游客等。二至四級(jí)模型用于構(gòu)建漫游系統(tǒng)場(chǎng)景。 （3）生成模型構(gòu)筑而成的模型主要有：古建筑模型、外圍建筑模型、家具與植被模型、雕塑與假山模型、地形模型。（七）系統(tǒng)集成為適應(yīng)數(shù)字可園檔案的總體規(guī)劃部署和有效實(shí)施，項(xiàng)目集成了“古建筑園林專家科研與互動(dòng)漫游系統(tǒng)”，由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：（1）專家科研系統(tǒng)：采用單

9、機(jī)模式，實(shí)現(xiàn)可園古建模型、點(diǎn)云的管理和分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪圖的調(diào)用、授權(quán)修改與更新、安全存儲(chǔ)等功能。（2）公眾互動(dòng)系統(tǒng)：采用c/s模式，實(shí)現(xiàn)用戶端的瀏覽、漫游、查閱，部分重要建筑結(jié)構(gòu)的模擬拆分與拼合功能，模擬光效、水波、重力、碰撞、門窗開(kāi)合等特效。（3）互聯(lián)網(wǎng)漫游系統(tǒng)：采用b/s模式，基于優(yōu)化的可園模型而搭建的網(wǎng)絡(luò)版漫游系統(tǒng)，在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布，功能同公眾互動(dòng)系統(tǒng)類似。（八）構(gòu)筑軟硬件架構(gòu)（見(jiàn)圖2）五、項(xiàng)目成果與專家驗(yàn)收數(shù)字可園中的“可園古建筑三維測(cè)量與建?！睆捻?xiàng)目招標(biāo)至2014年7月全面完成，耗時(shí)約兩年，期間雙方項(xiàng)目組經(jīng)二十多次的技術(shù)磋商、階段性成果演示與修改再調(diào)試，最終完成的項(xiàng)目成果包括：專家科

10、研系統(tǒng)、公眾互動(dòng)漫游系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)漫游系統(tǒng)、點(diǎn)云模型（電子文檔）、建筑測(cè)繪圖（圖紙及電子文檔）。2014年7月8日“東莞市可園博物館可園古建筑三維測(cè)量與建?！表?xiàng)目驗(yàn)收會(huì)議在可園博物館召開(kāi)，由廣州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授、廣州大學(xué)嶺南建筑研究所所長(zhǎng)、廣東省文物保護(hù)專家委員會(huì)委員湯國(guó)華，廣東中科遙感技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)人、北京大學(xué)理學(xué)博士范海生，廣東省博物館館長(zhǎng)、研究館員、享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家魏峻，廣東省計(jì)算中心教授級(jí)高工潘紀(jì)前，廣東省科學(xué)院廣州地理研究所研究員、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)兼職教授、廣東省遙感與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、碩士生導(dǎo)師鐘凱文，組成項(xiàng)目驗(yàn)收專家組。驗(yàn)收專家組經(jīng)聽(tīng)取項(xiàng)目承接辦方

11、的工作報(bào)告、審閱招投標(biāo)文件與項(xiàng)目成果資料，觀摩系統(tǒng)演示，經(jīng)質(zhì)詢、答疑與共同討論，一致認(rèn)為項(xiàng)目組已完成合同規(guī)定的內(nèi)容，同意通過(guò)驗(yàn)收。2015年11月，該項(xiàng)目由項(xiàng)目承接辦方申報(bào)榮獲“2015中國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)優(yōu)秀工程”銅獎(jiǎng)。六、對(duì)古建筑文物的保護(hù)性意義在當(dāng)今科技瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，智慧博物館的建立已悄然而至，“互聯(lián)網(wǎng)+”更是近年來(lái)吹響的科技號(hào)角，數(shù)字化管理已迅速融入大眾日常的生活與工作中。數(shù)字可園形象地記錄了可園古建筑的本體構(gòu)造、傳統(tǒng)工藝、型制體量，建立了海量點(diǎn)云的分層存儲(chǔ)與基于模塊索引的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，以及健全了建筑測(cè)繪圖等，為可園古建筑的建造檔案和養(yǎng)護(hù)維修等提供原始資料。對(duì)于古建筑文物保護(hù)具有積極的意義

12、：（一）數(shù)字博物館是實(shí)體博物館向外打開(kāi)的另一扇窗口，是廣泛傳播博物館文化、強(qiáng)化文物保護(hù)（包括不可移動(dòng)文物保護(hù)）意識(shí)的重要渠道。該項(xiàng)目采用虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)集成開(kāi)發(fā)可園古建筑綜合展示與管理分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了可園古建筑高精度的線上漫游、宏信息量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、多功能的動(dòng)態(tài)調(diào)用、海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)支持下的流暢視覺(jué)表達(dá)，帶給游客及網(wǎng)上游覽者身臨其境的沉浸感。有認(rèn)知才有了解，而保護(hù)與傳承則從認(rèn)知與了解開(kāi)始。數(shù)字可園以及逐步完善的數(shù)字博物館，是可園博物館與社會(huì)公眾的聯(lián)系溝通的紐帶，讓公眾對(duì)可園古建筑從了解逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦行哉J(rèn)知，使古建筑文物保護(hù)與傳承的意識(shí)潛移默化。（二）中國(guó)傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)之巧妙、工藝之精湛

13、，一般的測(cè)繪技術(shù)難以準(zhǔn)確、精細(xì)地測(cè)量與記載，而采用三維激光掃描、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等多種測(cè)繪設(shè)備與技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的高精度、全方位、深層次、多維度的記錄與描述。使可園古建筑的精妙構(gòu)造、傳統(tǒng)工藝、型制體量得以真實(shí)還原，為探研可園古建筑乃至嶺南建筑園林的流變，亦為可園古建筑的“有效保護(hù)、合理利用、科學(xué)管理”提供準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（三）可園古建筑是嶺南古典庭園的杰作，其建筑工藝、布局構(gòu)圖精雅而幽致，是嶺南古建筑的珍品。然而，可園古建筑的歷史資料檔案仍局限于部份的建筑圖紙，再者因年代久遠(yuǎn)，紙質(zhì)檔案資料的保存不能絕對(duì)完好。數(shù)字可園的構(gòu)建，獲取了可園古建筑海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)、構(gòu)筑了精細(xì)的三維模型、測(cè)制了古建筑平立剖面測(cè)繪圖，使可園古建筑的基礎(chǔ)資料更真實(shí)、更完整、更利于永久保存與有效調(diào)用。為建立科學(xué)保護(hù)古建筑文物長(zhǎng)效機(jī)制、實(shí)施古建筑預(yù)防性保護(hù)與搶救性保護(hù)相結(jié)合創(chuàng)造了前提條件。七、結(jié)