數字化技術在古建筑保護中的應用研究

摘 要：古建筑是我國歷史和文化發展的見證，全國各地散落著眾多的古建筑群，從古建筑的風格和細節我們能夠感受到古人對建筑細節的考究。經過自然災害的侵蝕和人為的損壞，傳統的古建筑保護方法已經不能有效解決這個問題，本文將對數字化技術在古建筑保護中的應用進行簡要探析，從技術層面上加強對古建筑保護的力度。

關鍵詞：數字化技術；古建筑保護；應用

古建筑是我國特殊的文化信息載體，歷經時間洗禮，古建筑成為人類文明的藝術瑰寶，所以對古建筑進行有效保護是我們當代義不容辭的責任。近年來我國旅游事業的迅猛發展，人為因素和自然損害使很多古建筑都受到了不同程度的變形和損壞，古建筑文化遺產保護面臨著嚴峻的形勢。

1 數字化技術在古建筑保護中的重要性

古建筑中大多是木質結構，容易受當地氣候條件的影響發生變化，突發的自然災害和人為造成的損壞更是雪上加霜，古建筑安全受到嚴重威脅。古建筑散落在全國各地，是當地特殊的文化資源，它們獨一無二并且不可替代，古建筑中很多考究的工藝細節，給現代建筑設計提供了民族元素[1]。目前掌握精湛工藝的匠人越來越少，古建筑中特有的工藝元素也沒有得到廣泛學習和發展，其工藝手法漸漸失傳。古建筑代表的是中國傳統文化，所以，對古建筑加以保護也是對我國中國傳統文化的尊重。我們應以歷史記載為主要依據，參考當地其他古建筑中相同圖案或元素進行復原，在尊重當地建筑風格的基礎上，保留地方特色，體現出地方古建筑的多樣性。

查詢傳統的紙質文獻中記錄古建筑的構造、工藝、歷史背景等信息資料的方式具有一定缺點，原始的紙張和書籍等材料不但厚重還占有較大的空間，并且容易損壞，紙質文獻中的圖片資料也不夠準確完整。上世紀六七十年代，攝像技術的發展才使文化遺產信息的記錄能夠以圖像和視頻的方式得以保存，但是這些資料也出現難以長期保存和不夠全面的問題。

數字化技術的迅猛發展，為古建筑的保護工作開辟了一條新途徑，并且為古建筑信息資料的長期保存和全面記錄創造了有利條件。數字化技術首先解決了信息保存的問題，高精度和高逼真度能夠使信息記錄更加全面，還可將各類信息轉化為計算機數據為不同地區間古建筑保護提供資源。數字化技術的發展能夠幫助我們在尊重古建筑真實性的基礎上，更好地完成古建筑的保護和展示工作。

2 數字化技術在古建筑保護中的應用

2.1 三維激光掃描技術的應用

傳統的測繪方式是利用鋼尺和水準儀來量取建筑物的平面、立面或剖面特征點的位置和相關特征線的距離等，然后根據所量數據和幾何關系繪出線性特征圖，這種傳統的測量方式耗費人力物力，并且耗時長，得到的數據不能保證其精確度。數字化信息技術的發展，古代建筑的測繪技術也隨之發展[2]，運用GPS、全站儀、測量機器人和近景攝影測量等技術改進傳統的手工測量手段，但還不能滿足對古建筑高精度的要求。地面三維激光掃描技術與傳統測量技術的區別在于，它能夠深入到任何復雜的現場環境中，并且能夠快速完成建筑物表面數據點的掃描測量工作，從而獲取精準的三維坐標點云數據。通過將這些不系統的三維數據傳輸到電腦中，就能構建出建筑物表面的三維模型。并且這些數據能夠為古建筑保護研究工作提供完整、精確、永久的數字資源，并通過數據的記錄能夠為古建筑保護和修復提供可靠依據，更重要的是能夠在已有數據的基礎上還原應經不存在的古建筑。

2.2 全站儀和GPS技術的應用

全站儀全名為全站型電子速測儀，是當前技術工作中的常用儀器。是一種集光學、機電為一體的高技術測量儀器，能夠觀測建筑物的水平角、距離、垂直角、高度差等，通過全站儀觀測的數據，我們能夠計算出任意觀測點的坐標[3]。全站儀在古建筑保護中的利用，能夠測量古建筑的形狀、大小和空間位置，還能繪制出古建筑的平面、立體面和剖面圖。先進的全站儀中配置有馬達自動照準目標，免棱鏡全站儀還能夠實現不瞄準測點，測距光束經過自然表面的反射后能夠直接測量距離和坐標。立面測繪是古建筑測繪過程中的一大難題，免棱鏡全站儀能夠實現任意安置點，將棱鏡的高設置為零后，瞄準古建筑的特征進行高度測量，得到各位置的高度標注在草圖上。

GPS是全球定位系統的簡稱，GPS由終端用戶設備、空間衛星和地面控系統三部分組成，并且具有全天候、高精度、全球性的特點，導航、定位也及時準確，通過GPS的動態和靜態等定位方法[4]，將GPS儀器與攝影儀比如RC30相互連接，再安裝慣性導航系統，能夠實現在航空攝影的瞬間，攝影中心的空間位置和攝影儀狀態由GPS和慣性導航系統得到。GPS在古建筑保護中的應用，極大地簡化了攝影測量戶外控制工作，同時保證數據能夠及時處理。

2.3 數字化保存

通過各種數字化儀器提高了建筑物測量的效率，也保證了數據的高精度，而這些數據還需要精確真實的數字化保存與存檔技術。激光掃描技術是數字化攝影有效結合的產物，通過激光掃描能夠捕捉到肉眼難以察覺的細節，記錄激光從發出到被物體反射或折射的時間，利用軟件加以計算和處理，就能得到建筑物的角度、材質和位置，從而形成三維圖像[5]。數字化保存是指將先進的二維三維掃描和數字攝影以及三維建模與圖像處理等得出的古建筑圖形結構和紋理等信息的高精度獲取和保存。利用計算機建立的數字模型，為文物信息保護、修復、研究等提供精確的數字信息。建立古建筑數據庫能夠加強對古建筑的管理，能夠使古建筑在有利于古建筑保護的基礎上增加數據的利用價值，能夠為政府部門的管理工作提供數據支持，還能滿足行業研究機構和博物館數據的需求，真正實現技術層面實現古建筑的數字化監管，從而最大限度地發揮古建筑數據庫的作用。

2.4 實現數字化監管

圖像處理技術的基礎上產生了圖像之間的對比技術，這項技術主要是根據圖像的顏色特點、形狀和紋理特征等對圖像進行比較，并根據這些統計特征對圖像之間的相似度做出評價。在對古建筑信息進行數字化保存的基礎上，可以對古建筑定期檢查，結合圖像處理中的圖像匹配度[6]，將最新采集的圖像數據和已經保存的圖像數據進行全面比較，所得出的數據在通過專家的研究后，及時發現古建筑中某部位腐爛或損壞等信息，有利于保護工作及時開展，減少不必要的損失。

通過精準的儀器對古建筑進行現場采集數據后，經過對信息的整理和處理，實現古建筑資料的數字化，數字化測繪圖是虛擬模型建構的基本依據。通過多種儀器得到的圖像數據，只有數字圖片還是不夠的，比如古建筑的立剖面和構件的大小等，要反映這些實物信息，還應借助一定的繪圖軟件技術，如CAD技術。

3 結束語

數字化技術為古建筑保護工作帶來了新的途徑，能夠真正意義上實現古建筑的完好保存和復原，并為現代建筑設計提供了技術上的支持。通過對古建筑保護重要性的認識，利用地面三維激光掃描技術、全站儀、GPS、GIS等數字化技術完成古建筑保護工作，挽救瀕臨消失的古建筑。同時呼吁社會人民，愛護當地古建筑，愛護我國燦爛的文化遺產。

參考文獻

[1]管斌.信息化測繪技術在古建筑保護中的應用研究[D].廣州大學，2012，02（04）：56～57

[2]譚潔，汪夢林，王建華.參數化設計在古建筑保護中的應用研究——以清代官式建筑為例[J].四川建筑科學研究，2011，03（09）：266～268.

[3]金澄宇，王琴.數字化技術在鄉村古建筑保護中的應用探討[J].計算機時代，2013，01（01）：20～22.

[4]劉旭春，丁延輝.三維激光掃描技術在古建筑保護中的應用[J].測繪工程，2012，01（02）：48～49.

[5]廖紫驊，蔡繼鳴，封全宏，唐勁峣，魏光榮.三維激光掃描測量技術在古建筑維修保護中的應用[J].東華理工大學學報（自然科學版），2013，04（16）：410～414.

[6]周華偉，朱大明，瞿華鎣.三維激光掃描技術與GIS在古建筑保護中的應用[J].工程勘察，2011，06（03）：73～77.

作者簡介：王桂林（1972-），四川省蓬溪縣人，畢業于四川美術學院工藝設計系工藝設計專業，講師。