數字化保護視角下侗族古建筑營造圖庫構建探析

朱文霜,崔鑫龍,鄭文俊

(1.桂林理工大學 藝術學院,廣西 桂林 541004;2.桂林理工大學 旅游與風景園林學院,廣西 桂林 541004)

近年來,黨中央、國務院等國家機關不斷強調“要加強傳統古村的傳承與保護,充分發掘傳統村落中優秀的思想與理念,并將之融入到城市化進程和鄉村振興發展中”。2017年1月,中共中央辦公廳、國務院辦公廳聯合發布的《關于實施中華優秀傳統文化傳承發展工程的意見》中提到:“要加強歷史文化名鎮名村、歷史文化街區、名人故居保護和城市特色風貌管理,實施中國傳統村落保護工程?！秉h的十九大報告明確強調,要施行鄉村振興戰略,“加強文物保護利用和文化遺產保護傳承”。少數民族傳統村落的古建筑是少數民族文化風貌的關鍵部分,從民族文化完整性的角度而言具有重大研究意義。

信息數字化技術的迭代發展及工業化體系的日臻完善為古建筑文化遺產保護領域帶來顛覆式創新,尤其表現在理念、技術與保護形式等方面。雖然目前數字化技術在古建筑文化遺產的保護傳承工作中得到大量應用,但在少數民族傳統村落的古建筑保護運用中仍處于探索階段,應用過程中也缺乏相應規范與交互機制。侗族古建筑結構復雜,造型華美,備受建筑界專家的贊譽。2006年5月20日,侗族木構建筑營造技藝經國務院批準列入第一批國家級非物質文化遺產名錄。為更好地傳承侗族古建筑營造技藝,數字化保護手段必然成為未來的探索道路之一。

一、侗族古建筑數字化保護困境

古建筑通常是指具有歷史意義的建國前的民用和公共建筑。侗族古建筑具有鮮明的地方特色和濃郁的侗族風情,包含干欄式民居、風雨橋、鼓樓、戲臺、寨門等特色古建筑類型,其中以干欄式民居建筑存世最多、應用最廣,而鼓樓和風雨橋則是侗族古建筑的藝術結晶。

侗族古建筑多屬木構架類型,木材受所處地區自然環境等因素影響較大,經年累月的侵蝕極易產生老舊、破損甚至傾倒事故。這不僅會對地區傳統文化完整性造成嚴重破壞,導致民族文化傳承過程中的斷代問題,甚至帶來安全事故而引發社會性問題[1]。

1.侗族古建筑數字化保護的必要性

古建筑保護,一方面是保護古建筑的物理形態,即建筑中所蘊含的同建筑本體共存的歷史文化信息,其手段主要為修繕;另一方面是保護古建筑的非物質文化,包含信息構建、數據采集、貼圖采樣等,主要通過文史資料、數字化掃描等手段留存。

古建筑數字化保護,即利用數字信息媒體技術與建筑設計學理論將古建筑進行數字化模型復原、多維立體展示和全息體驗等,對采集的結構信息數據進行標準化與一致化處理,將建筑的非物質內容轉化為文字、照片、數字模型、多媒體等記錄保存,并定期更新[2]。

古建筑數字化保護顛覆了古建筑保護中以圖稿為形式載體、手繪為表達手段的模式,代之以電子化、信息化為基本手段,三維模型為核心的流程,極大地改善了單一性、一過式、高成本等問題[3]。相較于傳統方法,數字信息化保護優勢明顯:首先,數據易得、容錯率高,消除設計人員顧慮,創造性思維得以解放;其次,無接觸式信息采集與模擬,通過掃描技術降低人為損壞可能性,同時修繕前可進行仿真模擬;此外,還具有可持續性、交感式、永續性、沉浸式等特征。

因此,數字化技術對侗族古建筑的保護可起到至關重要的作用,有利于相關領域學者對侗族古建筑信息的深化研究。若想切實對其進行保護傳承,就需逐步拓寬數字信息化保護技術的覆蓋范圍與深度。構建侗族古建筑營造圖庫的設想,利用虛擬現實技術、古建筑的動態模型展示、線上瀏覽平臺等數據信息優勢,會大大加快侗族古建筑保護的步伐,使其煥發出數字化生機。

2.侗族古建筑數字化保護的困境

我國學者在侗族古建筑數字化保護方面做了許多研究,在取得豐富成果的同時,也發現了諸多問題:一是展示手段轉化緩慢,雖運用數字化陳列手段,但手繪圖紙記錄、手工模型陳列等仍為主要方式;二是測繪存在漏洞,僅靠手工與主觀理解,極易破壞建筑原真性,建設性破壞與破壞性建設使數據參考性下降;三是缺少宏觀思維,只重視尺寸與構造的記錄還原,忽視了對建筑中非物質文化的歸納總結;四是因保護側重點的不同,未能建立暢通的標準數據庫,無法形成有力的協調共享機制;五是缺乏時效性,因模型文件格式不同及專業壁壘,制成后更新移交難度大,導致更新周期緩慢。其中一至三點正隨著技術成本的下降逐步完善,但未形成標準化所致的協調共享機制與時效性低下的問題仍舊嚴峻[4]。

由于學科間研究方向不同,對侗族古建筑數字化保護選用的三維建模工具也不同(表1),無法形成統一分類標準與模型數據平臺,數據共享與交換難以實現,學科間合力無法成形,且同類構件尺寸區間無標準范圍值,導致單一項目的模型在新項目中無法應用,造成大量重復工作。

綜上可見,侗族古建筑在數字化保護方面的主要問題是缺乏標準化整合。具體體現為技術規范的標準化與尺寸范式的折中化。其中技術規范所涉及數字模型文件格式問題,通過軟件整合與格式轉化,基本可以做到不同平臺間資源互通,而建筑構件的尺寸范式整合卻缺乏一套科學、系統的總結。因此,標準化分類是構建侗族古建筑營造圖庫的前期準備。

二、侗族古建筑數字標準化分類

侗族古建筑中以干欄式民居建筑運用最廣,故選擇干欄式民居建筑作為研究個例,建構其營造體系架構,以此為標準輻射至侗族古建筑的全部類目,從而形成完善的侗族古建筑營造圖庫。

侗族古建筑與中原地區古建筑不同,其建造充斥著“隨意性”與“經驗性”,具有自成一體的工法,且古代建筑營造管理辦法落后,信息出現明顯的斷代缺損,導致信息化采集后的數據不具備普適性[5]。但古代建筑規范書籍保存仍舊完好,對古建筑的數字標準化整合具有指導意義。

《營造法式》通過對建筑基礎構件進行層級劃分、制定標準、統一尺寸,同時編訂“材分模數制”,將“材”作為基準尺寸劃分八等,規格確定后運用對應等級的成套構件尺寸[6]30-100。參考《營造法式》分類體系,劃分出建筑基本構件,形成由構件及子構件組成的侗族古建筑數字化標準分類,并利用三維建模軟件,進行構件的數字化制作與分組[7]。

1.大木作構件歸類

大木作,在中國古建筑中代指最重要的結構部分。依據《營造法式》中對大木作的概述,再結合侗族古建筑結構特點,將其分為大木架構、屋頂、斗拱三大基礎構件。

大木架構按功能性又劃為斗拱、大木架構和屋頂三個基礎構造。大木架構按功能性細分為梁、柱、闌額、椽、瓜柱、托腳、叉手、吊腳;屋頂可細分為房頂、屋脊、房檐三個子構件;斗拱可細分為耍頭、斗、拱、昂、四個子構件,并將其以 30°、60°和 90°等角度的交叉堆疊,且子構件大小隨層級成比例遞減連接,形成緊密結構(表2)。

2.小木作構件歸類

小木作與大木作的存在意義不同,是中國古代傳統建筑中非承重木構件類型,屬附屬裝飾。依照《營造法式》對小木作的概述,并結合侗族古建筑構造特征,將其劃分為門窗類、隔板類、雜項類三大基礎類型。

門類構件以門的位置歸類分為板門、烏頭門和格子門三種子構件;窗類按造型細分為破子欞窗、板欞窗、闌檻窗和石窗五種子構件;隔板分為隔斷類與障阻類兩大子構件;雜項類劃分為樓梯、井亭、大板材、牌匾四個子構件[8](表3)。

表3 侗族小木作構件

3.雕作與彩畫裝飾性構件歸類

雕作指中國古代建筑工程中木材加工雕刻的工藝,主要為裝飾性;彩繪是古代傳統建筑裝飾中最突出的特點之一,兩者的存在都蘊含著豐厚的人文歷史文化。

侗族古建筑雕作題材眾多,有幾何紋樣、吉祥文字等規則圖案,也有吉祥瑞獸、傳說人物、植物花卉等不規則圖案。彩繪因山區濕度高不易維護,多以簡單色彩描繪為主。根據使用情況的不同,將雕作按材料及用途分為木雕、窯作、石雕及彩繪三種類型(表4)。

表4 侗族雕作構件

4.侗族古建筑標準化的優勢

數字標準化構件的可行性,在現代建筑模數化建造體系中已得到體現?，F代建筑的模數化,是基于工業材料而定制的標準,其目的是便于批量化生產與加工,標準化理念廣泛應用于建筑設計規劃、施工成本管理,以及養護拆除,已成為現代建筑營造必不可少的手段[9]。

隨著數字標準化在傳統建筑保護中的深入,逐步實現數字化模型精細分類,使傳統古建營造在三維建模領域實現標準化、模數化、裝配化,降低設計與保護人員模型構建成本、提高效率,推動古建筑構件模型庫的建立與共享機制成熟,緩解模型構建一次性、低效率與難共享等問題[10]。

三、侗族古建筑數字標準化建模批處理規則

以侗族民居建筑作為研究切入點,結合《營造法式》對古建筑的分類法則,首先將其分為大木作、小木作、雕作三種基礎組別,再通過實地考察測量,結合侗族民居建筑實例,在三個基本組基礎上細分出多個子組。

構件分類庫的制作目的是為形成有序的流通機制,其后根據批量化、模數化的模型構建原則,利用主流三維建模類軟件中所通行的基本函數指令集,如 Extrude、Loft、Array、Stretch、Bourg等函數命令對模型的長寬高尺寸、比例、數量等進行處理,再運用Mo、Revolve、Offset、Group等命令進行移動、關聯、組合的修改,最后選取高精貼圖并運用Texture函數設置肌理,UVW Map調整紋理大小,Vray渲染器賦予渲染參數等設置[11]。

結合函數指令的復用性,提高建模效率,實現侗族古建模型單體及建筑群的構建與渲染。根據不同情況更改模型參數,進而動態展示出大小、層數、紋理和類型等,豐富侗族古建筑營造數字圖庫。

1.大木作構件建模批處理流程

通過實地考察并結合文獻資料,將大木作分為大木架構、屋頂、斗拱三大基本組。再根據調用形式進行系列化與模塊化的基礎模型庫構建,搭建長、寬、高為1的子構件立方體作初始模型,創建關聯性組件進行批量材質賦予。

大木架構模型組,首先將梁柱等模塊進行尺寸縮放,再旋轉至對應角度并移動,之后將瓜柱、托腳等堵頭類構件縮放至適合比例組合放置于梁柱末端;屋頂模組,將不同造型的屋脊、房檐制成開放組,使用時計算數量并對母構件進行拉伸和定向偏移;斗拱模型架構,根據需求組合并修剪,調節位置后整體縮放至所需大小并成組(圖1)。最后,在貼圖材質模型庫中,經Texture函數賦予模型高精貼圖,并在UVW Map中調整紋理大小,對渲染參數進行調節。在實際的模型構建過程中運用此流程實現大木作架構高效建模,模型效果實現同實地場景的高度還原(圖2)。

圖1 大木作使用流程

圖2 侗族民居大木作構件模型與實景對比

2.小木作構件建模批處理流程

根據小木作構件劃分的門窗類、隔板類、雜項類三大基本組,首先繪制二維線草圖,用作線轉面的準備,再使用三維軟件進行封面推拉。

門窗類構件,用CAD繪制門窗外輪廓與內部造型二維線條,使用時根據尺寸需求拉伸厚度;隔板模塊,主要繪制整板中的單塊板外輪廓和內部造型二維線及截面線,使用時二維線形推出厚度,再將閉截面線制成三維形態并移動至相應位置;雜項類構成復雜,樓梯與大板材提取重復構件的單體,建構出基礎件:梯級、扶手、擋板、樓板條等,長寬高按1∶1∶1制成,使用時調整x、y、z軸至適合尺寸。 最后,基于組件間關聯性原則對子構件進行批材質賦予、紋理大小調整和參數化調節[12](圖3)。模型構建中運用該流程并對小木作構件進行結合事實、必要的藝術加工,使模型效果實現同現實的一致性,突出數字化模型實時性優勢,凸顯侗族民居的文化特色(圖4)。

圖3 小木作使用流程

圖4 侗族民居小木作構件模型與實景對比

3.雕作與彩畫裝飾性構件建模批處理流程

侗族古建筑雕作形式多樣,以不規則形狀居多,為呈現侗族雕作的精湛技藝、提高模型構建和調用效率,運用Nurbs建模軟件與CAD繪制基礎模型,彩畫則運用圖形處理軟件進行裁切。

雕作中幾何紋樣與文字多是規則紋樣,而植物、飛禽走獸和神話人物是不規則圖形,所以構建流程略有不同。規則圖形通過CAD繪制剖面形狀構成線條庫;不規則圖形的繪制,首先運行Spline指令繪制紋樣輪廓與內部曲線。其次將邊線、內輪廓線偏移厚度;彩繪則選用單一色彩、對聯門神等使用位圖進行材質賦予。最后將圖形匯總導出為線型圖庫,應用時將圖庫導入,三軸縮放圖形至適合后封面進行紋理置換輸出。構建完后將雕作模型同其他模型拼合成完整單體(圖5)。由于侗族傳統民居中雕作與彩繪題材內容較少,因此模型構建時主要以折中化與廣泛性為原則,選取侗族民居現存架構進行參考,使模型具備普適性并體現出其中蘊含的非物質文化內涵(圖6)。

圖5 雕作與彩畫裝飾性構件使用流程

圖6 侗族民居石雕構件及彩繪貼圖模型

四、侗族古建筑營造圖庫界面應用展示

侗族古建筑營造圖庫構建,一方面在于架構標準及統一原則的合理化制定,另一方面圖庫共享平臺的搭建也是重點。只有實現大量的點擊與瀏覽,形成行業內的廣泛傳播和接受,標準規則才能夠普及和下放,形成業內統一意志[13]。

因此,為實現廣泛傳播性,選擇適配性更強的Web系統搭建共享平臺,應用于侗族古建筑全類目的檢索下載?；谏衔臉藴驶瘶嫿ㄔ瓌t,結合人機交互理念、界面設計原則以及信息傳播方式,建立共享平臺的Website界面,綜合適配侗族各類古建筑,進行高效性、易讀性、規范性、廣泛性的侗族古建筑營造圖庫數據交互平臺設計[14]。

1.圖庫首頁及分類界面設計

數據共享平臺頁面采用響應式網頁布局設計形式,將彈性圖片、網格布局與數據搜索技術整合,使網頁內容能在不同分辨率下動態調整。同時,采用柵格系統法對頁面進行版式布局,最大程度滿足各個專業研究人員閱覽習慣,使所傳遞內容更加精準,有助于提高數據共享平臺傳播速度和效率[15]。

圖庫首頁界面采用輪播圖,利用有限空間展示更多信息,并具備審美性;頂部布置快速搜索欄,實現目標明確用戶的快速檢索;同時布置一級分類欄(圖7),點擊后進入相應的二級界面并附文字說明,達到對目標不明晰或對分類不理解用戶的教學目的(圖8、圖9)。

圖9 數據網絡共享平臺的分類三級詳情說明頁面

2.圖庫模型搜索及列表界面設計

數據共享平臺的搜索功能,支持模糊語義下檢索、多關鍵詞聯想檢索、在結果中檢索及圖片匹配檢索等模式,緩解不同學科間術語不同所帶來的檢索障礙,提高模型的協調共享機制,增強模型流通性(圖7)。

同時數據共享平臺瀏覽列表提供三級模型分類供精確選擇,可按時間和熱度等選擇排列順序;界面使用2×5布局,顯示模型縮略圖、名稱、編號及模型大小提供預覽,加大對模型信息的查詢效率(圖10)。

圖10 數據網絡共享平臺模型列表示意

3.圖庫模型詳情頁以及下載列表設計

進入詳情頁后,將跳轉至更直觀圖像與文字信息的二級詳情頁面,以大圖幅展示模型細節以及詳細參數數據等,供辨識需求與模型的適配性(圖11)。

圖11 數據網絡共享平臺的模型詳情頁

侗族古建筑模型一次性問題及學科間的互通性問題,主要在于文件格式不互通。因此,共享平臺在下載格式選擇上提供主流三維建模軟件的多個格式,用戶可根據需求自行選擇格式(圖12),從而實現單個模型跨學科、跨軟件的流通性,分攤單次建模成本,提高研究人員工作效率。

圖12 數據網絡共享平臺模型下載頁

五、結 論

侗族古建筑營造技藝是侗文化在人居環境營建和建筑美學價值中的集中呈現。本文以侗族干欄式民居為研究案例,通過實地考察侗族古建筑營造特征并參閱大量文獻,參照《營造法式》的分類標準,融入現代建筑標準化、模數化、裝配式特征,實現侗族古建筑的數字標準化分類,搭建侗族古建筑三維模型通用模板,并結合數字信息傳播媒介,構建基于網站的侗族古建筑營造圖庫共享數據服務平臺,以期實現對侗族古建筑的標準化保護。

數字標準化既統一了侗族古建筑文化遺產的具體數值,使其在外觀圖片、建筑面積、所用材質等方面得到翔實的數據記錄,又可運用虛擬現實技術構建場景,展現侗族古建筑文化底蘊。并且在本土設計、區域性營造方式備受關注的當下,也為其他少數民族古建筑營造方式提供了信息化記錄和數字化保護手段,強化了數字化手段在古建筑保護中的應用思路。因此,在數字化保護視角下,古建筑營造圖庫的構建設想無疑具有廣泛的現實性和實用性。