浅谈数字可园的构建及其对古建筑文物的保护性意义

1、    浅谈数字可园的构建及其对古建筑文物的保护性意义    张燕玲【摘 要】数字可园是可园博物馆数字化系统工程建设的重要组成部分，其核心内容是可园古建筑三维测量与建模。本文论述了“数字可园”构建的全过程和对可园古建筑的真实还原、保护传承、合理利用与科学管理，以及对于建立古建筑文物科学保护长效机制具有的积极意义。【关键词】构建 数字可园 古建筑文物保护一、东莞可园东莞可园，全国重点文物保护单位，始建于清道光三十年（公元1850年），与番禺余荫山房、佛山梁园、顺德清晖园合称广东清代四大名园。可园占地约2204平方米，临湖、近路、傍江，自然风光幽雅。建筑设计

2、精巧、布局紧凑、虚实得体。厅堂室舍、廊榭房轩、亭台悬阁糅合天成，极尽园趣。可园主人张敬修以武将之姿起家、以文人之风行世，“将骨文心”的特质在可园建筑风格中亦可窥探一斑。一是由他自撰的可楼记云：“居不幽者，志不广；览不远者，怀不畅。吾营可园，自喜颇得幽致”1可见其以“幽”与“览”为造园匠意。二是在建造手法上，运用传统民居、庄寨、园林，把雅集会客、瞭望防卫、休憩游览等功能统筹兼顾，营造了可园别出心裁的独特个性。可园博物馆是可园古建筑的保护与管理机构，集文物保护与收藏、研究与展示、学术与交流、文化与休闲等功能于一体，是展示可园古建筑本体、可园主人张敬修生平、岭南传统园林与建筑特色、“岭南画派”创始人

3、居巢、居廉与可园的关系及脉络传承等的专题性博物馆。二、数字可园的构建初衷国家文物事业发展“十三五”规划中的“互联网+中华文明三年行动计划”提出：“推动互联网的创新成果与中华优秀传统文化的传承、创新与发展深度融合，充分发挥市场作用，通过观念创新、技术创新和模式创新，推动文物信息资源开放共享进一步发挥文物资源在培育社会主义核心价值观、构建中华优秀传统文化传承体系和公共文化服务体系中的独特作用。推进文物信息资源开放共享，调动文物博物馆单位用活文物资源的积极性”2可园博物馆从上一个“五年计划”起已启动可园博物馆数字化系统工程建设，分步实施，逐步完善。本文所论及的“数字可园”的构建，是可园博物馆数字化系

4、统工程建设的重要组成部分。三、数字可园的核心内容数字可园的核心内容是“可园古建筑三维测量与建模”。运用三维激光扫描技术，完成古建筑的测绘和精细模型建模，包含四类数据：古建筑测绘图、古建筑精细三维模型、古建筑高精度点云数据、多媒体数据。构建内容包含两大部分：（一）数据采集制作部分（1）全方位三维激光扫描和高清影像采集（2）测制平、立、剖面古建筑测绘图（3）制作古建筑精细三维模型、非重点建筑、园林小品三维模型与高清影像纹理（二）系统构建部分（1）专家科研系统（2）公众互动系统（3）互联网漫游系统四、项目具体实施经公开招标，数字可园中“可园古建筑三维测量与建模”项目的承办单位为广州市城市规划勘测设计

5、研究院。经过勘查、调研和数据采集，双方项目组进行了设计交底，明确项目任务，确定实施方案，理清系统结构、软件与硬件配置等方面的需求。（一）划定区域范围包括可园古建筑群（面积2204平方米）、博物馆外围和三个湖面，总面积约18000平方米。建筑测绘图范围包括可园古建筑总平面图中有名称的建筑。点云数据范围覆盖整个可园古建筑区。（二）可行性试验为验证双方制定的技术实施方案是否可行，选择可园“东南角楼”为试验对象，从三维激光扫描、生成点云数据、三维模型构筑及至测绘图制作等全过程先行试验。验证了技术设计流程、数据检查流程的可行性，制定了测绘图和三维模型的数据标准。（三）三维激光扫描与测量采用gdcors-

6、rtk与全站仪控制测量、站心点、特征点测量。采用riegl vz_400细部扫描测量，分三期进行。第一期：古建筑区全面扫描，含植被、家具；第二期：移除盆栽、家具，采用自制云台补扫遮挡、屋顶，扫描非古建筑部分；第三期：配准结束，根据点云查漏补缺。通过在围墙、天花吊顶内、楼梯隔间等可园全部空间设站，并设计平台采集死角，使原始点云数据量达到1.2t，点云覆盖率优于90%。（四）点云处理与入库原始点云配准和精确匹配后，经过去燥、抽稀、滤波分类，重新进行排列、分块并写入点云存储文件。在数据库中记录点云分块在文件中的偏移量和测量时间。（五）测绘图制作建筑测绘图是反映建筑现状的正投影线划图，包括总图、平面图

7、、立面图、剖面图、门窗详图等。遵循“从整体到局部，先控制后细部”的测绘图制作原则，先确定建筑的控制点和控制线的精确位置，再细部测量各部位、各构件细节尺寸。按照“平面剖面立面”顺序绘制，合理安排各视图间的关联组合。绘制完成可园古建筑测绘图纸，分八个区绘制测绘图纸66页。测绘图制作要求如下：（1）如实反映材质信息；（2）实测结构尺寸，检测精度优于5厘米（尺寸较差中的误差）；（3）图线、字体、比例、符号、定位轴线、材料、尺寸标注等参照房屋建筑制图统一标准gb/t50001-2001执行；（4）根据门窗型号绘制门窗详图，制作门窗图录表。（六）三维模型制作（1）技术路线（见图1）（2）三维模型分级三维模

8、型按照精细程度分为四级：一级模型为点云模型，采集精度为5毫米，实现量测功能，满足专家科研系统调用；二级模型为细节建模表现，辅以高清影像表达，用于视点15米以内的近距离显示，满足古建筑查看及對比；三级模型为主体建模表现，辅以高清影像表达，用于视点15米时的显示；四级模型主要为消防器材、垃圾筒、路灯、虚拟游客等。二至四级模型用于构建漫游系统场景。 （3）生成模型构筑而成的模型主要有：古建筑模型、外围建筑模型、家具与植被模型、雕塑与假山模型、地形模型。（七）系统集成为适应数字可园档案的总体规划部署和有效实施，项目集成了“古建筑园林专家科研与互动漫游系统”，由三个子系统构成：（1）专家科研系统：采用单

9、机模式，实现可园古建模型、点云的管理和分析应用，实现测绘图的调用、授权修改与更新、安全存储等功能。（2）公众互动系统：采用c/s模式，实现用户端的浏览、漫游、查阅，部分重要建筑结构的模拟拆分与拼合功能，模拟光效、水波、重力、碰撞、门窗开合等特效。（3）互联网漫游系统：采用b/s模式，基于优化的可园模型而搭建的网络版漫游系统，在互联网上发布，功能同公众互动系统类似。（八）构筑软硬件架构（见图2）五、项目成果与专家验收数字可园中的“可园古建筑三维测量与建模”从项目招标至2014年7月全面完成，耗时约两年，期间双方项目组经二十多次的技术磋商、阶段性成果演示与修改再调试，最终完成的项目成果包括：专家科

10、研系统、公众互动漫游系统、互联网漫游系统、点云模型（电子文档）、建筑测绘图（图纸及电子文档）。2014年7月8日“东莞市可园博物馆可园古建筑三维测量与建模”项目验收会议在可园博物馆召开，由广州大学建筑与城市规划学院教授、广州大学岭南建筑研究所所长、广东省文物保护专家委员会委员汤国华，广东中科遥感技术有限公司负责人、北京大学理学博士范海生，广东省博物馆馆长、研究馆员、享受国务院政府特殊津贴专家魏峻，广东省计算中心教授级高工潘纪前，广东省科学院广州地理研究所研究员、中国科学院大学兼职教授、广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室主任、硕士生导师钟凯文，组成项目验收专家组。验收专家组经听取项目承接办方

11、的工作报告、审阅招投标文件与项目成果资料，观摩系统演示，经质询、答疑与共同讨论，一致认为项目组已完成合同规定的内容，同意通过验收。2015年11月，该项目由项目承接办方申报荣获“2015中国地理信息产业优秀工程”铜奖。六、对古建筑文物的保护性意义在当今科技瞬息万变的时代，智慧博物馆的建立已悄然而至，“互联网+”更是近年来吹响的科技号角，数字化管理已迅速融入大众日常的生活与工作中。数字可园形象地记录了可园古建筑的本体构造、传统工艺、型制体量，建立了海量点云的分层存储与基于模块索引的数据库管理，以及健全了建筑测绘图等，为可园古建筑的建造档案和养护维修等提供原始资料。对于古建筑文物保护具有积极的意义

12、：（一）数字博物馆是实体博物馆向外打开的另一扇窗口，是广泛传播博物馆文化、强化文物保护（包括不可移动文物保护）意识的重要渠道。该项目采用虚拟仿真技术、网络技术、数据库技术集成开发可园古建筑综合展示与管理分析平台，实现了可园古建筑高精度的线上漫游、宏信息量的数据存储、多功能的动态调用、海量点云数据支持下的流畅视觉表达，带给游客及网上游览者身临其境的沉浸感。有认知才有了解，而保护与传承则从认知与了解开始。数字可园以及逐步完善的数字博物馆，是可园博物馆与社会公众的联系沟通的纽带，让公众对可园古建筑从了解逐渐转变为感性认知，使古建筑文物保护与传承的意识潜移默化。（二）中国传统建筑结构之巧妙、工艺之精湛

13、，一般的测绘技术难以准确、精细地测量与记载，而采用三维激光扫描、数字摄影测量等多种测绘设备与技术集成，可实现对古建筑的高精度、全方位、深层次、多维度的记录与描述。使可园古建筑的精妙构造、传统工艺、型制体量得以真实还原，为探研可园古建筑乃至岭南建筑园林的流变，亦为可园古建筑的“有效保护、合理利用、科学管理”提供准确可靠的基础数据。（三）可园古建筑是岭南古典庭园的杰作，其建筑工艺、布局构图精雅而幽致，是岭南古建筑的珍品。然而，可园古建筑的历史资料档案仍局限于部份的建筑图纸，再者因年代久远，纸质档案资料的保存不能绝对完好。数字可园的构建，获取了可园古建筑海量点云数据、构筑了精细的三维模型、测制了古建筑平立剖面测绘图，使可园古建筑的基础资料更真实、更完整、更利于永久保存与有效调用。为建立科学保护古建筑文物长效机制、实施古建筑预防性保护与抢救性保护相结合创造了前提条件。七、结