李雷立 張秋云

吉林建筑大學(xué)（130000）

0 引言

吉林省傳統(tǒng)村落指經(jīng)過國家劃定的十一個(gè)傳統(tǒng)村落如錦江木屋村、白龍村及三道陽岔村等，村落包涵大量人文景觀歷史資源。吉林省傳統(tǒng)村落空間不同于建筑單體，前期測(cè)繪所需要采集的數(shù)據(jù)量大且被測(cè)目標(biāo)復(fù)雜，因此傳統(tǒng)的測(cè)繪方式不適用于村落空間數(shù)據(jù)的采集。機(jī)載激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)繪手段相比，節(jié)約了大量的人力與時(shí)間成本且精準(zhǔn)度高。對(duì)于收集大范圍的村落空間數(shù)據(jù)具有較大優(yōu)勢(shì)。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展受限，人口流失嚴(yán)重，吉林省傳統(tǒng)村落逐漸“空巢”化，因此采用激光掃描等先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)刻不容緩[1]。

1 吉林省傳統(tǒng)村落空間現(xiàn)狀及問題

1.1 地域特色明顯

吉林省傳統(tǒng)村落主要分布在吉林省的東部區(qū)域，由于地處寒冷的東北平原，建筑結(jié)構(gòu)多采用井干式。例如錦江木屋村，建筑多選用木材作為主體材料。與南方建筑的秀美華麗不同，井干式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是木材的搭接處直接裸露在外，使得整體建筑富有一股自然粗狂的力量之美。

1.2 村落公共空間衰落

村落的公共空間作為人群的匯集中心，承擔(dān)著交流、集會(huì)、貿(mào)易等功能。一方面由于近年來村落經(jīng)濟(jì)發(fā)展的滯后，更多年輕人選擇走出村子，留守的都是些老人孩童，村落活力逐漸喪失，而這些作為交流空間的公共場(chǎng)所也相應(yīng)地衰落。另一方面這些廣場(chǎng)空間相對(duì)陳舊，配套的運(yùn)動(dòng)及商業(yè)設(shè)施不完善。

1.3 交通系統(tǒng)滯后

通過Arc GIS分析整理得到的吉林省公路網(wǎng)密度與傳統(tǒng)村落數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加可以發(fā)現(xiàn)，村落的空間分布與公路網(wǎng)密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。公路網(wǎng)密度大的地區(qū)城市化進(jìn)程相對(duì)較快，傳統(tǒng)村落較少，而密度小的地區(qū)村落分布較多。由此可以發(fā)現(xiàn)，滯后的交通系統(tǒng)雖然阻礙了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但是傳統(tǒng)村落卻較好地保留了下來。

1.4 村落主體建筑衰敗

吉林省傳統(tǒng)村落的建筑多采用木材建造且年代久遠(yuǎn)，歷經(jīng)風(fēng)雨的洗禮，破損嚴(yán)重。隨著人們水平的提高，這類建筑漸漸不能滿足人們對(duì)于生活品質(zhì)的追求，建筑功能布局以及排水通風(fēng)等實(shí)用功能逐漸退化。此外，由于大量村民喬遷新居或者隨意改造老宅，造成很多具有歷史價(jià)值的建筑遭到毀滅性打擊。因此在這種情況下，運(yùn)用機(jī)載激光掃描技術(shù)對(duì)村落空間進(jìn)行無接觸的高精度測(cè)繪并建立虛擬模型，對(duì)后續(xù)吉林省傳統(tǒng)村落空間的數(shù)字化保護(hù)具有重要意義[2]。

2 吉林省傳統(tǒng)村落空間數(shù)字化保護(hù)路徑

吉林省傳統(tǒng)村落空間的保護(hù)當(dāng)前仍存在許多阻礙，一是人口的快速流失導(dǎo)致村落“空巢”化，缺乏活力；二是過多非專業(yè)性人才的干擾，大搞新農(nóng)村建設(shè)，忽視了地方及各民族特色，一味地去陳求新，致使出現(xiàn)“千村一面”的情況。吉林省傳統(tǒng)村落空間數(shù)字化保護(hù)是指借助無人機(jī)對(duì)村落進(jìn)行空中掃描，得到的影像數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理、匹配、矯正等處理后利用Context Capture建模軟件建立實(shí)景三維模型。三維虛擬模型的建立對(duì)后期村落空間的研究重要意義；在三維虛擬建立后，將模型信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并結(jié)合現(xiàn)有的VR虛擬可視技術(shù)，一方面可以完成對(duì)村落空間數(shù)據(jù)的分類保存，另一方面可以便于大眾更直觀地了解吉林省傳統(tǒng)村落空間。（流程如圖1所示）

圖1 傳統(tǒng)村落空間數(shù)字文化保護(hù)流程

2.1 數(shù)據(jù)采集

2.1.1 像控點(diǎn)布設(shè)

吉林省傳統(tǒng)村落空間測(cè)繪數(shù)據(jù)量大且復(fù)雜，因此在利用無人機(jī)對(duì)其掃描前需要依據(jù)地形地勢(shì)的差異設(shè)置像控點(diǎn)，并利用石灰或者油漆等對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，為了使像控點(diǎn)形成連續(xù)的閉環(huán)線路，可以結(jié)合SCGNSS對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行衛(wèi)星定位以完成連續(xù)的測(cè)繪工作。

2.1.2 航線規(guī)劃設(shè)計(jì)

無人機(jī)的航線設(shè)計(jì)直接關(guān)系到所采集數(shù)據(jù)的完整性及有效性，因此在設(shè)計(jì)無人機(jī)飛行路線時(shí)要確保對(duì)被測(cè)主體的覆蓋面。首先要確保航向重疊度達(dá)到53%及以上，此外旁向的重疊度達(dá)到15%。在同航向飛行的情況下，航高差值需要保持在30 m以內(nèi)[3]。

2.1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

受到航攝角度等因素的影響，經(jīng)過無人機(jī)掃描后得到的數(shù)據(jù)存在大量重復(fù)且無效的情況，例如在拍攝復(fù)雜的建筑立面與水域交匯處時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)離散等現(xiàn)象，因此需要人為后期結(jié)合點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行矯正、去噪等處理以得到高精度的DOM數(shù)據(jù)。

2.2 三維建模

三維虛擬建模技術(shù)為吉林省傳統(tǒng)村落空間的后續(xù)研究發(fā)展提供了數(shù)字化支持。通過三維虛擬建?？梢詫F(xiàn)有的村落空間及物質(zhì)文化遺產(chǎn)以數(shù)字化的方式保護(hù)下來，也為損壞的建筑及村落空間提供修復(fù)依據(jù)。三維建模技術(shù)以二維圖像為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，將獲取的二維圖像與現(xiàn)實(shí)村落空間連接起來，創(chuàng)造出立體的三維模型。依據(jù)無人機(jī)掃描獲取的高精度DOM數(shù)據(jù)，利用Context Capture三維建模軟件進(jìn)行實(shí)景建模。而對(duì)于村落空間的三維虛擬建模，需要著重表達(dá)出村落空間的道路系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)空間、重要標(biāo)志物及村落與外界的邊界等要素，建模過程中需要秉持真實(shí)性原則，對(duì)村落現(xiàn)有空間進(jìn)行充分表達(dá)，包括損毀的建筑與節(jié)點(diǎn)空間等。

2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理

在完成對(duì)村落空間的三維虛擬建模后，需要對(duì)所采集的數(shù)據(jù)及建立的模型信息進(jìn)行分類儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)庫的建立有利于人們更加方便快捷的尋找到自己所需要的數(shù)據(jù)資料。數(shù)據(jù)庫主要分為地理信息數(shù)據(jù)庫與模型信息數(shù)據(jù)庫兩部分。其中地理信息數(shù)據(jù)庫可以利用Arc GIS等軟件對(duì)所獲取的信息進(jìn)行分析處理得到村落的坡度、坡向、高程等變化情況；而三維模型數(shù)據(jù)庫主要分為道路系統(tǒng)、建筑、水域、節(jié)點(diǎn)、區(qū)域等層級(jí)，用戶可以選擇自己感興趣的一部分進(jìn)行學(xué)習(xí)了解。相比地理信息數(shù)據(jù)而言，分層次的虛擬模型更有利于用戶直觀地了解村落空間現(xiàn)存的物質(zhì)文化遺產(chǎn)，同時(shí)更深切地了解村落的問題并逐漸意識(shí)到村落空間保護(hù)的重要性。此外數(shù)據(jù)庫的信息更新及安全保護(hù)也至關(guān)重要，隨著時(shí)間的流逝，村落空間環(huán)境也在悄然發(fā)生著變化，需要每隔一個(gè)時(shí)間段對(duì)村落信息進(jìn)行更新處理；而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，越來越多的數(shù)據(jù)系統(tǒng)遭到襲擊導(dǎo)致信息泄露，因此數(shù)據(jù)庫的安全防護(hù)不容小覷。

2.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

近年來隨著VR等虛擬可視化技術(shù)的普及，使得吉林省傳統(tǒng)村落的建筑及物質(zhì)文化遺產(chǎn)更加貼近大眾的生活。建立的三維虛擬模型經(jīng)過可視化處理轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)模型，并通過互聯(lián)網(wǎng)的傳播，使得村落空間更加逼真、完整地呈現(xiàn)在人們面前。此外，VR技術(shù)的引進(jìn)可以讓查看村落虛擬模型的人們與模型間產(chǎn)生交互行為，人不再是立于模型之外[4]。

3 總結(jié)

吉林省傳統(tǒng)村落作為歷史的見證者，擁有許多優(yōu)秀的文化與物質(zhì)遺存，是重要的建筑文化遺產(chǎn)，包含了一個(gè)地域和民族的生活方式，經(jīng)濟(jì)文化和建筑環(huán)境的發(fā)展歷程，講述了特定的時(shí)期的歷史風(fēng)云。由于城市化進(jìn)程的加快，人口外流嚴(yán)重，一座座傳統(tǒng)村落逐漸變?yōu)閮H供觀賞的‘空城’，文化價(jià)值在流失。探索傳統(tǒng)村落空間的數(shù)字化保護(hù)不僅是當(dāng)下需要解決的問題，也可以為日后的村落空間研究提供資料支持。因此，從保護(hù)吉林省傳統(tǒng)村落空間的角度出發(fā)，將機(jī)載激光掃描與數(shù)字化建模技術(shù)相結(jié)合，獲得全面的且可視化的高精度建筑數(shù)據(jù)及模型，能夠使得后續(xù)的村落保護(hù)更加科學(xué)化。