1、三维仿真在历史文化街区更新档案管理中的应用与实现摘 要：本文研究了三维仿真应用于祖庙东华里历史文化街区更新档案管理的技术路线和关键技术，并进行了应用实践。首先利用三维激光扫描采集历史建筑精确空间坐标，在此基础上建立建筑室内外三维模型，最后搭建三维仿真系统。实践表明，三维仿真技术为历史建筑的保护、重建和仿建提供了多元化的档案管理方式。 关键词：三维仿真历史文化街区更新档案管理 Application and implementation of 3D Simulation in the File Management of Historical and Cultural Blocks Renew
2、ProjectTaking The Foshan Ancestral Aemple to Donghuali Area as an Example ZHENG Nan, CHEN Ruixin, ZHU Guangtang （Foshan Urban Geographic Information Center,Guangdong,Foshan,528000） Abstract: The paper studies the technical route and key technology of 3D simulation applicated in file management of th
3、e Foshan Ancestral Aemple to Donghuali historical and cultural area renew project, which is adopted in the practice. First, 3D laser scanning is used to collect the accurate spatial coordinates of the ancient architectures. Later on, 3D models of indoor and outdoor buildings are created. Finally, th
4、e 3D simulation system is established. The practice shows that, 3D simulation technology provides diversified styles of file management for the protection, rebuild and imitation of historical buildings. Keywords: 3D Simulation; historical and cultural area renew project; file management 中图分类号：G271 文
5、献标识码：A 文章编号： 1 引言 历史文化街区集中体现了一个区域的文化积淀，属于不可再生的历史文化遗产。随着城市化进程的加快，历史文化街区的更新和保护成为城市建设亟待解决的重要问题之一。在当前的历史文化街区更新过程中，档案管理成为保存和延续城市记忆的重要手段。传统的档案管理方式大都利用文字、图片等方式对改造过程进行记录，缺乏直观性与生动性。本研究旨在将三维仿真技术应用于历史文化街区更新的档案管理中，利用三维仿真形象、直观的优势，最大限度地保存和延续城市记忆、建筑文化与人文景观，使历史文化街区更新与历史文化街区保护有机结合起来。 祖庙东华里片区位于佛山老城中部，该片区属佛山老城区的核心保护区，
6、是佛山文物古迹最密集，规模最大，传统风貌保存最完整的历史文化街区。该区域内共有 22 处文物保护单位，其中祖庙和东华里为国家级文物保护单位，简氏别墅为省级文物保护单位。从 2007 年开始，祖庙东华里片区改造正式启动，改造过程中档案的收集、整理工作同步开展。收集的档案包括摄影摄像资料、实物档案、录制口述档案、制作声音档案、建筑物调查资料、绘制建筑图（或建筑绘画） 、历史文化考证、以及广泛收集政府机关、建设施工单位、新闻媒体等单位形成的资料等。 2 关键技术 2.1 虚拟现实技术 虚拟现实（Virtual Reality，VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是借助计算机技术及传感装
7、置所创建的一种虚拟环境。虚拟环境是由计算机生成，通过视听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的交互式视景仿真【1,2】 。虚拟现实技术是三维仿真展示系统搭建的基本技术支撑，利用各类三维模型搭建模拟环境景观的虚拟三维场景。在这个虚拟的三维环境下，用动态交互的方式对建筑区域进行全方位审视。利用这项技术，提供一个逼真的三维场景，身临其境地在虚拟的环境中行走、漫游和飞行。采用虚拟现实技术，以三维展示的方式，再现历史文化街区的全貌。 2.2 三维激光扫描技术 三维激光扫描采用非接触式的测量方式，具有快速、精确、多方位、“所见即所得”等特点，为古建筑测绘提供了具有革命性的方法。三维激光扫描能够快速获取点密
8、度和精度都非常高的建筑物点云数据，将所测量的对象进行 11 的实景复制三维成型，由传统的实地野外手工测量转变为室内计算机对点云数据的高精度测量【3】 。利用三维激光扫描获取的空间点云数据，可快速建立结构复杂、不规则场景的三维模型，而且在数据采集过程中不直接接触被测物体，因此，在古建筑三维建模方面具有不可比拟的优势。 3 研究思路 在本研究中，综合运用三维激光扫描和虚拟现实等技术，建立祖庙东华里历史文化街区内的代表性历史建筑精确数字化档案，并搭建东华里三维仿真管理系统。 首先，获取代表性历史建筑精确的三维坐标、立面图等建筑档案资料，为古建筑保护、修建和重建的提供精准历史资料。鉴于该区域内建筑形态
9、以不规则的古建筑和岭南独特的建筑装饰构件为主，因此，采用三维激光扫描技术快速获取物体表面大量采样点的三维空间坐标，形成点云数据，进而形成单体建筑的立面图和历史装饰构件的大样图等资料。第二，选取历史文化街区内代表性文物保护单位东华里，基于高精度的点云数据和其它测绘数据，结合三维模型技术对东华里室外和室内场景进行三维建模。为三维仿真展示系统搭建提供数据支撑。 第三，搭建三维仿真展示系统，构建虚拟三维场景，在三维场景下浏览、查询独具特色的清代岭南建筑和特色建筑室内家具摆设，真实再现历史文化街区的建筑风貌和人文景观。 通过建立多方位的数字化成果，用以保留城市的历史记忆，研究城市发展的历史和城市的建设，
10、为特色历史建筑的维护提供完整、准确的资料。本研究的技术路线如图 1 所示。 图 1 技术路线图 4 研究内容及实践成果展示 4.1 建筑物三维激光扫描 （1）点云数据的采集 扫描前仔细踏勘测区的道路及建筑分布情况，根据控制点的分布情况，设置合理的站点点位，保证数据具有一定的重叠度，从而避免出现扫描盲区和点云拼接后的数据出现黑洞。扫描点云间距设置为 2mm，保证成果足够的精度。 （2）点云数据的处理 把采集的不同站点间的数据进行拼接及坐标转换，以获得被扫描的历史建筑物完整的点云模型，并将同一扫描对象不同测站的数据统一到同一个坐标系下。此外，需要对采集数据进行平滑和去噪处理，消除采集过程中环境和系
11、统等因素的影响。最后产生的点云数据为历史建筑的档案记录、三维可视化和逆向重建等应用提供精准数据依据。 建筑物三维激光扫描流程如图 2 所示。产生的点云数据如图 3 所示。 图 2 建筑物三维激光扫描流程 图 3 点云数据 4.2 建筑物室内外三维建模 基于三维激光扫描获得的点云数据，选取国家级文物保护单位东华里，建立室内外三维模型。东华里是佛山现存最完整的清代庄宅式府第建筑群组，具有典型的岭南民居建筑风格。通过室内外三维模型的构建，真实模拟东华里特色建筑的内部结构和家具、陈设等岭南特色民居和人文风情。其中，室外三维建模对象包括道路、建筑及附属设施（特色雕花、构件等） 、植被以及其他设施等。室内
12、三维建模对象包括建筑内部结构（包括建筑物的墙体、梁、柱、走廊、楼梯等）和装饰性物品（包括家具、构件、字画、装饰等） 。建筑物室内外三维建模流程如图4 所示。 图 4 建筑物室内外三维建模流程 4.3 三维仿真展示系统搭建 在完成室内外三维建模的基础上，搭建了东华里三维仿真展示系统。系统具备实时、交互的三维功能，同时建立了传统表现方式无法提供的交流界面。在从不同角度（包括室外和室内，上楼和下楼等）纵览东华里的建筑布局和室内陈设的同时，还提供信息查询、二维导航、路径漫游等功能。 5 结束语 本研究综合运用了三维激光扫描和虚拟现实技术，搭建了三维仿真展示系统，为历史文化街区内历史建筑的保护、重建和仿
13、建等积累了多种原始信息，保存了较完整的技术资料，同时也为历史文化街区更新过程中的档案管理提供了全新的思路。今后应用可通过定期采集更新已有数据，结合 GIS 强大的空间分析能力，比较分析不同时期的属性数据，进一步在古建筑现状评估和检测方面发挥更大的作用。 参考文献： 1 周新邵，骆文芳，杨武.虚拟现实技术在城市规划中的应用J.湖南城市学院学报（自然科学版）,2012 年 12 月，第 21 卷第 4 期: (69-73). 2 汪成为,高文,王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用M. 北京: 清华大学出版社, 1996. 3 周立,李明,毛晨佳,吕晓洁.三维激光扫描技术在古建筑修缮测绘中的应用J.上海建设科技, 2011(04): (47-50). 4 周华伟,朱大明,瞿华蓥.三维激光扫描技术与 GIS 在古建筑保护中的应用J.工程勘察, 2011(06): (73-77). 5 杨伯钢,张保钢,冯仲科.北京西四历史文化街区地理信息系统的研制.北京林业大学学报,2005(12): (205-207). 作者简介： 郑楠，女， （1980-）硕士，工程师，主要从事 GIS 技术及应用研究。
