侗族木结构古住宅三维虚拟展示设计研究

杨　倩　罗兴华　（桂林电子科技大学　541000）



侗族木结构古住宅三维虚拟展示设计研究

杨倩罗兴华（桂林电子科技大学541000）

摘要：在侗族古住宅中，大多为木架结构，有些已有了百年乃至近千年的历史，为了继续保持该建筑的历史原貌，并对传统工艺进行传播展示，本文描述了利用现代信息技术手段，将侗族村寨进行三维虚拟再现其真实性，并将侗族古住宅清晰的木架结构、民族风俗与建筑文化理念融入其中，进行有效的宣传和保护。

关键词：侗族；木结构；古住宅；三维虚拟

本文为教育部人文社会科学研究项目《中国西部民族生态博物馆三维虚拟展示设计研究——以广西三江侗族生态博物馆为例》的研究成果，资助。项目批号：11YJA760050

目前中国境内保存相对最完整的侗族建筑群就位于广西三江侗族自治县境内，在2006年侗族木构建筑营造技艺被国务院批准列入第一批国家级非物质文化遗产名录，但是侗族地区的大量古住宅建筑受到自然环境、现代科技、经济和信息化社会的快速发展和影响，侗族原生态文化的保护与传承面临严峻挑战，侗族地区的大量珍贵文化遗产被闲置甚至走向消亡。侗族的木构建筑营造技艺也因为传承缺乏记录、资源越发匮乏、年轻人居住思维方式转变等因素，逐渐被淡化出了主流人群的视野。

近年来，随着计算机技术、通信技术及其他相关技术的飞速发展，三维虚拟技术日益成为当前研究的热点，三维虚拟展示能实现对某地区居住生态环境和民族风俗文化进行再现、保护及传承。三维虚拟技术的特性就是沉浸感、交互性，随着计算机技术和交互技术的发展，三维虚拟现实技术会有更多的应用和发展，功能更加强大，成本也会降低，更多的领域可以从这种技术中受益，因而三维虚拟现实技术的发展前景将会非常广阔，或者是可以融入到侗族木结构古住宅的技艺传承、视觉展示、样貌还原等等。

一、侗族古住宅的建筑风格特点

侗族村寨多选择临水的山坡地形建造，为了防止潮湿和野生动物的侵袭，侗族村民建造了吊脚楼，吊脚住宅楼的营造，不仅造型美观，布局科学合理，而且包含了生活的适用性功能与特色文化及风俗习惯等内涵。侗族吊脚住宅木楼一般为三、四层，底层为地面，用来安放舂禾的石碓、农具、柴木、圈养家畜等，第二层是侗族人家主要生活空间，设有火塘、卧室、楼梯间、宽廊以及其他辅助空间，第三层一般是用来存放粮食，以及一些不常使用的生活用具。侗族住宅空间布置十分讲究。如住宅的“巴廊”（也成堂屋）是家庭对外交流的重要场所，如在春节期间舞龙耍狮队拜年、摆宴席待客、少年学歌、青年朋友相聚、青年男女对歌、拦门歌及妇女织布、编花带、纳布鞋等等活动均在这里进行，是个小型的公共活动场地。其空间最大，并且左右均设有走廊与临居相通，在侗族故有“走家患寨不下楼”之说。再如火堂，侗族将其分称为：“火堂”和内与外三部分，空间也较大，其功能除了供家人日常生活外，也是侗族人家冬季里打油茶接待客人与聚会唱歌之处，侗族人思想开放而文明，火堂更是青年男女坐夜、对歌的场所。

二、侗族古住宅构架营造三维虚拟展示设计意义

1.还原侗族古住宅原貌，再现建筑真实性

在侗族的古住宅中，基本为木架结构，大多都能保存至今，展现了其良好的结构特性，但木架结构的住宅由于地震、风化、火灾等不可避免的灾难，部分住宅被破损甚至遭到毁坏，因而部分年轻一代的侗族村民选择用坚固、易保存的水泥房取而代之，这就导致了侗族古住宅丧失了原来的样貌。而且加之目前国家城镇化脚步的不断加快，越来越多的侗民，特别是年轻一辈都加入了改革大军的行列，侗族古住宅也将面临着“独守空房”的地步，这必然导致古住宅的步入常年失修的境地。因此，借助当今时代春风，依靠三维虚拟技术还原其本身原貌，再现建筑真实性，将文物实体通过影像数据采集手段，建立起三维或模型数据库，保存文物原有的各项形式数据和空间关系等重要资源，实现濒临文物和文化遗产资源的科学、高精度和永久的保存，对侗族古住宅的有效保护起到一定保障作用。

2.虚拟侗族古住宅场景，增强文化传播性

侗族古住宅场景作为广西非物质文化遗产中的一个重要组成部分，在传播和教育两个方面一直受制地域因素这一瓶颈。而传统的宣传效果只能提供静态局部的视觉体验，而通过三维虚拟现实技术，可以让用户在虚拟现实系统中自由行走、任意观看，突破了传统三维动画被动观察无法互动的难关，给目标客户带来了难以比拟的真实感与现场感，大大加强了侗族古住宅的宣传效果和力度。同时，还可以应用在网络和多媒体中，更方便、更快捷的多途径传播相关信息，实现资源共享，真正成为全社会可以拥有的文化资源。

三、侗族古住宅构架营造三维虚拟展示设计策略

三维虚拟展示设计，是以计算机仿真为基础的现代设计方法与技术，利用计算机模拟技术，在充分调查研究与掌握相关数据的基础上，采用先进的三维建模技术，虚拟现实设计技术及网络多媒体等多种技术融合完成的设计。

虚拟现实技术展示设计技术符合侗族住宅整体布陈的理念，反映地理环境特征。侗族自古以来依山建寨，傍水而居，大的侗寨有几百户，小的也有几十户，山上树木葱郁，人们就地取材，建制木楼，住宅楼因地制宜地围绕着鼓楼建造，在侗寨里的鼓楼往往是以姓氏群体建造，鼓楼旁边基本是同姓氏族人居住（如图1）。所以，寨子中有几座鼓楼就有多少个姓氏族人。侗族住宅楼虽是单体建筑，但它以量成为寨子的主体。

图1　侗族住宅及鼓楼三维模型展示设计Figure 4 Dong residential and Gulou 3D model display design

虚拟展示设计的功能就是模拟逼真，再现建筑真实性，反映侗族古住宅清晰的木架结构和正确的民族风俗与建筑文化理念，从而保存科学数据，保护生态博物馆馆藏中任何一件藏品。如侗族修建的住宅楼（吊脚楼）（如图2），木楼以大圆杉木为架，宽厚的木板作壁，房舍建筑端庄，或三层或四层，其下层放置农具、家畜、柴火等；二层设火堂、厅廊；三、四层为卧室及仓库，每层均遵循均衡、对称、和谐等美学进行营造，通过柱子、枋、挂等部件进行横竖穿插结构，基础本是运用直线、折线作多重组合，比例协调、规整完美地体现了侗族工匠高超的木结构建筑营造技艺。侗族木构住宅建造过程中不用一个铁钉，全用榫卯连接，结构牢固，榫接慎密。为精确反应这一技艺的真实性，在建模时，模型力求外型、结构准确、生活用具真实，精确到每一处细节。

图2　侗族住宅（吊脚楼）三维模型展示设计

为更好地展示侗族住宅这一建筑特色文化与功能，达到有效的宣传和保护，在虚拟场景中要融入更多的交互功能，我们需要使用虚拟漫游技术，对侗族示范户进行漫游。虚拟漫游技术的实现依赖于模型，没有这些三维场景就不能实现在这些场景的虚拟空间中漫游，因此我们主要需完成以下几个步骤：

第一，对侗族古住宅的真实面貌进行数据采集，通过互联网收集、查阅书籍文献、实地考察等方式将真实的数据进行较为完整的记录；第二，对模型进行设计制作，在这个阶段我们主要选择3DMAX或Maya以及AutoCAD来完成古住宅外部及内部结构的三维几何建模、行为建模、物理建模、对象性建模以及模型切分等，在经过在虚拟环境中贴图、优化、烘焙、选取适合光线等过程，还原真实木楼及生活用品材质，最后进行整合渲染；第三，虚拟漫游设计，此阶段主要完成用户作为第一人称或第三人称感官体验前面利用三维虚拟建模技术建造的场景，并实现与场景的一些特定交互；第四，测试与修复，我们主要将虚拟漫游过程与实际游览过程进行对比测试，尽量优化整个过程。

在运用三维虚拟现实技术展示侗族木结构古住宅的过程中，我们不难发现，和大多数三维虚拟技术实现的对象来比较，由于所要展示的内容有少数民族的特色，所以在设计的时候需要多注意文化元素和局部细节的建设，这让我们侗寨的结构又有了新的认识。例如：其地理位置一般依山傍水，多以“鼓楼”作为建筑的制高点、开头部分，然后向四周扩散，而通常会以“风雨桥”作为建筑的收尾部分。而且“鼓楼”的瓦顶平面多为正方形、六边形和八边形，瓦砾数目多为偶数，一般以奇数分层，大多数都是在三层或五层。不用任何一颗铁钉，全都是用凿榫连接，结构牢固，连接缜密。它不仅是侗族村寨的主要标志，还是侗族村寨祭祀、唱歌、商事、娱乐、跳舞、庆典、迎宾等重要事宜的关键场所。三维虚拟现实技术要还原展示所有的风貌，就必然会将历史事迹、典故传说、民间传统故事等挖掘出来，做入交互体系之中。因此通过三维虚拟现实技术展示的时候，一些侗族木结构古住宅的特点元素也将被完全剖析出来。

四、总结

用三维虚拟技术来对文化遗产的保护具有重大的理论价值和实际意义。首先，利用现代科技与技术有效地提高侗族生态博物馆中馆藏品保护的技术水平；其次通过影像采集数据，建立实物三维或模型数据库，保存侗族木构住宅楼原有的各项形式数据和空间关系等重要资源，实现博物馆藏品存档及永久性保存，同时通过有效的交互、逼真的虚拟漫游设计推动侗族独特的建筑文化的传播与传承，三维虚拟技术使侗族木构住宅楼超越地域与职业限制，实现资源共享与利用，实现文物展示和保护。

参考文献：

[1]李芳，肖洪，杨波.三维数字校园的设计与实现[J].系统仿真技术，2010（1）.

[2]彭国斌.广西三江侗族生态博物馆虚拟展示设计研究[J].装饰，2012（6）.

[3]刘振才.三维动画制作基础Ⅱ[M].海洋出版社，2008.

[4]阎旭红，刘子建.浅谈虚拟现实技术在产品设计中的应用[J].前言，2010（15）.

[5]王其钧.中国建筑图解词典[M].工业出版社，2006.

杨倩，桂林电子科技大学讲师，硕士，研究方向：动画及大学生新媒体教育。

罗兴华，桂林电子科技大学教授，硕士生导师，研究方向：数字媒体设计与传统文化、国画。

作者简介：