古建修复（共5篇）
古建修复 篇1
摘要：根据闽南地区的特点,结合古建筑的加固原则,从木结构的加固和砖石结构的加固两方面深入探讨了闽南古建筑加固修复的对策,并对与闽南古建筑加固的其他相关问题进行了分析,强调了古建筑加固“整旧如新”的问题应该得到有效的控制和解决。
关键词：古建筑,加固,木结构,砖石结构
闽南地区古建筑众多,但由于种种原因,很多古建筑得不到应有的保护与修缮,现在都存在不同程度的破损,因此必须采用合理的补强方法进行加固,以提高古建筑的使用寿命,保护历史文化遗产。由于对古建筑加固和维护的原则和方法认识掌握不够,“整旧如新”的现象普遍存在,每一次整修多不是局部修缮而是整体翻新,造成了对古建筑的一次次破坏。本文从古建筑加固的基本原则出发,结合闽南地区特点和最新的建筑结构加固技术,对其加固修复方法进行了初步的探讨。
1 古建筑加固的基本原则
1)选材。古建筑多以砖、石、木为主要结构材料,而胶结用料多以黄泥浆或白灰为主。因此,在维修加固时,要多选用木材、砖石和石灰等传统的建筑用料。2)手法。要多用暗加固,在“暗”字上下功夫,尽量少用明加固、明作法。所谓“暗”,就是要尽量在古建筑物的里面做文章,以不至于破坏其原有外貌又收到加固的效果。3)做土。要达到“整旧如旧”,仍须留有古朴典雅的风貌,尤其是对一些砖石建筑、木结构建筑更应特别注意做土,维修某一朝代的遗物,就应有其朝代的特点,如宋、元时期的额杭,多为倒角,在维修更换新料时,也要倒角,否则就失去宋、元特点。4)加固维修结合。多数古建筑历经沧桑,有不同程度的损坏,均急需正常的维修。因此,将正常的维修与抗震加固结合起来一并进行,这样做不仅使古建筑得以复原,而且也提高了抗震能力,是一个保护古建筑的好办法。对于能够加固的构件,绝不替换。
2 闽南古建筑加固修复对策初探
2.1 木结构的加固
2.1.1 传统的木构件加固方法
国内用于加固木构架的方法主要有:加钉法、螺栓加固法、加箍法、拉杆法、附加梁板法、加位板法和附加断面法等。
对于木构架中梁、枋、桁等受弯构件,由于年久漏朽、风化、虫蛀或荷载加大等原因,出现弯曲、裂缝、断裂等现象,对此常用的加固方法有:加箍法、托钢法、钢加固法、上下附加构件法、局部更换法、修补法和补强法等。
由于木柱受潮或屋顶荷载的影响,柱体往往有劈裂、槽朽现象。劈裂的处理,常用嵌补法,当裂缝宽度不超过3 mm时,补腻子后进行表面修饰与原木纹相符,当裂缝宽度在3 mm～30 mm之间时,用同种木质嵌补后进行表面修补与原木纹相符;当裂缝宽度超过30 mm时,采用嵌补加箍法。槽朽的处理,根据槽朽的程度,可使用不同的加固方法,有巴掌榫、抄手榫、蝗螂头榫和垫墩等方法;而当槽朽不能承重时,就要考虑换柱,通常采用的方法是“打牮拔正”,即用简立牮件顶住梁架,以升高梁位来更换和扶正柱子。
2.1.2 FRP加固木结构方法
纤维增强复合塑料(Fiber Reinforced Plastics)加固木结构具有以下优点:1)材料强度高;2)体积小,重量轻,不增加构件尺寸;3)耐腐蚀;4)耐火性能好;5)防水性能好,施工方便快捷;6)符合木结构古建筑围护要求“暗”的手法。
采用FRP布或是FRP筋材等运用于木结构中木梁、木柱、榫卯节点的一些加固形式(见图1～图3)。
FRP加固木结构施工要点:1)木材除腐与驱虫;2)裂缝修补对较大面积木材的缺损和大于20 mm的裂缝,采用同等材质的木条进行修补,然后在构件表面的裂缝处采用环氧树脂进行压力灌浆封闭处理;对于小于20 mm的裂缝,用环氧树脂胶进行表面涂抹封闭;当构件表面凹凸不平时,应用找平材料(环氧砂浆)将缺陷部位填补平整,待找平材料表面指触干燥、灌浆材料达到一定强度后,再进行下一道工序;3)基面清洗结构或构件表面打磨确定出粘贴纤维布的区域;4)粘贴过程要求平整、顺直,不得有波纹、皱折或位置偏差;5)养护期一般为1周～2周;6)表面涂装养护完毕以后,在纤维布表面涂抹一层基底树脂;待基底树脂指触干燥后,外抹面层材料做面层;最后在其表面涂刷耐火、防虫涂料。
在已有的工程应用中[2],FRP都起到了很好的加固效果,既提高了强度,又丝毫不影响建筑的外观,做到“修旧如旧”。
2.2 砖石结构的加固对策
2.2.1 砖(石)墙体的加固方法
一般的墙体加固方法为墙面布网法和外包钢板紧箍法,即采用钢筋(丝)网水泥砂浆面层对墙体进行加固处理,或是在墙体两侧包以钢板或型钢(即钢板用粘结剂直接粘在砌体的墙面或端部)并在水平方向用缀板使竖向钢构件形成整体,以提高墙体的抗震承载力及房屋的整体性。外墙用单面法加固内侧,内墙用双面法加固。由于建筑物建造时基本上都没有考虑抗震,对于墙体加固时应按照JGJ 116-98建筑抗震加固技术规程中的相关公式进行抗震验算,同时采取一定的构造措施。
纤维增强复合材料因其独具的优势同样越来越多地用于砖(石)墙体加固,其加固工艺大致如下:
1)凿除墙面上的粉刷层,露出砖(石)砌体;
2)用环氧胶泥填充已出现裂缝的灰缝,使灰缝密实;
3)用环氧树脂把粘结纤维布的墙面修补平整;
4)涂刷浸润树脂,粘贴纤维布;
5)每6皮砖在灰缝处设置纤维铆钉,水平方向间距500 mm设置;
6)粘贴好纤维布后,在其上面撒洁净砂,保证粉刷材料与纤维布间有可靠的粘结;
7)墙面粉刷应分层,第一层要揉匀刮糙,第二、第三层再压实抹平。
2.2.2 砖(石)塔体的抗震加固方法
1)局部加固:
对已有裂缝可采用压力灌浆技术。浆液采用化学浆液和水泥浆液,如高分子化合物、水泥砂浆及混合砂浆等,防止塔体“劈裂”和“掉头”。再采用钢板箍、钢筋混凝土箍、砖筋箍或是粘贴纤维材料等方法加固塔体,防止裂缝开展并局部提高砌体的抗剪强度,增强整体性,阻止剪切破坏,提高抗震性能。
2)整体加固:
为保持古塔原貌,增设构造柱与圈梁时应在内部进行,否则影响外观要求,因此可增设构造柱与圈梁,使之形成环箍作用,即类同于框架约束体,从而较大地提高抗震性能。为减小对结构的损伤,构造柱与圈梁一般可采用小截面、高强度混凝土。
3 闽南古建筑加固的其他相关问题
与砖石等无机材料不同,木材是一种生物材料,这种特殊材料是一些木腐菌和昆虫的营养物质,在合适的温湿度条件下五危害生物便会加速繁殖,使木材发生腐朽虫蛀,造成木结构的损毁。这种木材腐朽引起的木结构损毁往往是古建筑木结构修缮的重要起因。日益恶劣的大气环境,酸雨的发生率逐年上升,对砖石结构具有腐朽作用,加速古建筑砖石结构的老化。
因此,在加固古建筑的同时,还应改善其周边环境和通风条件,合理绿化,保持排水通畅,适当限制机动车等在其附近的通行,严格控制古建筑周围的温湿度和空气质量。
4 结语
古建筑加固“整旧如新”的问题应该得到有效的控制和解决。同时,随着建筑材料和施工工艺的日新月异,古建筑结构加固和保护技术也在朝着更合理,更耐久的方向不断地向前发展。
参考文献
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[2]吴志雄.某木结构古民居的加固[J].福建建筑科技,2006(5):18-19.
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[4]JGJ 116-98,建筑抗震加固技术规程[S].
古建修复 篇2
关键词：文物古迹；古建筑；修缮维护
我国文物建筑的保护经过了一个漫长的发展过程。古建筑文物的主要价值在于其历史价值、艺术价值、科学价值。保护古建筑，不仅在于维修方案更重要的是施工，在材料的选择、工艺的程序上都应该认真考虑。每个时期的古建筑细部都不一样，根据当时的社会环境表现出不同的特色。呼和浩特的席力图召是藏传佛教的建筑形态。
一、席力图召的历史与建筑特色
席力图召位于内蒙古呼和浩特市玉泉区南大街，始建于明万历十三年（1585），是藏传佛教格鲁派（黄教）寺庙。其主要殿堂均沿中轴线布置，依次为牌坊、山门、佛殿和经堂。佛殿和山门及两边僧侣活动房形成第一进院落，山门有照壁，院落两边建有钟鼓楼。佛殿和经堂构成第二进院落，院落左右布置有碑亭，为突出大经堂的地位，其下建有高台，门廊前有小广场。中轴线上所有建筑物及院落两旁僧舍均对称布置。除主要殿堂外，其他佛殿和喇嘛僧舍均布置在轴线两侧，且均为院落式布置。
内蒙古地区，尤其西部的藏传佛教寺院有一部分沿袭了藏式建筑的特征：外墙多以砖、石材料砌筑，同时外墙面有明显收分，此类寺院的外观形象与西藏地区寺院相似。但是内蒙古地区藏传佛教建筑，尤其是明朝后期兴建的寺庙，受到当地工匠技法的影响，在与当地民族特色融合后，又常常展现出蒙古地区的地域特点，形成了具有内蒙古族特色的蒙藏汉结合式建筑，并呈现出多样性，尤其是其主体建筑的结构形式，以汉式木构或者木结构与土石混合结构建成的大殿占了很大部分。
（一）研究内容
这次笔者在清华大学建筑学院进行了一次系统全面的古建筑彩绘过程的学习，发现现在的工人已经不能再复原出当时的做法了，很困难，因为现代社会已不再生产那些特殊的工具和材料了，所以古建筑的修复在特定时代下出现了尴尬的局面。如果想达到当时的效果，就要更换操作系统，但是目前看来非常困难，所以我们的研究只提修复意见。在操作层面上学术界也是有争论的，主要体现在材料上，比如，有些材料是现代化了的高效材料，如乳胶，可是在明清是没有乳胶的，只有水胶和骨胶，但是这两样胶非常难以操作，所以有些人建议不使用它，这造成很大的分歧。
（二）调查建筑细部的损毁情况
现在古建筑的修缮基本上是重新做，很少注意细部是怎样的一种工艺。所以在调查的过程中我们要重点把握好细部的做法。
图1中出现了木门框开裂掉皮的现象，而且在整个建筑群中有很多处，造成此类现象的原因有多种：第一，原来出现脱落的时候，在修复时没有打磨露出底层木质，所以这样就等于在有问题的底层上做油漆，它的粘接牢固度肯定较低，经过短时间的风吹日晒，马上又会脱落；第二，通过脱落的部位就可以看出，在木质的底层上面根本没有裹麻，这样木质就会出现变形，造成不均匀的膨胀，使得表皮开裂脱落。
二、调整好修复和保护之间的关系
从古物古迹到文物，再到文化遗产；从“修旧如旧”到“不改变原状”，再到“保护文物环境”；从“坚决保护，严禁破坏”再到 “物质及非物质文化遗产” 全面保护的理念 ，反映出中国文化遗产保护理念和实践的历史过程。
那我们应该怎样保护呢？笔者的考虑是：首先要维持建筑物原来的造型，原来的结构法式，原来的构件质地和原来的制作工艺。如果是保持建筑群的原状，还应该增加一条，就是必须保持原来建筑时期或历史形成的健康的内部环境与周围环境的面貌。
1990年，罗哲文先生在联合国教科文组织召开的亚太地区文物保护会议上发言，进一步归纳了保存文物价值的四个方面，即保存原来的建筑形制，保存原来的建筑结构，保存原来的建筑材料及保存原来的建筑技术。这对我们的保护和修缮工作颇具指导意义。
在现实生活中，恰当的维护能够使古迹更长久地得以保存，所以最大限度地关注古迹，对其进行以预防为主的、不间断的监护和管理，由此避免侵蚀的加剧，也可使古迹免受更大程度的修复。需要注意的是，所有的修复措施都应遵循基本的保护规则，尊重后期添加的部分，避免翻新式或恢复式的修复。
尽管现在古建筑保护方面从理论到实践都比以往有所进步，但在实际中，仍然存在很多忽略保护理念和建筑特点的做法。比如传统建筑工艺失传，甚至一些传统工艺盲目被现代技术所取代，使得一些维修工程的结果偏离了古建筑保护的初衷。加强古建筑保护基础理论的研究要与保护实践相结合。建立科学的古建筑保护研究体系是实现保护理念的重要基础。只有树立科学的保护理念，认真研究每一个保护对象，科学地选择更好的保护途径和方法，才可能促进古建筑保护科技水平的整体提高，才可能最大限度地使文化遗产得到更全面的科学观照和人文关怀。
参考文献：
[1]杨彬.内蒙古西部藏传佛教建筑形态与西藏地区的比较[D].内蒙古工业大学.2009.
[2]梁思成. 梁思成全集（第一卷）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2001.
[3]胡银玉.古建筑营造做法[M].太原：三晋出版社，2011.
作者单位：
古建彩绘修复与保护的研究与实践 篇3
一、伏羲庙牌坊彩绘修补补全的研究
1. 伏羲庙牌坊彩绘保存的现状
“开天明道”牌坊包括两次间、一明间两个部分, 其中两次间地仗已被铲除, 彩绘需重新设置。明间五攒拱雕花皆采用単灰地仗, 拱间板采用透雕。额杨下方的地仗图案非常模糊, 几乎完全丧失保留价值, 因此拟重做一麻五灰地仗。正背面的五组斗拱 (面积约60 m2) 图案色泽古旧自然, 适当的修复处理便可满足保留原彩绘制作技术与制作工艺的历史信息的观赏性信息的要求。总体而言, 伏羲庙牌坊彩绘存在表面颜料局部脱落、局部地仗脱落、表面积尘等问题, 而对明间斗拱的修复需适度协调原彩绘与新作彩绘的视觉效果。
2. 伏羲庙彩绘修复
(1) 档案建立
对修复对象的图像、图片资料及文字资料进行收集。
(2) 清洗
古建筑彩绘的清洗应坚持不破坏地仗层及木构件彩绘、化学试剂不溶解地仗原有粘合剂及彩绘、清洗剂不残留到地仗层及彩绘为原则, 彩绘的清洗方法应视彩绘的不同缺陷而定。古建筑彩绘修复过程应事先对小范围进行试清洗, 由此明确最有效的清洗方法及试剂。其中彩绘表面污垢的清除方法最好采用化学方法及机械方法, 由此实现对原彩绘的保护。
(3) 地仗与颜料的加固
古建筑彩绘颜料及地仗粘合剂的作用力往往受到自然环境风化作用的影响而有所丧失, 甚至引起彩绘层及地仗脱落, 因此极有必要对地仗及彩绘颜料进行加固。地仗及彩绘颜料加固所用的加固剂必须具有抗老化能力强、渗透性好、对环境无污染、对木构件无损害等特点, 例如丙烯酸树脂的三氯乙烷溶液。
(4) 局部补全
考虑到传统工艺及材料的局限性, 古建筑油饰彩画往往容易受到日晒雨淋、温湿度变化、积尘污染等因素的影响而出现严重风化现象。加上古建筑维修过程某些人为因素的破坏及传统保护修复方法的局限性, 古建筑彩绘保护修复工作的实际成效并不大。古建筑油饰彩画修复必须确保原彩绘的审美性, 若仅铲除已风化的油饰彩画进行重绘, 其不仅使油饰彩画完全丢失自身附有的历史信息, 同时新的油饰彩画势必与古建筑自身的风貌不相协调。因此, 有必要采用原工艺及矿物颜料对彩绘表层图案及局部地仗缺失部位进行作旧补全。
(5) 整体封护
全部清洗加固后, 需进行整体封护。其中整体封护的材料应与加固剂的材料相同, 即采用丙烯酸树脂的三氯乙烷溶液。
二、严呐宅明代彩绘的保护研究
1. 江苏明清古建筑彩绘保存的现状
江苏省共分布有74处明清古建筑彩绘, 其中古建筑彩绘的80%采用无地仗层彩绘。江苏明清古建筑彩绘普遍受到严重损坏, 其中彩绘受损与建筑用途、自然环境、建筑用材等因素有关。例如寺庙古建筑彩绘受到香火烟熏的严重影响, 近水古建筑油饰彩画受到潮湿空气的影响而出现掉粉现象, 空气重度污染地区古建筑油饰彩画受到硫化物的作用而严重褪色等。此外, 江苏明清古建筑的苏式彩绘因受到自然风化的影响而日渐出现脱落或斑驳酥粉等问题。
2. 严呐宅明代彩绘保护
(1) 清洗
严呐宅明代彩绘主要受到油性污染物及灰尘的污染, 此类彩绘应选用查皂素热水溶液及毛巾进行热敷清洗, 其中清洗液p H值为7.5。
(2) 纸纱封护
木构件表面的彩绘颜料容易脱落, 加上严呐宅落架整修需撤卸全部木构件, 此时应采用托裱方法依次对木构件彩绘托裱一层宣纸, 宣纸上方覆一层纱布, 以防撤卸过程损伤彩绘。待上架复位后, 再揭去宣纸及纱布。
(3) 剥皮移植
严呐宅古建筑部分木构件被白蚁严重蛀蚀, 此时应采用剥皮移植方法进行缺陷处理, 即首先剔除内部蛀蚀朽烂木质 (保留约2 cm表皮彩绘木质层) , 其次再对彩绘表皮层内侧依次涂刷水腻子、灰层 (大漆调制而成) 、纱布或夏布、大漆, 最后再进行加固处理, 注意加固后的彩绘木质层应敷贴固定到新的木构件表面。
(4) 木构嫁接
严呐宅古建筑部分木构件彩绘保留较完好, 但部分结构受力部位朽烂程度较重, 此时需更换朽烂木构。针对此类问题, 应采用木构嫁接的方法 (与墩接方式类似) 。即用新木材更换掉受力部位, 但保留原彩绘不变。
(5) 白蚁防治
江苏常熟地区是白蚁灾害高发地区, 其中严呐宅古建筑木构件的7/10存在白蚁蛀蚀现象。由于局部木构件存在严重蛀蚀现象, 因此必须对白蚁蚁害进行防治。白蚁防治所用的防治剂由查皂素、狼毒、青蒿等中草药调配而成, 同时掺入一定比例的有机磷药物, 具体采用喷洒加滴注的方法进行白蚁防治。
三、结语
古建筑彩绘修复旨在无限期延长彩绘保存的时间及保持彩绘原面貌不变。古建筑彩绘修复与保护过程, 应根据古建筑所处环境的实际情况具体分析与操作。同时适当采用现代化高科技手段, 实现古建筑彩绘历史信息与历史面貌的完整呈现。本文主要以伏羲庙牌坊彩绘及严呐宅明代彩绘的修复与保护为研究对象展开论述。研究结果表明, 古建筑油饰彩画的保护修复除尽可能采用先进科学技术外, 必须特别注重彩绘固有的观赏特性, 由此确保古建筑群历史的厚重氛围。此外必须立足科学角度, 最大化呈现出古建筑彩绘的美学价值与历史信息。古建筑彩绘修复与保护的方法必须视不同缺陷部位及不同地理环境而定, 注意必须尊重及保持地方特色。
参考文献
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[2]龚德才.传统材料及方法在江苏古建筑彩绘保护中的应用——漫谈江苏常熟严呐宅明代彩绘的保护研究[A].第二届秦俑及彩绘文物保护与研究国际学术研讨会论文集[C], 2009.
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[4]李超.山西南部全国重点文物古建筑保护规划中保护方法研究[D].太原理工大学, 2011.
古建修复 篇4
计算机虚拟色彩修复可以实现古建筑的数字化修复与保存, 预先展现文物修复后的面貌, 检验文物修复技术、手段的可行性;进一步与视觉计算技术相结合, 可以考查文物修复过程中的各项环节和修复后的耐久性。
计算机虚拟色彩修复的关键问题是要解决不同类型的建筑色彩的数据获取。经典的计算机辅助复原工具是交互式图形、图像处理软件, 如Photoshop、Corel Draw等。Photoshop软件的局限是只能表达和处理与内容无关的属性, 如形状和纹理等, 复原得到的结果图像色彩不真实, 特别对于与内容有关的大面积色彩修复是非常欠缺的, 此时使用颜色迁移算法是不错的选择, 目标图像可根据内容迁移多种颜色, 而且无须使用鼠标涂抹, 省时高效。
颜色迁移技术实现将一幅图像的颜色迁移到另一幅图像中, 实际上解决这样一个问题:基于一幅参考图像和一幅目标图像, 合成一幅新图像, 使合成的图像同时具有参考图像的颜色和目标图像的形状、纹理等信息, 即目标图像在不改变它自身所表达的形状、纹理信息的情况下, 学习了参考图像的颜色基调。
2 lαβ颜色空间
颜色空间的选取对图像的颜色迁移算法是否有效有很大的影响, 选择一个合适的颜色空间能够保证颜色迁移结果的准确性。我们常用颜色空间的各分量间都存在一定的相关性, 如RGB空间、LMS空间。改变其中一个分量的值, 必然会影响到其他分量。lαβ空间是基于数据驱动对人类感觉的研究而提出的, 它假设人类的视觉系统理想地适应自然景色的处理, 其中l是非彩色分量表示亮度值, α表示黄一蓝相关颜色值, β表示红一绿相关颜色值。空间基本消除了各分量之间的相关性, 各分量几乎完全独立, 改变任一分量的值时, 对另外两个分量值的影响最小, 且最符合人的视觉感知, 因此, 一般选择用lαβ空间进行图像间的颜色传递。
3 典型的颜色迁移算法
lαβ颜色空间的提出, 为图像颜色迁移的发展奠定了基础。自2001年来, 陆续提出了多种颜色迁移算法, 其中具有典型意义的颜色迁移算法有两个, 一个为Reinhard等人提出的彩色图像间的颜色迁移公式, 另一个为Welsh等人提出灰度图像彩色化算法。Reinhard等人的算法实现两幅彩色图像间的整体颜色迁移, Welsh等人的算法实现了彩色图像颜色向灰度图像的颜色迁移, 这两个算法引导了后续颜色迁移研究的发展。
3.1 彩色图像间色彩传递算法
Reinhard等人根据lαβ颜色空间中各颜色分量不相关的特点, 提出了一组应用于各分量的颜色迁移公式, 实现了彩色图像之间的整体颜色迁移算法。算法的主要过程如下:
(1) 将两幅图像由RGB空间转换至lαβ空间。
(2) 基于色彩空间各分量不相关的特点, 提出一组基于色彩空间各分量的迁移公式 (1) ~ (3) 。
其中, ldst、αdst、βdst分别表示目标图像像素的l、α、β分量, ldst、αdst、βdst表示颜色移后目标图像像素的l、α、β分分量, μldst、μαdst、μβdst与σldst、σαdst、σβdst表示目标图像的三个分量的均值与标准差, μlsrc、μαsrc、μβsrc与σlsrc、σαsrc、σβsrc表示参考图像的三个分量的均值与标准差。上述公式将两幅图像的整体标准差比值作为目标图像每个l、α、β分量值偏差的变化系数, 使目标图像获得参考图像的整体颜色变化信息, 再加上参考图像的l、α、β分量的均值, 然后求得新的数据值赋给目标图像。这个简单的线性变换保证了目标图像和参考图像在lαβ颜色空间中具有相同的均值和方差。
(3) 将迁移合成后的图像转换回RGB空间。
Reinhard等人的算法对于彩色图像间的色彩传递有不错的效果, 但不适用于一幅彩色图像与到一幅灰度图像的颜色迁移。实验证明, 将灰度图像转换为lαβ颜色空间后, l分量记录灰度信息, 而所有像素点的α分量、β分量的值是相同的。根据此特点, 由式 (1) ~ (3) 迁移颜色后, 不能获取参考图像颜色的变换信息, 颜色迁移便无意义。
3.2 灰度图像彩色化算法
Welsh等人提出的灰度图像彩色化算法主要通过查找匹配像素来实现颜色迁移, 由于灰度图像只有亮度信息, 所以主要利用像素的亮度值进行匹配。匹配算法过程如下:
(1) 将两幅图像由RGB空间转换至lαβ空间。
(2) 将颜色图像的亮度映射到灰度图像亮度范围, 并在颜色图像中用抖动栅格随机采样选取一定数量的样本点。
(3) 按扫描线顺序依次遍历灰度图像各像素点, 若当前像素点为P, 则在颜色图像样本集中查找P的最佳匹配样本。匹配是通过像素的亮度值和邻域亮度标准差来判定。邻域亮度标准差是像素P邻域内像素亮度的标准差, 邻域大小一般取5×5。通过比较颜色图像样本集中各像素点与像素P的亮度和邻域亮度标准差的平均值, 选取与该值最相近的为最佳匹配点。将最佳匹配样本的颜色值 (α, β分量的值) 传给目标像素P。
(4) 将迁移合成后的图像转换回RGB空间。
Welsh等人提出的算法能有效地实现灰度图像的彩色化, 但仍存在一些不足。首先, 查找最佳匹配样本点花费较长的时间, 大大降低了算法的执行效率;其次, 该算法仅利用亮度分量来进行最佳匹配, 对亮度与颜色对应的一致性要求很高。
4 应用两种典型颜色迁移算法的古建筑色彩修复展示
本文展示两组应用颜色迁移算法的古建筑色彩修复的实验效果。图1展示了对孔庙古建筑屋顶的色彩修复效果, 图1a为参考图像, 图1b目标图像, 图1c图为采用彩色图像间色彩迁移算法实现的虚拟修复效果图, 图1d图算法为先将目标图像转换成灰度图像后, 然后从彩色图像向灰度图像迁移颜色的效果。如图1所示, 两种算法都能将参考图像的色彩迁移到待修复图像上, 第1种算法将参考图像的亮度信息也迁移到待修复图像中, 而第2种算法没有迁移亮度信息, 两种虚拟修复效果都可为文物修复工作者提供参考。图2展示孔庙古建筑木质纹理的色彩修复, 图2 (c) 为采用彩色图像间色彩迁移算法实现的虚拟修复效果, 图2 (d) 为先将目标图像转换成灰度图像后, 采用从彩色图像向灰度图像迁移颜色的效果。从实验效果上明显看出采用第1种图像迁移算法的修复效果明显比第2种好。
两种典型颜色算法均可以在保存目标图像颜色变化信息的情况下实现两幅图像间颜色的整体迁移, 是一种全局颜色迁移算法, 适合于颜色整体基调单一图像间的颜色迁移。两种算法简洁、高效, 与Photoshop等软件提供的工具相比, 节省了使用鼠标涂抹的时间, 且具有较高的准确性。
5 结语
本文以孔孟古建筑为例, 分析了两种典型颜色迁移算法——彩色图像间色彩传递算法和灰度图像彩色化算法在古建筑虚拟色彩修复中的应用, 阐述了它们的优缺点及应用特点, 为文物古迹的修复提供参考与借鉴。实验结果表明颜色迁移算法可成为古建筑虚拟色彩修复的有效工具。
参考文献
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古建修复 篇5
一、建筑动画虚拟技术
建筑动画虚拟技术, 是一种将计算机图形学、计算机图象学、虚拟现实及仿真学等多种科学技术融合起来;可以将人们难以想象的现已经不复存在的古建筑景观通过三维动画影片的形式设计再现出来;其原理是通过计算机虚拟软件设计出来的建筑实物造型、纹理、质感、环境、灯光、动态和特效等, 电脑计算生成连续的三维立体画面影片, 它也可以让用户和虚拟场景进行实时的人机交互。
现今, 建筑动画产业日益发展, 在各个领域的应用也越加广泛。针对我国古建筑的修复与保护逐渐成为社会需求的重中之重, 建筑动画镜头设计能够完美的达到虚拟现实古建筑仿真的效果, 通过分析古建筑的历史场景, 对古建筑进行全方位设计, 结合真实场景和虚拟古建筑素材的应用, 最终完成整个古建筑群的建筑布局虚拟再现。
二、吉林省古遗址的修复保护
(一) 吉林省古遗址留存的情况
吉林省内古遗址年代及留存情况:1. 旧石器时代:榆树人遗址。2. 新石器时代:敖包山遗址、双塔屯东岗遗址。3. 青铜时代:长蛇山遗址、猴石山遗址。4. 辽金:石头城子城址、大坡古城。5. 汉代时期:高句丽古城。6. 明代:乌拉古城。7. 伪满时期:伪满洲国皇宫旧址等具有地域历史特色的古遗址。
(二) 古遗址保护的意义
古遗址资源是历史文化资源中一种独特的自然资源, 是一种不可再生资源, 是一种特殊的历史文化产物。但是随着时间的变迁, 人类和自然的日益影响, 文物不断遭到破坏侵蚀。古遗址里存在大批量的文物, 都具有独特的造型和丰富的色彩, 但是这些古建筑和文物都很容易表皮脱落和退色。即便在人工修复下, 也无法长时间的保存下去。人们利用影像等技术记录信息, 可是这些图片与视频资料可以保存现有的文物状态, 是无法再现古建筑的。现在, 我们可以利用电脑三维技术模拟仿真, 对其色彩和外形进行修复, 通过技术手段表现其原本的重量和质感, 这样即不破坏文物本身的安全, 更可以完好的保存文物。
吉林省古遗址现存一些问题, 首先由于古遗址大都遍布辽东丘陵地区 , 不仅仅数量大, 而且保护资金有限, 人力物力均不稳定。其次保护范围划分的不清晰而且没有针对性。最后缺乏对古遗址有效地保护措施 , 大多与先进的科技手段没有结合。
(三) 古遗址保护的可行性方法
博物馆式保护 : 是最有效、最直接、最全面的一种保护方法。可按照古遗址区域的不同、类别的不同、形式的不同对部分古遗址进行博物馆式保护。未来还可以组建现在世界最前沿的——数字虚拟博物馆, 以一种全新的多维方式进行文物的数字化数据的记录、影像真实记录和数字三维修复记录等。
古遗址的虚拟修复保护:是根据古建筑的受损程度达到最佳完善的办法之一。对于一些已经被损坏污染严重的古遗址, 可以采取局部不开放参观政策, 通过三维建筑动画虚拟技术的表现方式, 制作出真实的和虚拟的古遗址修复影片, 对于一些古遗址可以进行再现重建, 来向人们展示这些古文化遗址的前世今生。
(四) 案例分析:吉林省集安高句丽古遗址修复。此案例现已在我院建筑动画工作室进行了影片修复再现
1. 吉林省集安高句丽古遗址的现状
集安高句丽古城遗址现位于吉林省集安市。高句丽民族, 是中国东北地区的古老民族, 高句丽政权始于公元前三十七年, 止于公元六百六十八年, 集安现有高句丽遗址36处, 古代城址8处, 古墓群75处、6974座, 碑碣石刻7处。2004年7月1日, 以“东方金字塔”将军坟、“海东第一碑”好太王碑、“东北亚的敦煌”五盔坟4号墓、5号墓等为代表的集安高句丽王城、王陵及贵族墓葬被联合国教科文组织列入——世界文化遗产名录。使得这个并不为人所熟知的中国历史文化遗产开始受到世人瞩目。集安墓葬在高句丽王城外, 近7000座位于群山环抱的洞沟古墓群中, 其中多处大型高句丽王陵及王室贵族壁画墓, 高句丽中古城墓室虽距今已有千余年, 但至今仍色彩鲜艳, 文化及内容极其丰富, 从不同侧面反映了高句丽民族的历史进程。
2. 高句丽古遗址修复的方法
古建筑外立面修复, 不仅可以加强高句丽古遗址整体的容貌感, 更可以使人们更清晰、直观的欣赏到高句丽古遗址的重点细节之美以及当时的雄礴伟岸。
古建筑室内修复, 想要科学有限的保护古遗址, 必须从自然环境、工程地质和保存现状入手, 分析研究遗址破坏的机理, 研制保护加固材料, 筛选适宜的工程措施和加固工艺方法。
古遗址建筑动画虚拟三维设计修复。在没有高句丽古遗址历史资料图片和原型图纸参考重建修复的情况下, 要根据历史典籍设计表现出具有代表性的高句丽古遗址的真容。高句丽古遗址作为世界遗产的历史文物, 必须做到精确的仿真设计复原。
3. 建筑动画虚拟三维技术在集安高句丽古建筑修复中的应用
建筑动画技术是在计算机中建立一个虚拟的三维场景, 在这个虚拟的三维场景中按动画剧本要求表现古建筑对象。
首先, 是总体设计的阶段, 要先设计创作集安高句丽古建筑动画剧本, 最重要的是用画面表现视觉运动。我们为了修复集安高句丽古建筑, 通过网络、书籍和影视等媒介, 根据文献的记载和古建现存的遗址, 寻找集安高句丽古建筑的全部资料, 借鉴文献记载进行研讨整理, 模拟的展现已经损坏或者已经泯灭的遗存和遗址。通过前期分镜头绘图及撰写, 将高句丽古城镜头总体框架设计表现出来。确立高句丽古遗址的经济区、住宅区、行政区、市政区等几项重要区域, 对几大区域进行细化分类。
其次, 是动画设计制作阶段, 1、设计工作是在高句丽古建筑动画剧本的基础上, 应用3DMAX软件进行三维虚拟古建筑场景模型的创建, 辅助软件Auto CAD和Photo shop软件。按照古建筑主次的关系、远近的结合以及简模与精模的对比, 先建立整个古遗址大全景数字模型, 然后根据区域划分做不同地区各类场景模型的建立。2、对模型进行材质的赋予, 赋材质时要根据不同材质的质感进行参数调节。3、进行灯光的设计调节, 打灯光时首先建立一个模拟太阳光, 起到总光源的作用, 然后进行个别补光, 特殊地方特殊打光, 使整体虚拟场景模拟的更真实、更贴切生活。4、做摄像机镜头运动调制, 打摄像机时要注意镜头的变化与切换, 根据不同地区、不同场景、不同需要进行镜头的前推、后拉、左移、右摆、摇转等变化。5、动画场景渲染, 让计算机自动数字运算, 本案例应用VRay渲染器进行渲染。6、后期合成, 软件以AE为主, 以Premiere为辅, 通过AE特效设计技术制作片头、片尾, 以及对渲染出来的场景进行合成, 后期的配合包含配乐、特效、剪辑合成等。最后通过连接的方式生成动态的虚拟动画影片视频。
三、建筑动画虚拟三维技术应用在吉林省古建筑旅游开发再利用的可行性
一直以来古建筑旅游开发再利用产业的发展与古遗址保护之间, 都存在着矛盾。我们都可以想象古建筑旅游产业对吉林省旅游经济所能产生的巨大的不可估量的能量。但是, 如果长期的发展古建筑旅游产业肯定会对我们的保护省内古建筑的初衷矛盾。我认为, 建筑动画虚拟三维技术可以使这两个方面紧密统一起来。使它们即是相辅相成、相互促进的关系, 又是相互完善的统一体。比如, 我们可以控制近距离和关闭一些局部的遭受环境污染和人为破坏严重的景区, 在景区外设立建筑动画虚拟三维影片播放区, 这样在保护古建筑的基础上又满足了游客的游览感受需要。也可以利用虚拟现实技术使游客和古建筑产生虚拟的人机互动, 增加古建筑旅游的知识性和趣味性。古建筑遗址作为长足发展的地方旅游产业部署, 政府和管理部门应当制定一系列措施, 应用三维动画技术使文物资源及古遗址的修复成为吉林省旅游产业发展的永生资源。
(一) 建筑动画虚拟三维技术可以应用于吉林省古建筑旅游开发再利用的规划
建筑动画虚拟三维技术可以对吉林省古建筑旅游景点景区的开发规划建设进行指导。对需要开发的景区分区域进行虚拟开发设计规划制作, 可以提前在未投入大量的人力和物力的情况下, 分析研究开发景区的建设效果, 规避景区开发各种弊端, 节约资源。由于通常这种古遗址景区的范围太大, 不方便每个景点的监控管理。通过三维动画技术在古遗址旅游景区的虚拟呈现, 旅游管理部门能够从直观的、立体的虚拟空间进行指挥管理。通过三维动画技术表现提示辅助旅游规划部分更加科学合理地进行旅游规划和管理, 实现旅游资源的可持续发展。
(二) 建筑动画虚拟三维技术可以促进吉林省古建筑旅游营销
吉林省古建筑旅游营销结合三维虚拟技术, 可以对现在旅游景观进行虚拟旅游, 这种虚拟旅游可以是现实景点, 也可以是互联网上的新兴产业。它可以让景区游客全景式地了解风景区概貌, 更直观地了解各景点地形地貌及旅游线路, 即宣传了旅游资源又方便了消费者, 起到了预先宣传、扩大影响力和吸引游客的营销作用。
(三) 建筑动画虚拟三维技术对未来吉林省古建筑网络虚拟旅游的展望
未来我们甚至可以建立个吉林省古建筑旅游网站平台, 通过建筑动画三维技术和虚拟现实技术等多种科技相结合, 制作大型的全辐射景区影像数据库, 让全世界的游客在网上进行古建筑景点的消费游览, 这种足不出户的虚拟旅游方式可能是未来推动吉林省或全世界旅游产业经济发展的全新形式。
随着虚拟仿真技术飞速发展, 文化遗产修复事业得到了全国各界的高度重视, 古代建筑修复与再利用也成为了一个新的研究领域。建筑动画虚拟技术为古建筑提供了新的修复技术, 为我国古建筑保护起到了重要的推动作用。建筑动画的虚拟修复不仅可以重新呈现古建筑遗存和遗址, 而且此技术可以为吉林省旅游开发再利用带来了全新的可行性发展。
摘要：中华五千年历经漫长岁月的变迁, 吉林省内的古代建筑已经遭到不同程度的损坏, 现在采取有效的古建筑修复和文物开发再利用的措施已经显得尤为重要。在此背景下, 三维建筑动画虚拟技术与吉林省古建筑保护修复设计和吉林省旅游开发再利用的结合势在必行。电脑三维虚拟技术应用的科技发展, 对古代建筑进行可行的虚拟的仿真和数字化三维建筑影片设计成为了我们新的研究领域。
关键词：建筑动画,吉林省古建筑,修复保护,再利用
参考文献
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