喬澤廟戲臺(tái)的數(shù)字測(cè)繪與重建

張曉 王乙惠 馬蓉青

摘 要：山西臨汾喬澤廟戲臺(tái)是我國(guó)現(xiàn)存12座元代戲臺(tái)中規(guī)模最大的一座，是珍貴的“物質(zhì)”與“非物質(zhì)”雙遺產(chǎn)。文章旨在利用數(shù)字測(cè)繪與重建技術(shù)，研究喬澤廟戲臺(tái)三維掃描、點(diǎn)云處理、模型構(gòu)建的方法，探究如何利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)古戲臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)，將其歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值永久保存并傳承。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)虧蓮R戲臺(tái);數(shù)字測(cè)繪;文化遺產(chǎn)

山西地處華北地區(qū)黃河?xùn)|側(cè)、太行之右，是中華文化的重要發(fā)祥地之一。本區(qū)域古代戲曲文化十分豐富，被譽(yù)為“中國(guó)戲曲的搖籃”。戲曲文化的發(fā)展促進(jìn)了戲場(chǎng)建筑的產(chǎn)生，山西境內(nèi)現(xiàn)存的元、明、清戲臺(tái)建筑1000余座，位居全國(guó)首位。全國(guó)現(xiàn)存元代戲臺(tái)建筑12座，喬澤廟戲臺(tái)是目前中國(guó)所發(fā)現(xiàn)的面積最大的元代戲臺(tái)，具有較高的文物價(jià)值，2006年被列為第六批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。

1 喬澤廟戲臺(tái)現(xiàn)狀及研究?jī)r(jià)值

喬澤廟戲臺(tái)位于山西省臨汾市翼城縣南3.5千米處的武池村內(nèi)，是喬澤廟內(nèi)現(xiàn)存的唯一一座元代建筑。喬澤廟為水神廟，該廟創(chuàng)建于元泰定元年（1324），其功能主要用于祭祀。據(jù)城縣廟宇碑刻資料記載：“今南梁村之東約二里，有一泉，其源奮涌，清泠可愛。因其泉而有廟貌焉，亦甚嚴(yán)潔，凡有水旱疾疫之災(zāi)，禱之無不應(yīng)者，福蔭萬(wàn)室，澤潤(rùn)一方……下迄于宋大觀四年間，縣宰王君邇會(huì)合邑人，愿集神前后響應(yīng)之實(shí)以聞朝廷。至五年，賜號(hào)曰喬澤廟?！雹倜磕耆鲁醢宋涑卮宓膹R會(huì)都舉辦“行幡”的活動(dòng)，在戲臺(tái)脊頂上臨時(shí)增加兩層“山棚”，一層用于唱戲，二層用于表演琴書，三層用于表演木偶，場(chǎng)面異常熱鬧。依據(jù)翼城古戲臺(tái)調(diào)查，喬澤廟原本規(guī)模宏偉、氣勢(shì)非凡，布局也十分嚴(yán)謹(jǐn)，然而后來由于戰(zhàn)亂，喬澤廟內(nèi)的大殿、獻(xiàn)殿、廊坊、山門等建筑都遭受毀壞，只有喬澤廟戲臺(tái)幸免于難，屹立不倒，保存至今。②從戲臺(tái)梁架的題記可知，喬澤廟戲臺(tái)創(chuàng)建于大元國(guó)泰定元年（1324）十二月十七日，曾先后于清康熙三十二年（1693）、清乾隆十一年（1746）、清道光三年（1823）重修，戲臺(tái)的形制由三面觀向一面觀轉(zhuǎn)化，現(xiàn)存的喬澤廟戲臺(tái)是經(jīng)過修整后恢復(fù)的原本式樣?，F(xiàn)存喬澤廟戲臺(tái)坐南朝北，平面基本呈正方形，磚砌臺(tái)基，屋頂樣式為單檐歇山頂。戲臺(tái)可三面觀看，三面敞開格局的戲臺(tái)可以在一定程度上擴(kuò)大觀眾的角度視野，也提高了戲臺(tái)場(chǎng)地的利用率，提升觀眾的觀戲效果。臺(tái)內(nèi)無前后場(chǎng)之分，沿襲了我國(guó)宋金時(shí)期舞亭建筑的固有格局。戲臺(tái)的四角設(shè)有立柱，兩面山墻前端各設(shè)一根輔柱，后檐設(shè)有兩根平柱立于墻內(nèi)。四根角柱上設(shè)有“丁”字形雀替，額枋上施斗拱，上承抹角梁，抹角梁中間施“十”字形雀替，上承第二層框架施斗拱，再設(shè)八邊形框架施斗拱匯合于中心，形成八字形藻井。喬澤廟戲臺(tái)整體結(jié)構(gòu)造型美觀，嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)整，構(gòu)思巧妙。

喬澤廟戲臺(tái)作為現(xiàn)存元代戲臺(tái)中面積、規(guī)模最大的一座，其承載著重要的戲曲文化、歷史文化等價(jià)值，但由于戲臺(tái)坐落于偏僻的鄉(xiāng)間、村落之中，交通極為不便，人們只能止步于大腦的想象與理解中，無法身臨其境地感受戲臺(tái)文化遺產(chǎn)的價(jià)值魅力。本文通過數(shù)字測(cè)繪重建喬澤廟戲臺(tái)，研究其蘊(yùn)含的歷史、藝術(shù)與科學(xué)價(jià)值，通過數(shù)字化方式使人們更好地理解與傳承其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)理論，展示元代戲臺(tái)深厚的文化底蘊(yùn)，也為古戲臺(tái)等文化遺產(chǎn)的數(shù)字化研究提供一個(gè)參考。

2 文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)研究現(xiàn)狀

隨著科技高速發(fā)展，數(shù)字化保護(hù)已成為文化遺產(chǎn)保護(hù)的重要研究領(lǐng)域，三維激光掃描、近景攝影測(cè)量、三維建模等數(shù)字測(cè)繪與重建也成為數(shù)字化保護(hù)技術(shù)的重要組成部分。1992年，聯(lián)合國(guó)教科文組織實(shí)施“世界的記憶”，開啟對(duì)世界文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)。近30年，數(shù)字化保護(hù)技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，涉及三維掃描、近景攝影測(cè)量、遙感測(cè)繪、GIS、三維建模、數(shù)字圖像、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)。在歐美國(guó)家，美國(guó)斯坦福大學(xué)的數(shù)字米開朗①、瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的虛擬圣索菲亞大教堂②等。國(guó)內(nèi)，莫高窟三維數(shù)字化保護(hù)技術(shù)③、敦煌石窟壁畫數(shù)字化保護(hù)與修復(fù)④、三維激光掃描在故宮測(cè)繪中的應(yīng)用⑤、三維掃描在古建修繕中的應(yīng)用⑥等一系列研究，引領(lǐng)文物數(shù)字測(cè)繪與重建的發(fā)展，促進(jìn)文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)與利用的快速增長(zhǎng)。例如，敦煌研究院的“數(shù)字敦煌”，不但實(shí)現(xiàn)莫高窟的三維掃描、數(shù)字存儲(chǔ)、數(shù)字修復(fù)、數(shù)字復(fù)原等數(shù)字化保護(hù)，還將數(shù)字成果利用VR/AR、全息投影、三維沉浸等方式進(jìn)行文化傳承，真正實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)的保護(hù)利用。⑦此外，故宮博物院的“數(shù)字故宮”、云岡石窟3D打印一比一復(fù)原第12窟、天龍山石窟數(shù)字復(fù)原流失海外100余造像等都堪稱數(shù)字化保護(hù)的典范。

古戲臺(tái)作為古建筑，由于建筑體量小、分散于偏遠(yuǎn)村落，數(shù)字化保護(hù)較弱，但近年也有發(fā)展，如樂平古戲臺(tái)的數(shù)字化保護(hù)與傳承等。2018年，課題組對(duì)山西古戲臺(tái)數(shù)字化保護(hù)與傳承進(jìn)行研究，本文以臨汾喬澤廟戲臺(tái)為例，解讀數(shù)字化保護(hù)中如何對(duì)古戲臺(tái)進(jìn)行數(shù)字測(cè)繪與重建。

3 喬澤廟戲臺(tái)數(shù)字測(cè)繪與重建

喬澤廟戲臺(tái)的數(shù)字測(cè)繪與重建分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型構(gòu)建和紋理映射四部分實(shí)現(xiàn)。

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集包括三維激光掃描、高清圖像拍攝和無人機(jī)拍攝三部分，分別獲取戲臺(tái)的幾何特征、紋理特征，2019年課題組對(duì)臨汾市翼城縣喬澤廟戲臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察和數(shù)字測(cè)繪。三維激光掃描用Leica三維激光掃描儀多站點(diǎn)圍繞戲臺(tái)掃描，獲取戲臺(tái)內(nèi)部和周邊相關(guān)區(qū)域的高精度彩色點(diǎn)云，掃描結(jié)果為帶有RGB信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于戲臺(tái)模型構(gòu)建。圖1為數(shù)據(jù)掃描現(xiàn)場(chǎng)。高清圖像拍攝采用佳能5D4相機(jī)，拍攝戲臺(tái)整體或局部圖像和用于貼圖的紋理高清圖像，戲臺(tái)高處采用架梯拍攝。圖2為圖像拍攝現(xiàn)場(chǎng)。喬澤廟整體空間布局和戲臺(tái)頂部圖像通過無人機(jī)拍攝完成，并保證圖像色彩的最大還原，為后期模型構(gòu)建和紋理映射提供重要參考。

3.2 數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)采集完成之后，需要將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理包括點(diǎn)云和圖像兩個(gè)部分。點(diǎn)云處理采用Leica cyclone軟件對(duì)戲臺(tái)整體點(diǎn)云分別進(jìn)行預(yù)處理、配準(zhǔn)、融合等操作，得到一個(gè)完整、精簡(jiǎn)且無多余點(diǎn)云的戲臺(tái)整體（圖3）。圖像處理采用Photoshop軟件。由于拍攝過程中環(huán)境和光線的問題，圖像之間會(huì)存在一定的偏色或色差，因此需要對(duì)部分圖像進(jìn)行整體或局部的處理（圖4），其目的是為之后的紋理映射提供前期基礎(chǔ)。

3.3 模型構(gòu)建

模型構(gòu)建分為CAD圖繪制和三維建模。依據(jù)掃描數(shù)據(jù)，首先繪制古戲臺(tái)的三視圖，將DXF格式點(diǎn)云導(dǎo)入CAD，把點(diǎn)云切換至前視圖角度，分別從下往上測(cè)量戲臺(tái)各個(gè)構(gòu)件的尺寸，完成古戲臺(tái)前視圖的制作。以此類推，完成戲臺(tái)的平面、立面、剖面圖及結(jié)構(gòu)詳圖。圖5為CAD圖繪制。對(duì)于細(xì)節(jié)部分，特別是戲臺(tái)斗拱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需對(duì)應(yīng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及拍攝照片自下多角度精細(xì)測(cè)量，逐層（鋪）向上，測(cè)量每個(gè)斗、拱、昂的尺寸及解析它們之間榫卯穿插關(guān)系。戲臺(tái)建筑極具特色，建筑工藝精良，繪制的CAD圖紙為戲臺(tái)的修復(fù)提供了最真實(shí)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。三維構(gòu)建采用3DS MAX等建模軟件，根據(jù)CAD圖按照戲臺(tái)原址現(xiàn)狀尺寸1∶1建模。圖6為模型構(gòu)建，得到一個(gè)精準(zhǔn)完整的戲臺(tái)素模。

3.4 紋理映射

在完成數(shù)據(jù)處理和模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，對(duì)喬澤廟戲臺(tái)模型進(jìn)行紋理映射，即將三維模型與二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。戲臺(tái)模型的紋理映射有多種方法可以完成，如利用Photoshop軟件先將圖像進(jìn)行拼合，然后在3DS MAX軟件下賦予模型UVW貼圖材質(zhì);或直接利用Substance Painter軟件進(jìn)行紋理貼圖的操作。紋理映射過程中要特別注重模型材質(zhì)的真實(shí)感，最大限度地還原戲臺(tái)本身的紋理與質(zhì)感，體現(xiàn)出戲臺(tái)固有的歷史陳舊感、厚重感。圖7為模型紋理映射。

通過以上四個(gè)步驟完成喬澤廟戲臺(tái)的數(shù)字測(cè)繪與重建工作。圖8為數(shù)字模型渲染圖。數(shù)字模型將戲臺(tái)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)保存，同時(shí)還可結(jié)合戲曲文化、戲臺(tái)歷史等人文信息，通過AR/VR、動(dòng)畫視頻、全息投影、三維沉浸等多種方式將戲臺(tái)數(shù)字展陳，傳承戲臺(tái)蘊(yùn)含的優(yōu)秀文化。

4 總結(jié)

基于文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)的研究視角，本文詳細(xì)闡述喬澤廟戲臺(tái)的數(shù)字測(cè)繪與重建的方法，為戲臺(tái)數(shù)字化保護(hù)提供了一條技術(shù)路線，也是數(shù)字化技術(shù)與戲臺(tái)建筑遺產(chǎn)的一次碰撞融合，將促進(jìn)測(cè)繪學(xué)、文物保護(hù)與建筑學(xué)的交叉融合。同時(shí)，利用數(shù)字測(cè)繪與重建古戲臺(tái)數(shù)字模型，為戲臺(tái)文化傳承提供有力的技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)資源?！?/p>

【作者簡(jiǎn)介】張曉，女，博士，太原理工大學(xué)副教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化、數(shù)字媒體藝術(shù)。

王乙惠，女，碩士研究生，主要研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化、數(shù)字媒體藝術(shù)。

馬蓉青，女，碩士研究生，主要研究方向：文化遺產(chǎn)數(shù)字化，數(shù)字媒體藝術(shù)。

【基金項(xiàng)目】山西省重點(diǎn)研發(fā)（社發(fā)）項(xiàng)目“基于GIS的山西古戲臺(tái)數(shù)字化保護(hù)與文化旅游服務(wù)平臺(tái)研發(fā)與示范”（201903D321042）;山西省藝術(shù)規(guī)劃項(xiàng)目“山西省古戲臺(tái)數(shù)字博物館研究”（2019F23）;山西省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“山西文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)與旅游開發(fā)融合發(fā)展的研究”（2018041015-5）。

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⑥周立，李明，毛晨佳，等.三維激光掃描技術(shù)在古建筑修繕測(cè)繪中的應(yīng)用[J].文物，2011（8）：84-89.

⑦于天歌.文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)利用研究—以敦煌莫高窟為例[J].文化產(chǎn)業(yè)，2020，172（27）：29-30.