历史文化街区建筑三维数字化研究--以新民大街历史街区三维数字化应用为例

本文是一篇建筑论文，本文以实际范例为基础对三维数字化技术在建筑遗产保护领域的应用展开研究，针对现在建筑遗产保护领域对三维数字化技术应用的主客观的问题，试图探索技术应用于建筑遗产保护领域的方法，并通过利用模型导入法，将三维数字模型应用在街区漫游系统开发中，总结街区三维数字化模型的应用经验。

第1章绪论

1.1课题来源与研究背景
1.1.1研究背景
历史文化街区是城市发展漫长过程的体现，是一种记载城市文化的重要物质遗产。城市历史文化街区最能体现一座城市所独有的特色，是城市历史文化发展的见证和物质载体。在中国飞速发展的经济背景下，惊人的城市更新速度必然会影响到城市中特有的物质遗存，城市中具有历史文化特质遗存被随意拆建和盲目追求盈利目的地开发，导致我国正面临着千城一面的尴尬境地，如何有效的发挥历史文化街区的特色在城市文脉中的延续，需要广大从业者及科研工作者一起共同努力。
新民大街做为吉林省首条历史文化街区，曾是伪满洲国的政治中心线。为了使历史文化街区更能融入现代化的城市发展变化，强化街区影响力，对新民大街引入数字化技术，发散新民大街保护和利用的新思路，是长春市旅游部门开展历史文化街区保护的重要举措。
第一次工业革命与第二次工业革命时期，中国无疑是落后于世界先进国家的，并由此引发了屈辱的近代历史，我国在改革开放近四十年的发展中强调跟上世界第三次工业革命即计算机与信息技术革命，并发展人工智能，清洁能源，机器人技术，量子通信技术，生物技术记忆虚拟现实技术等新兴科学生产技术，被人们称为第四次工业革命。21世纪要求是世界实现全面数字信息化，计算机信息技术和虚拟现实技术应用在更多的领域，人们在生活的各个方面都存在着各种三维数字化产品，从全球范围内的三维城市地图，到历史遗迹场景复原，再到影视作品和各种移动终端，三维数字技术以其自身具有数字信息技术的特征，渗透到现代人的方方面面。
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1.2研究目的及意义
1.2.1研究目的
本论文源于导师课题，论文的目的是在完成课题研宄的基础上，基本完成新民大街历史文化街区三维数字化，总结三维数字化在历史文化街区保护与展示领域的实践经验，同时提出通过历史建筑色彩复原和构建典型装饰构件模型库两个角度对城市历史文化街区的数字化思路，最后基于Unity 3D，制作新民大街历史文化街区虚拟漫游系统，检验数字化工作成果，并探讨历史文化街区数字化及虚拟漫游在城市其他领域的应用前景。
1.2.2研究意义
（1）丰富城市历史文化街区的展示方法，提高街区展示效果
城市历史文化街区的三维数字化可以在虚拟系统中精确逼真地模拟出街区的规划肌理特点及整体面貌，可以呈现街区的结构布局、装饰手法、材料、纹理等特点，同时利用各种渲染软件可以模拟出不同时段不同季节的光影效果。可以针对街区中受损严重建筑，通过参照历史文献经行虚拟复原。或观察角度受限的建筑进行角度选择、环境优化等技术手段，进行城市历史文化街区展示效果的提升。
（2）提高城市历史文化街区的保护手段
城市历史文化街区至今仍发挥着具体的实际功能，其中存在大量的装饰构件，长时间的使用与自然环境的侵蚀，容易出现脆化、脱色、剥落、污损等现象，对历史建筑进行凭经验与想象的修复，不仅会受到各种自然条件的影响，同时存在很多不确定性因素，在长期的研究和展示中受到时空条件的限制。
利用细致拟真的三维数字化技术，不仅可以记录建筑的风格特征，同时还可以对街区中历史建筑修复活动进行效果的预先展示，从而对修复活动进行可行性研究。这样就使得设计者与决策者可以以多角度、全方面的视角对历史文化街区的环境改造与重建工程加以有效的评估，对不同的方案展示做出对比，加强了决策的科学性和准确性。
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第2章新民大街历史沿革与形态特征

2.1新民大街规划建设历史背景及城市规划
外国列强以先进的洋枪洋炮打开了封建中国禁闭已久的国门，外来文化给中国历史以巨大的冲击，中国五千年的历史从此不再按部就班地演变，任由外国列强摆布的同时，也警示着中华人民应该放眼看世界，将自身发展放到世界的格局中。
2.1.1新民大街规划建设时代背景
座城市的规划布局往往受到城市特定历史时期自然、政治和经济三方面因素的影响，此时的城市使用者也赋予了这座城市特定的城市功能和性质，长春既是侵华日军掌控下的伪满国国都，又是满清残余企图复辟清朝封建统治的据点，此时的日本刚刚完成了其明治维新的社会革命，经济上学习欧美技术、社会生活欧洲化，受到两种政治势力的影响，因此新民大街的城市规划既拥有西方城市几何学的特征又体现了中国传统皇城布局特色。
日本侵华时期，日本侵略者扶持成立伪满洲国傀儡政府，定都新京市，也就是长春市，对长春的城市进行重新规划建设，其中主要突出表现城市的两条中轴线。一条是南北贯穿城区的大同大街（今人民大街），另一条是伪满皇宫和伪满洲政府机关建筑群的中轴线，即顺天大街（今新民大街），新民大街平行于人民大街，不过长度要短很多，仅有1.2公里。在日本侵华时期新民大街街道两侧分布着为日本殖民统治服务的各种政府机构，对称分布在街道两侧，整体看上去十分庄重肃穆。新民大街北起文化广场（原名顺天广场），南至新民广场（原名安明广场）全长1.2公里，街道四周共划分了15块中央行政用地，道路中间有绿化带，联通街道两端，同时街道南北共有两处较大面积的绿化公园，分别是南湖公园与长春德苑主题公园。沿着街道行走，由端头的广场或园林经过整齐划一的建筑最终停留在另一处广阔开场的空间，街区的空间节奏感层层递进。这种既运用中国传统中轴官衙城区形式又兼顾西方城市几何美学的城市规划特点，被认为是我国规划理论的延续与发展。日本对长春市的“改造”是有预谋和计划的，其产物就是制定了《大新京都市计划》。伪满“帝宫”及其政府部门都基本布置在顺天大街（今新民大街）上，顺天大街的最北区域为伪满“帝宫”，该区域是日伪新宫内府所在地，定为“宫廷用地”，其南侧广阔的广场，取名为“帝宫广场”和“顺天广场”。新中国成立以后，对“伪满建筑”进行改造利用，原先的“帝宫”广场今天被改造为文化广场。
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2.2新民大街物质空间特征
2.2.1空间肌理
每一座城市在其发展之初，会因为其所处的自然与人为因素，形成最初的空间肌理形态样本，随着实际的演进，这种最初的空间肌理，伴随着一座城市的兴衰，也影响着城市与这里的活动主体一一人。历史街区作为城市肌理形态发展的活化石，承载着这座城市发展的“基因”，其历史价值可想而知。新民大街最初的规划体现了日本侵略者的殖民政治意图，利用带有强烈殖民统治的规划特征，营造了这种军政侵略的街道及园林规划，完全是殖民统治的规划设计理念。
新民大街中段最突出的就是道路两侧的建筑布局，主要历史建筑也分布在道路两侧，建筑形式多为轴线对称，突出政权建筑的严肃性，由于中段基地没有其他角度的道路划分，建筑基地也较为匀称规整，这样建筑布局也主要是以平行或垂直新民大街为主。新民大街两侧的新建建筑，吉林电视台和长春市海洋馆采用的设计现代建筑的设计手法，建筑形式更加自由现代化，建筑的肌理形态与原有建筑也存在着很大的差异，除此之外也有不少新建建筑，在城市肌理中出现了与原来不是很协调的元素，建筑的色彩和建筑造型元素没有与原建筑肌理相互融合，反而将整体建筑肌理打乱，破坏了历史文化街区原有的统一性，究其原因是在城市建设进程中受到经济水平和政策的制约。
新民大街南端是长春市南湖公园，也是新民大街规划的重要节点，以新民大街为中轴线，规划了一个规整的等腰直角三角形，这种极具几何特征的城市园林规划，与北端半圆形的几何形成长春市最具代表的城市肌理，在高空中俯瞰整座城市，可以看到连接这两个几何图形形成的城市街区，是长春市最具识别性的城市形象。在新民大街南端南湖公园入口处，矗立着长春市人民解放纪念碑，坐落在日本侵华时期开始规划建设的街区末端，这无疑象征着中华人民抗日战争的胜利，也警示着当代中国人民应该牢记历史，不忘初心。
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第3章新民大街三维数字化构建方法...............................30
3.1历史文化街区三维数字化构建方法概述...............................30
3.1.1历史文化街区的建模特点及主要技术要点...............................30
3.1.2三维数字模型构建工具介绍及构建原理...............................30
第4章基于UNITY3d虚拟漫游的新民大街三维数字化应用研究.......................54
4.1基于UNITY3d的新民大街三维虚拟漫游系统概述及实践意义...............54
4.1.1UNITY3d平台概述及功能要求...............54
4.1.2基于UNITY3d的新民大街三维虚拟漫游系统概述..............54
第5章历史街区三维数字化应用研究......................65
5.1主要研究成果及结论.................65
5.2后续实践研究...............69

第4章基于Unity 3D虚拟漫游的新民大街三维数字化应用研究

4.1基于Unity 3D的新民大街三维虚拟漫游系统概述及实践意义
城市历史文化街区漫游系统提供的三维浏览功能有利于使用户通过网络直观的获取街区信息，街区中主要的场景及建筑物都是原物重现，尤其是历史建筑，用户可以自主的控制观察视角及方向，体验更方便的体验感。城市历史文化街区的工作规划如下，也是该流程的具体工作步骤。完成的历史文化街区漫游系统主要实现以下功能：
（1）建立新民大街历史文化街区的整体模型，要求能对整个历史文化街区进行认识角度和鸟瞰角度的观察；
（2）在使用街区漫游系统对街区进行观察时使访问者随时指导自己所在的具体位置，实现交互式导游；
（3）对系统经行碰撞试验，避免在虚拟漫游过程中出现模型穿越的现象；
（4）在系统中对重要的历史建筑进行建筑简介、历史文献、历史图片等介绍，让访问者可以在系统中可以体验重要建筑的历史意义；
（5）为保证系统的普及，允许大多数移动终端可以访问，要求系统文件不能过于庞大；
（6）对城市街区进行全天候的时间变化模拟，同时为了使系统更加真实，需要根据城市气候特征对街区的气候进行模拟。
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第5章历史街区三维数字化应用研究

5.1主要研究成果及结论
此次新民大街历史文化街区建筑三维数字化，首先是站在对街区保护的角度上开展的，针对目前新民大街的实际情况发现当今在麵保护过程中存在的现实问题，同时从“城市”、‘‘历史’’、“文化”、“街区”四个施分析问题，结合三维数字技术提出一种解决方案，旨在寻找城市历史文化街区的保护新途径.
新民大街历史文化街区三维数字化，就是通过三维数字语言对街区的物质空间进行描述，从而将物质空间信息转换为是三维数字信息，建立街区数据库，拓展了街区展示和保护的手法。在城市规划范畴，城市历史文化街区是城市重要的组成部分，历史街区受到城市的保护，要对于街区及周边进行规划开发，必然受到历史街区的影响，所以在进行该区域的城市规划设计中需要综合考虑。为预知的规划效果，需要通过对街区未来景象进行概念性的虚拟构建，借助街区三维数字模型可以构建出设计师脑中的未来图景，同时结合VR技术或者各种计算机虚拟模拟软件，进行不同角度的街区的漫游效果，使更多的受众了解到未来的城市规划，从而可以实现提高城市规划的科学决策.

参考文献(略)