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数字化扫描首次运用于故宫古建 假山石上发现乾隆御笔

2017-08-22 11:30 编辑:TF003 来源:北京晚报

2017年8月22日讯,在盛夏的北京,又一次穿过东华门,来到故宫东北角的乾隆花园,清华同衡规划设计研究院副院长胡洁已经记不清这是9年来的第几次了。

符望阁俯瞰碧螺亭

和过去无数次到访乾隆花园不同,这次,包里放着的厚厚资料,让胡洁分外踏实。这是一本即将正式出版的图册,它用数字化的方式重新诠释了乾隆花园。“过去,故宫的古建保护,建筑和园林是割裂开的,园林这一块几乎就是个缺项。现在,我们已经完成了对故宫乾隆花园的数字化扫描和三维模型搭建,这在故宫、在中国古建保护领域都是首次,也是技术最前沿。”

乾隆花园,故宫保存最完好的皇家园林,被认为是18世纪中国园林艺术的巅峰之作。从2002年开始,故宫就开始修复乾隆花园。利用数字化技术,胡洁和他的团队从2008年开始参与乾隆花园修复,当海量的数据转化成了三维模型,花园的结构、假山的走向、花盆的纹路都尽收眼底。甚至,他们还发现了花园设计师乾隆本人,“藏”在假山石上的一首御笔题诗。

首开先河
既研究房子又研究院子

乾隆花园,其实是宁寿宫花园。乾隆皇帝在位时,为自己退位后准备太上皇宫殿,从公元1771到1776年,改建了宁寿宫。宁寿宫的花园不大,南北长160米,东西宽37米,占地面积5920平方米,但由乾隆本人亲自主导设计,吸取了江南私家园林精华,成为宫廷园林的典范。乾隆花园位于故宫内受扰动较少的区域,基本保持了1776年建成时的原貌,所以愈发珍贵。

故宫古建部总工程师王时伟告诉北京晚报记者,修复工作从2002年开始,最先选择的是倦勤斋——乾隆花园北部的一座建筑。“一个倦勤斋,就花了七八年时间。”王时伟说,这段漫长的时间,针对倦勤斋的通景画、刺绣、雕刻等等,不断有古建专家、科研团队、传统工匠加入进来,一边研究、一边修复、一边又有新发现。比如装裱通景画的纸张,过去叫乾隆高丽纸。这种纸张失传已久,故宫几经周折在安徽山区找到了留存的作坊。这种全手工制成的纸张,用每年春天上山采集的桑树皮作为原料,当地称为“桑皮纸”。

不过,所有这些,都局限在房子里,院子的部分,一直没有触及。直到2008年,刚刚主持设计了奥林匹克森林公园的胡洁率团队,加入乾隆花园的修复。王时伟透露:“以前,对院子关注度低。现在,乾隆花园这个项目开了先河,综合应对这份珍贵遗产的方方面面,不只关注房子还关注院子。胡老师他们就是来帮我们研究院子的。”

假山、植物、铺地石子画……这些200多年来暴露在风吹日晒雨淋中的花园细节,在胡洁团队带来的仪器下,被重新重视起来。“现在看2008年、2009年那时候用的仪器,就比较落后了,虽然也测绘、也建模,但是精度远不如现在。”胡洁说,假山受环境影响容易脱落,植物生老病死,石子画极易被磨损,所以精确的三维模型,对实现“修旧如旧”至关重要。“故宫里的铺地石子画,很容易受游人影响而缺损。原来,工人师傅们修复的时候,有的就不拼画了,有的拼的不对。现在通过扫描完好的石子画,可以对修复缺损有一个指导。”

意外发现
假山石上藏着乾隆御笔

胡洁团队研究最多最细致的,恐怕要数乾隆花园的假山。在这个集合了众多园林精华元素的花园内,塞满了形态各异的假山石。

“假山石是中国园林一个非常有代表性的元素,一直到现在,都还被广泛运用。”胡洁对北京晚报记者说,古人爱石,而且推崇“皱、漏、瘦、透”的南方太湖石,最经典的例子就是宋徽宗修建艮岳。当年为了将太湖石运到汴京(今河南开封),动用了上千艘专门船只,劳民伤财,被称为“花石纲”(10艘船称一“纲”)。据说“花石纲”直接导致了方腊的农民起义,随后金军攻陷汴京,艮岳被毁,北宋灭亡。

艮岳已成传说,而乾隆花园里的假山石,繁多而精巧,攀上了又一座古典园林假山艺术的高峰。对胡洁和同事们来说,这是难得的活标本。

在用三维扫描技术进行建模后,胡洁请来古建、遗产、山石方面的专家,又请做山石的手艺人,一块石头一块石头地揣摩。他们发现,乾隆花园的假山石都是天然石,而且每个面都是自然面,没有人工雕琢的痕迹,石头与石头之间只使用了少量的粘接剂和金属卡扣。“这些假山最高的有七八米高,能堆起来已经是奇迹,它们还留了空洞、登道,甚至还开了‘窗’。”记者和胡洁一起钻进了一座假山。假山上顶着个梅花型的凉亭,假山内部却是中空的,人在空洞内穿梭,像入了迷宫。透过不规则的“窗户”,光线可以照进假山的空洞内。“白天经过建筑红漆折射进来的是暖色光,晚上则是冷色的月光。”如此巧夺天工的设计,也得应对岁月的侵袭。“虽然假山整体还比较健康,但夏季的暴雨,有时候会让山石滑落。冬季冰雪融水、植物根系,都会让山石的接缝涨裂。”

起初,对假山石的三维扫描,,就是为了修复时,起到精确制导指导作用。但意想不到的是,在对一块已经风化严重的假山石扫描时,胡洁团队有了惊人发现。

清华同衡的三维技术负责人谢麟冬回忆:“用肉眼无法辨别假山上的刻字,但是经过我们对数据的分析,发现了这首乾隆御制《文峰诗》。”作为文人皇帝,乾隆一生作诗4万余首,很多都有记录在册,而在对假山石数字化测绘前,谁也不知道这首诗还刻在了乾隆花园内。

谢麟冬说:“这首诗很有意思,乾隆说的是修建花园的石头,多数采自当时的‘西山’,也就是现在的房山,被称为‘北太湖石’。他只用了少量‘南太湖石’作为点睛,没有像宋徽宗那样耗费国力运送石材。”说来也巧,乾隆花园里的少量“南太湖石”,来自北海琼华岛,而琼华岛的“南太湖石”是金世宗从艮岳运来的。

数字化测绘证实,花园里的假山石确实如乾隆所言,大量“北太湖石”做底,少量“南太湖石”点缀。

未完待续
更多科技元素融入故宫

在万千假山石中,找到这一首诗需要多长时间?谢麟冬笑了笑:“这么说吧,一天外业,五天内业。”真正需要付出精力的是海量数据的分析和处理。从七八年前的传统测绘,到现在运用最先进的“摄影测量与三维扫描的点云融合”技术,对乾隆花园的扫描精度越来越高,误差达到毫米级。

王时伟对胡洁团队评价很高,尤其是后期数据处理能力,“数据采集并不难,最难的是处理”。胡洁团队扫描一对石摆件,就耗时一周,然后又要用五周的时间进行数据处理。谢麟冬说:“数据不处理,对普通人来说,就是一堆XY坐标,没有任何意义。处理完了,三维建模,才能还原这些古建的本来面目。”

随着乾隆花园数字化扫描工作的完工,胡洁团队开始转向御花园、建福宫等故宫其他古建。最近,在建福宫的一个不起眼汉白玉水池子上,又扫描出一首乾隆御笔题诗。胡洁很庆幸自己能和故宫结缘:“对园林设计师来说,这些年对故宫古建的研究,是一个学习的经历,我自己叫它‘涨知识’。把故宫的这些花园研究透了,对中国古典园林基本上也算是学透了,无论是对古典园林修复,还是对现代园林设计,都有现实意义。”对普通游客来说,利用VR技术,在虚拟空间内游览乾隆花园的技术储备已经完成。“未来,如果故宫建设一个VR展览馆,游客就可以在虚拟空间内畅游乾隆花园。我们甚至可以根据不同历史时期,还原花园内的不同植物和摆设。游客们除了可以在虚拟花园里行走,还可以像鸟儿那样从空中俯瞰乾隆花园。”

 

来源:北京晚报 记者 孙毅 资料图 清华同衡

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