青年专场 | 周妍：服务于三维复原与遗产阐释的建筑形体组合类型参数化建模——以两宋时期建筑图像为例

周妍

代尔夫特理工大学博士

我今天的报告题目是《服务于三维复原与遗产阐释的建筑形体组合类型参数化建模——以两宋时期建筑图像为例》。这个研究是我在清华大学攻读硕士学位期间的一项成果，合作者为张墨润，指导老师是李路珂老师和黄蔚欣老师。

众所周知，两宋时期的建筑遗产现存数量非常稀缺，但这一时期的建筑在美学与技术方面均具有极高造诣。由于实物案例稀少，以及目前发现的考古遗址——包括近年来新发现的宋代或宋代前后遗址——所反映的历史信息往往不足，这种缺陷对我们理解两宋时期的建筑风貌造成了阻碍。基于这一背景，我们提出了本课题。

我们注意到，许多前辈学者的研究中也曾指出，宋代建筑在屋顶形式的运用及主体建筑附属建筑的设计方法上形成了“组合体”特征，这种特征在两宋时期建筑中呈现出突破性现象。因此，在这一研究背景下，我们认识到可以通过现存大量两宋时期的绘画进行研究。这些绘画具有较高的真实性，且画师需具备一定的建筑知识，正如郭若虚《图画见闻志》中所言，若不了解建筑构件，画师则无法从事屋木画创作。因此，我们可以将此类图像作为史料进行建筑学研究，从而弥补现有考古资料与建筑实例稀缺的不足。

本研究旨在将古代建筑图像史料研究与参数化建筑建模方法相结合，尝试提升建筑遗产研究与三维复原的效率，填补基于美术史知识的图像研究与面向实践的遗产保护之间的知识空白。

我们的视角与方法首先从单体建筑出发，再扩展至建筑群体组合。在前人研究中，大多侧重于单体建筑的形制分析，而单体之间的组合规则往往被忽视。基于前人提出的“建筑组合体”及“屋顶组合”理论，我们总结出“建筑形体组合类型”这一概念，并以此尺度来研究两宋时期的建筑。

我们将“建筑形体组合类型”定义为建筑组群中主体建筑与附属建筑在形态上的强关联性。基于这一视角，我们共总结了17类形体组合类型，并在参数化研究中选取其中3类进行深入探讨。这三类分别代表了建筑在横向扩展生长、纵向扩展生长以及通过廊道灵活连接等具有代表性的组合方式。

这三类类型分别是：挟屋、泊水和廊。挟屋指在正屋主体建筑的一侧或两侧生长出与之相连的附属体量；泊水可理解为清代以后的勾连搭建筑，此类在宋代被称为泊水；廊则是更为灵活的建筑形态组合类型。

我们从大量两宋时期的图像史料中，可以清晰而精确地观察到这些形体组合的特征。这些史料包括纸绢本绘画、壁画、地图、方志、小木作或砖雕壁画墓等广义建筑图像。通过从图像数据库、出版物及馆藏资源中收集、编纂数据，我们整合形成了基础数据库。

通过对图像史料的梳理，并与《营造法式》及同期文献史料相互印证，我们挑选出的三类形体组合类型进一步进行了断代精度与再现程度的分级评估。进行断代精度分级的原因在于，流传至今的两宋画作中存在不少伪作或仿作，需鉴别其真实性。我们依据后人对画作的鉴定以及画中题款信息，评估其断代精度，并优先选用精度较高的图像作为分析依据。

另一方面，关于再现程度：从古代至北宋，绘画技艺高超，能较准确地反映建筑局部构件信息；但至南宋中后期，随着写意风格兴起，部分画作难以完整反映建筑原貌。通过这一筛选过程，我们选取了留存最典型、最精确建筑信息的画作作为研究证据。

数据整合完成后，我们进入下一阶段：将建筑形体组合规则转化为算法信息。这一过程主要分为输入、运算与输出三个步骤。输入部分，依据传统建筑史知识，将参数分为地盘尺度、屋顶形式及构件三部分。通过这些基本尺度的输入，我们得到控制点与控制线，最终生成体量。在此过程中，虽然这些参数不足以代表古代建筑设计的所有因素，但它们对于建筑形体组合至关重要，因此我们将其提取并强化，通过建模实现算法。

整合后的基本参数可在模型中生成单体的主体建筑体量，包括地坪、屋顶基本构件及整体形态。

接下来，可选择采用的形体组合类型。目前我们研究了挟屋、泊水和廊三种类型，可以选择仅生成单体、仅生成廊，甚至组合其中两种类型。这些组合方式在两宋图像中均有体现，在面对新的建筑复原方案时也可对应选择。

左侧为正屋的形制特征，右侧为挟屋的形制特征，虚线表示在前期基于两宋图像的研究中，其形制与正屋相等，因此在形体生成时无需重复输入，从而简化了参数输入过程。对于挟屋，需输入的参数包括其与正屋的位置对应关系、结构是否共用等。类似地，对于泊水与廊，我们也采用相同方式进行编码。通过这一算法体系，建筑形体组合的规则已嵌入算法中，形成对组合规则的一种记录。该方法也可扩展至研究其他类型的形体组合及主附体量之间的相互关系。

现阶段，我们已实现不同形式的正屋主体建筑体量及其与挟屋的组合关系，以及正屋与泊水的组合关系，包括墙体是否围合、结构是否共用等参数，这些均可在算法库中直接调用选择。还可以选择两种不同类型进行依次复合，这同样常见于两宋时期的实景图像。

我们将运用此算法，对不同两宋图像进行复原尝试。这一研究曾在本科毕业设计中进行实践，参与的同学虽起初缺乏古建筑知识，但通过此过程较快掌握了两宋建筑的形态特征与设计方法，并实现了画面的快速复原。左上图为《远山寺》壁画，中间为《松灯经炉图》，下方为《江山秋色图》。通过这一方法，可将二维图像转化为三维场景，帮助我们理解古人在表现建筑时所采用的视角，以及他们所描绘的建筑形式在现实中究竟为何种形态。

同时，我们也尝试结合插件工具，以帮助更快速地进行方案比选。经过多轮迭代选择，逐步优化设计方案，最终可得到最接近理想状态的结果。

最后，分享几点研究启示：本研究一方面通过算法语言记录、复原和展示了两宋时期建筑形体的组合规则；另一方面，填补了基于美术史的历史图像研究与面向实践的遗产保护技术之间的知识缺口。未来，该方法可进一步应用于遗址研究、复原、交互式设计、方案比选等领域，并有望拓展至遗产教育、建筑图像研究乃至游戏场景设计等方面。