郭黛姮團隊數字圓明園研究和應用：讓“萬園之園”在虛擬中重生
80餘位專業人員，15年專注於遺產保護，10000餘件歷史檔案，4000幅復原設計圖紙，2000座數字建築模型，6段歷史分期中的120組時空單元，終於讓圓明園這座“萬園之園”跨越了310年的時光，再次展現在大家面前。
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這就是清華大學建築學院郭黛姮教授團隊完成的數字圓明園研究和應用項目，他們利用嚴謹精確的數字化建造，重現了圓明園燦爛的歷史。目前，團隊已經完成了所有能夠採集到詳實信息的景區的數字化復原工作，精準數字復原景區達全園總量的60%。
深挖史料、實地調查，多學科結合開展圓明園研究
清華大學建築學院的創辦者梁思成先生曾說過，我們從祖先那裡繼承下來的建築遺產是一份珍貴的文化遺產。圓明園是中國古典園林的集大成之作，18世紀在世界上代表了先進文化，曾是多國園林效仿的對象。然而如今，它已成為一座遺址公園，人們對它的瞭解，只能侷限於歷史檔案的記載，但所有的語言似乎都顯得蒼白無力。於是，重建與不重建的爭論，持續多年從未停歇。
作為梁思成先生的學生，如何踐行梁先生和清華大學建築學科對於建築遺產保護與傳承的理念，既遵循遺產保護的原則，充分展示和闡釋建築遺產的歷史、文化價值，又能滿足公眾“親眼目睹”的情感期待，成為郭黛姮一直以來的探索。
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自1999年起，郭黛姮帶領團隊開展了一系列基礎性的研究，他們注重實際調查，包括勘查、測繪和已有的考古發掘新成果，同時深入挖掘史料，結合《圓明園內工則例》、《內務府奏銷檔》、帝王《穿戴檔》、《起居注》以及《御製詩》的記載，研究圓明園中各類人物及其活動特點，採用文化人類學的方法，對圓明園中的場所空間進行分析，揭示其空間的特質。他們運用比較的方法，將圓明園放入中國古代建築與園林史的大背景中來審視，解讀園中不同景區的構成。
團隊裡曾有一位研究人員依據史料的記載，仔細地統計了每一位皇帝的駐園時間，發現大多超過居住在紫禁城的時間，凸顯出圓明園作為皇帝“臨朝理政”場所的特點，它實際上是紫禁城之外的第二政治中心，而這正是圓明園所具有的獨特性。因此，帝王的旨意成為左右景區建設的關鍵，園中建築與園林的上百組景區，各有不同功能，大都是為了“理政”來服務的，園中景觀隨著帝王審美理想的需求多有變化，不同景區在不同歷史階段有著不同面貌，有的景區可以看到在5位帝王使用中發生過7次變化。
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在此基礎上，團隊結合1933年、1965年、2002年地形圖，查找了圓明園山形、水系在全園的變化狀況；利用圓明園的樣式房遺圖、當時的書畫作品、圓明園的文獻檔案，對園中每棟建築的造型特點、景區空間構成進行分析；發掘出一些特殊造型建築的結構特點，山石、花木的配置手段。這些研究深化了對清代皇家園林造園藝術的認識，類型之豐富前所未有，規格之高超乎想象，空間豐富，尺度宜人。這些研究成果以多篇博士、碩士論文及書籍的形式呈現。
但是，郭黛姮和她的團隊更希望把園中的變化展現給公眾，使大家看到圓明園持續生長的鮮活歷史。經過一番研究之後，多學科合作的“數字圓明園”研究與應用工作正式開啟。
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科學性、真實性，精益求精開展數字化復原
在數字化復原圓明園的過程中，郭黛姮和團隊成員始終高標準地堅持科學性、真實性的原則，每處建築都要從內部結構做起，柱、梁、斗栱、椽子、門窗、瓦件、吻獸等都要求三維建模，彩畫要按照不同的時代風格繪製，並體現出時代風格和場景的變化。他們還研究了個體建築與山水、花木之間的關係，一座山的高低、一池水的廣窄，一棵樹的不同品種、種植的不同部位，乃至一塊匾的名稱、字體、顏色都一一進行推敲，並採用烘焙技術詮釋更加真實的光影效果。
按照這樣的要求，每復原一個景區就有10多道程序，遺址信息精確採集與記錄，文獻資料精細研讀，樣式房建造技術分析，殘損構件的虛擬拼接等等。每一個景區建築的造型選擇、材料、顏色、室內裝飾、周圍的山水環境、植物景觀……這些都需要結合歷史資料進行嚴格的論證，然而史料的記載也會出現錯誤和殘缺，團隊成員必須結合當時具體情況再作分析。一道道程序環環緊扣，絲毫不容出現差錯。由於每一位皇帝愛好不同，同一景區的景觀也會隨之變化，郭黛姮和團隊還根據景區建築的變化，呈現出每個景區不同年代的樣子。
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數字化復原的過程中，也常常伴隨著新的發現。在西洋樓景區的研究中，團隊從圓明園庫房所存的殘損琉璃花飾，發現了西洋樓景區“中西合璧”的新特點，即不僅使用琉璃瓦的屋頂，而且還有許多琉璃窗套、壁飾等。此外，對西洋樓噴泉的瞭解，國內學者此前知之甚少，團隊成員曾利用探地雷達測出了噴泉供水管線的存在，但仍然不瞭解其供水所用機械。於是，團隊與德國馬普學會藝術史研究所專門研究巴羅克建築的赫爾曼教授開展合作，他從研究所所藏古書中查到了一則信息，介紹了傳教士蔣友仁在中國曾為噴泉設計使用過的水利機械名稱和機械圖樣。為此，赫爾曼教授專程來到北京查看國家圖書館藏書，並在圖樣旁邊的空白處發現了勾勒的鉛筆草圖，從而證實了蔣友仁是使用了這樣的機械把水提到蓄水池中，他通過計算蓄水池所需的高度，利用勢能完成噴泉噴水，因此西洋樓景區存在有蓄水樓。這項研究解決了中國學術界長期存在的對圓明園使用何種水利機械設施的困惑。
通過對圓明園數字化復原的研究，郭黛姮和團隊成員們將圓明園研究從平面引向立體，他們揭示了不同功能景區的不同尺度關係，園林空間的連續轉換，以及景點之間的對景、呼應關係，將圓明園從靜止切面引向三維時空。這樣的復原，在郭黛姮看來是圓明園的另一種重生，“它不僅解決了遺產保護與遺產重生的矛盾，又滿足了公眾的需求和認知。”同時，他們也獲得了清代木構建築發展史的新發現，深化了清代建築史的研究成果。
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為了實現數字圓明園研究成果的應用轉化，清華大學團隊和圓明園管理處共同承擔了2013年國家科技支撐計劃“重現輝煌——數字圓明園研究及文化旅遊應用示範”項目，研發了“虛擬現實”的圓明園移動導覽系統。2016年該項目通過科技部驗收，被評價為“為解決我國多達33萬處的古遺址、古墓葬類遺產的展示與利用，開闢了一條全新的途徑。”
如今，對圓明園的研究工作，郭黛姮和團隊的探索並未停止。他們正圍繞全新的數字技術概念，推進“混合現實”和“感映現實”兩個創新項目，使虛擬場景進一步混合在現實空間中，讓人具有身臨其境之感；以及利用多媒體技術，營造具有極高藝術觀賞性和感染力的體驗式空間，充分調動體驗者的五感，進而激發其對展示主題的高度情感共鳴。同時，隨著圓明園考古發掘推進、基礎條件改善，團隊還將進一步擴大數字復原的研究範圍。
圖片提供 郭黛姮團隊
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