基于3D建模的遼寧傳統(tǒng)木漁船一瓜簍船數(shù)字復(fù)原

蘇勇瑞 吳迪 張斌濤 于欣 張維英

摘 要：瓜簍船是遼寧地區(qū)的傳統(tǒng)木質(zhì)漁船，隨著環(huán)境保護(hù)以及國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推廣，傳統(tǒng)木質(zhì)船舶在現(xiàn)代船舶中的地位逐漸邊緣化。本文旨在對遼東灣地區(qū)傳統(tǒng)木質(zhì)漁船的保護(hù)與繼承，基于3D建模軟件完成了瓜簍船的三維模型，利用了NURBS 曲線的高精度特點(diǎn)對瓜簍船進(jìn)行精確地虛擬再現(xiàn)，為傳統(tǒng)木質(zhì)漁船的復(fù)原工作提出了新的思路和有效的解決方案。將這種數(shù)字化復(fù)原技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)漁船領(lǐng)域不僅對傳統(tǒng)木質(zhì)漁船文化的保護(hù)和遺產(chǎn)傳承做出貢獻(xiàn)，而且在船舶專業(yè)傳統(tǒng)漁船船型教學(xué)中起到輔助作用。

關(guān)鍵詞：瓜簍船;遼寧傳統(tǒng)木質(zhì)漁船;非物質(zhì)文化遺產(chǎn);數(shù)字化復(fù)原

中圖分類號：U674.93? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）04-0079-03

瓜簍船是我國的一種具有代表性的傳統(tǒng)木質(zhì)漁船，主要被應(yīng)用于遼東灣等遼寧沿海地區(qū)供當(dāng)?shù)貪O民出海打魚使用[1]。隨著機(jī)械化生產(chǎn)進(jìn)程的加快以及國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推廣，大連等遼寧沿海城市經(jīng)濟(jì)與生產(chǎn)規(guī)模的不斷發(fā)展和全國各地木材的價(jià)格連年上漲，同時(shí)傳統(tǒng)木帆船已經(jīng)無法滿足大連當(dāng)?shù)貙λa(chǎn)品的捕撈需求，導(dǎo)致了漁船船身主體等主要部位的制作原料已經(jīng)由傳統(tǒng)工藝中的采用木質(zhì)材料轉(zhuǎn)變?yōu)榱顺Ｓ玫牟Ａт?、鋼鐵等更為經(jīng)濟(jì)、適宜的材料[2，3]。

早在2009年9月，瓜簍船等木質(zhì)漁船的傳統(tǒng)制作工藝已經(jīng)被列入了省級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄，政府也制定了對應(yīng)傳統(tǒng)制作技術(shù)的傳承人機(jī)制，并將這種傳統(tǒng)技術(shù)納入了傳統(tǒng)民俗文化產(chǎn)業(yè)中[4]。可盡管如此，瓜簍船仍在逐漸淡出人們的視線，如今已經(jīng)處于了一種岌岌可危的狀態(tài)。本文基于3D復(fù)原軟件，介紹了一種數(shù)字化保護(hù)與虛擬復(fù)原瓜簍船的基本方法。

1瓜簍船的背景及復(fù)原研究意義

1.1瓜簍船的特征

瓜簍船底部平坦，吃水相對較淺，甲板寬闊平坦，船首處向下呈圓弧狀隆起，船尾部為方形尾，與首尾處相比船中較寬，船身整體形似瓜簍，因此被當(dāng)?shù)貪O民稱呼為“瓜簍”船，大型瓜簍船載重可達(dá)20噸以上[5]。典型的瓜簍船模型如圖1所示，瓜簍船有兩條桅桿，主桅桿位于船中位置，副桅桿位于船首部又稱前桅桿，主桅桿的高度約為前桅桿的1.5倍，主副桅桿均使用中式硬帆，幾乎可適應(yīng)任何風(fēng)向條件，船舵為可調(diào)節(jié)高度的升降型舵，海面風(fēng)力較弱時(shí)可搖櫓航行，相比其他類型木質(zhì)漁船瓜簍船的續(xù)航力強(qiáng)，海上航行速度較快[6]。

1.2 瓜簍船的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前瓜簍船幾乎從遼寧沿海城市大連等地消失殆盡，海洋漁業(yè)捕撈船已經(jīng)大范圍推廣使用玻璃鋼制及鋼制漁船，重新使用瓜簍船等傳統(tǒng)木質(zhì)漁船的可能性幾近渺茫，而遼東灣等地的漁民乘坐“大瓜簍”捕魚的畫面也只能從過去使用瓜簍船的照片和錄像中觀看了解，這對科研領(lǐng)域研究傳統(tǒng)木質(zhì)漁船的船型特征和歷史文化信息造成了極大阻礙。而瓜簍船等木質(zhì)漁船的制造技術(shù)多為傳統(tǒng)造船師傅所掌握，主要依靠造船師傅口傳心授的方式代代相傳，極容易出現(xiàn)斷代現(xiàn)象，同時(shí)其制作周期長，制作成本高且制作工藝復(fù)雜，不利于傳統(tǒng)木質(zhì)漁船的傳承[2]。

1.3 數(shù)字化復(fù)原瓜簍船的意義

數(shù)字化復(fù)原技術(shù)運(yùn)用科學(xué)的測繪和先進(jìn)的渲染成像功能進(jìn)行三維造型建模，從而使物件通過數(shù)字化的方式復(fù)原與再現(xiàn)，復(fù)原出的物件具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，研究觀察方便，無時(shí)空限制等特點(diǎn)，目前主要應(yīng)用在建筑、生物等研究領(lǐng)域，而數(shù)字化復(fù)原傳統(tǒng)木質(zhì)漁船工作尚未有研究人員進(jìn)行探索研究。采用3D建模軟件數(shù)字化復(fù)原瓜簍船，利用了NURBS 曲線（Non-Uniform Rational B-Splines）的高精度特點(diǎn)對瓜簍船進(jìn)行精確地虛擬再現(xiàn)，改變了目前依靠船模和實(shí)體建造等方式復(fù)原傳統(tǒng)木質(zhì)漁船的局限，為傳統(tǒng)木質(zhì)漁船的復(fù)原工作提出了新的思路和有效的解決方案，將推動傳統(tǒng)木質(zhì)漁船領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)可以對遼寧地區(qū)的傳統(tǒng)木質(zhì)漁船技術(shù)資料進(jìn)行記錄整理和保存，將對傳統(tǒng)木質(zhì)漁船文化的保護(hù)和技術(shù)遺產(chǎn)的繼承做出重要貢獻(xiàn)，對傳統(tǒng)木質(zhì)漁船在相關(guān)專業(yè)的教學(xué)工作形成積極影響。

2數(shù)字化復(fù)原瓜簍船的過程

2.1數(shù)字化復(fù)原瓜簍船所需準(zhǔn)備

對瓜簍船進(jìn)行數(shù)字化建模前需利用繪圖軟件繪制出瓜簍船的整體船圖和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及部位的三視圖圖紙作為參考底圖，由于瓜簍船為木質(zhì)漁船，所以在繪制瓜簍船三視圖時(shí)參考金屬船體制圖標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行合理簡化將有利于提高繪圖效率和繪圖質(zhì)量[7]。將繪制好的瓜簍船三視圖導(dǎo)入3D建模軟件后按照相應(yīng)比例進(jìn)行調(diào)整和校對，將三個(gè)視圖分別作為中線面、中站面與基平面，調(diào)整三個(gè)視圖的位置時(shí)將三個(gè)視圖分別按照兩兩相交于中心線和基線處進(jìn)行重疊處理，三個(gè)視圖的交點(diǎn)為中點(diǎn)。將船長均勻劃分成等間距的十站，并根據(jù)每一站處的相應(yīng)坐標(biāo)位置在三個(gè)視圖中應(yīng)用單點(diǎn)和控制點(diǎn)曲線指令畫出對應(yīng)控制點(diǎn)和NURBS曲線，最終得到龍骨線、船底板與甲板的輪廓線及每站的外輪廓型線。

2.2 瓜簍船船舶主體的復(fù)原

首先進(jìn)行主船體的建模操作，復(fù)原瓜簍船的船底部分、甲板部分、舷側(cè)部分和首尾部分為該步驟的主要內(nèi)容，將前期準(zhǔn)備好的每站船底部的外輪廓線沿著龍骨線進(jìn)行單軌掃掠操作得到船底板曲面，如圖2所示。對甲板部位每站外輪廓線沿著甲板中線進(jìn)行單軌掃掠操作并將前后多余部分進(jìn)行修剪操作得到甲板板曲面，如圖3所示。

隨后將船側(cè)部位每站外輪廓線對甲板與船底板輪廓進(jìn)行雙軌掃掠操作得到舷側(cè)板曲面，如圖4所示。

對瓜簍船主體的其他部位板進(jìn)行上述相同操作并整合得到整體連貫的船舶主體曲面圖，如圖5所示。

2.3瓜簍船帆與舵的復(fù)原

進(jìn)行船帆的復(fù)原時(shí)先測量好主副桅桿各個(gè)部位的尺寸，優(yōu)先將桅桿復(fù)原好后再以桅桿為基準(zhǔn)將帆布安裝上去。主副桅桿的桅桿底部為多種立體構(gòu)件的組合體，建模時(shí)應(yīng)分別將單獨(dú)立體構(gòu)建出并進(jìn)行組合。

首先對主桅桿進(jìn)行建模，在實(shí)體工具欄使用建立實(shí)體指令進(jìn)行立方體，圓柱體和棱臺的建模，并對多余部位進(jìn)行修剪操作得到主桅桿立體模型。

由于副桅桿在瓜簍船上為傾斜狀態(tài)，所以需以甲板為基準(zhǔn)建模，重復(fù)上述操作得到副桅桿立體模型后依據(jù)船帆尺寸對帆布和作為撐條的支持骨進(jìn)行建模，其中帆布應(yīng)使用曲面工具中的創(chuàng)建矩形平面操作進(jìn)行建模，最終得到瓜簍船船帆的模型圖，如圖6所示。

接下來進(jìn)行瓜簍船船舵的建模工作，船舵部位的復(fù)原工作相對簡單，需注意瓜簍船的舵桿并不垂直于船體，在對的舵桿和舵葉進(jìn)行建模時(shí)應(yīng)按照圖紙傾斜一定角度，如圖7所示。

2.4 整體復(fù)原

建好船帆和船舵后需要在甲板上補(bǔ)充一些立體構(gòu)件來幫助瓜簍船帆與舵和瓜簍船主船體進(jìn)行連接。這些構(gòu)件多為簡單的立體模型，只需要在實(shí)體工具欄中進(jìn)行相應(yīng)操作創(chuàng)造出相同的立體構(gòu)件，并對建好的模型根據(jù)甲板板曲面的位置進(jìn)行修剪操作即可復(fù)原出上甲板的相應(yīng)構(gòu)件，將前期制作出的瓜簍船所有部分進(jìn)行整合最終復(fù)原出瓜簍船的整體模型圖，如圖8所示。

3結(jié)語

本文通過運(yùn)用3D建模軟件對瓜簍船進(jìn)行三維建模復(fù)原工作，說明了采用數(shù)字化復(fù)原技術(shù)對遼寧地區(qū)傳統(tǒng)木質(zhì)漁船進(jìn)行復(fù)原是一種可行且高效的方式，對于傳統(tǒng)漁船文化的傳承和教學(xué)具有一定的幫助。復(fù)原傳統(tǒng)木質(zhì)漁船時(shí)使用數(shù)字化復(fù)原技術(shù)相較傳統(tǒng)的復(fù)原方式能夠有效提高復(fù)原效率，節(jié)約資源勞動成本，消除時(shí)空地域限制。數(shù)字化復(fù)原傳統(tǒng)木質(zhì)漁船在我國有著廣闊的發(fā)展空間和良好的應(yīng)用價(jià)值，在未來的研究中把數(shù)字化復(fù)原技術(shù)作為傳統(tǒng)漁船領(lǐng)域的輔助方法無疑是至關(guān)重要的。

在本次復(fù)原瓜簍船的過程中對于瓜簍船模型材質(zhì)的渲染方面應(yīng)用較差，希望在未來的研究中可以應(yīng)用數(shù)字化復(fù)原技術(shù)對傳統(tǒng)木質(zhì)漁船進(jìn)行復(fù)原時(shí)針對漁船材質(zhì)的渲染工作展開進(jìn)一步的研究。

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