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他们把地面搞得起伏不平，垒起山丘，挖出沟谷，再加上几块石头，它使生硬的地方缓和些，使荒野的地方富有乐趣，用树林使单调沉闷的开阔地生动起来。……总体上说，主要的面貌是兴高采烈的，每个景色都气色明朗。为了使景色更有生气，就借助于建筑物；所有的建筑都是那一类中的佼佼者，根据预定要求的效果，不是雅致简洁，就是堂皇华丽，间隔合宜，恰到好处地互相衬托。”
乾隆时期，英国特使马戛尔尼访华团中，一个名叫约翰·巴罗的随从，在游记中曾极力描摹亲眼目睹的圆明园盛景，希望借此把圆明园举世无双的奇观美景，重现于友人眼前。
今天，这段200多年前的文字，也同样激起人们的无限想象：作者笔下那些起伏不平的山丘、沟谷、石头、树林，究竟是以何种巧妙的方式装点着皇帝的夏宫，“使生硬的地方缓和，使荒野的地方富有乐趣，使单调沉闷的开阔地生动起来”的？
长久以来，清华大学建筑学院郭黛姮教授所率领的团队，一直在尝试给出答案。
年过八旬的郭教授是建筑大师梁思成的学生，她带领团队历时18年，利用严谨精确的数字化技术，终于让圆明园得以重现昔日的风采。5月17日上午，在中国园林博物馆开幕的“‘看见’圆明园”展览，全面展示了郭黛姮教授团队这一研究成果。
万园之园数字重生
圆明园从康熙四十六年（1707年）作为四皇子胤禛的赐园开始营建，到胤禛即位，始作为皇帝御园，历经雍正、乾隆、嘉庆、道光、咸丰五朝皇帝150年的扩张、经营。
今年，圆明园迎来310周年的生日。很多人发现，圆明园有了新变化。园内出现了一块块标示牌：九洲清晏、方壶胜境、正大光明、上下天光……这些都是圆明园曾有的景点名称。其中一些牌子上还印有二维码。只需打开手机轻松一扫，就能立刻置身于百年前的皇家园林，“九洲清晏”的奇花异草仿佛触手可及，“方壶胜境”的金碧辉煌似乎近在眼前。
在复建后的圆明园正觉寺大殿，一部18分钟的视频短片循环播放，向四方游客介绍圆明园昔日的辉煌，也再现了上下天光、万方安和、文源阁、半亩园等景区的复原景貌。
从空无一物的废墟，到美轮美奂、宛若真境的画面，是数字再现圆明园的重要成果。它让游人通过数字设备，在遗址现场即可重见百年前的景区原貌。
为了让这座承载历史和记忆的“万园之园”重现当年模样，自1999年起，郭黛姮教授先后和80余位专业人员，遍览万余历史档案，拿出4000幅复原设计图纸，借助数字技术，造出2000座数字建筑模型。目前，精准数字复原景区已达全园总量的60%。
“虚拟建造看似是在计算机里做一个数字化建筑，但我们要当作建造一个真实建筑一样精益求精。数字再现并不仅仅追求外观的像样，更追求内在的精准。每一根柱、梁、檩、椽，每一块砖、石、瓦，都得站得住、放得下。”北京清城睿现数字科技研究院副院长肖金亮介绍。
利用三维立体技术重现历史遗迹，说起来容易做起来难，尤其对于有着“一切造园艺术典范”之称的圆明园，更是难上加难。郭黛姮介绍，团队引入了专门的数字建筑设计人才，力求精细、准确，“比如之前用3000到2万个面能还原一座房子，我们要用2万到15万个面。如果原来的房子采用了榫卯结构，数字还原也得使用榫卯搭建。”
一座山的高低、一池水的宽窄，一棵树的不同品种、种植的不同部位，乃至一块匾的名称、字体、颜色，他们都一一进行推敲，以达到更加真实的光影效果。每一个景区建筑的造型选择、材料、颜色、室内装饰、周围的山水环境、植物景观……这些都需要结合历史资料进行严格的论证。
按照这样的要求，每复原一个景区就有基础研究、复原设计、场景制作、维护更新“四大板块”共10多道程序，包括遗址信息精确采集、文献资料精细研读、样式房建造技术分析、残损构件虚拟拼接等等。
“圆明园的许多建筑都是中国乃至世界建筑史上的孤例。对它的虚拟复建，让我们有机会从细节处，重新认识清代在营造技艺、审美理念、造园艺术所达到的高度，这也正是复原项目对于研究的最大推进。”复原项目负责人之一、北京清城睿现数字科技研究院院长贺艳在接受媒体采访时说。
探园之路巨细无遗
如何既遵循遗产保护的原则，充分展示和阐释建筑遗产的历史、文化价值，又能满足公众“亲眼目睹”的情感期待，成为郭黛姮一直以来的探索。而要把圆明园这座存在了150年的园林搞清楚，必须首先进行造园史的研究，这是一切虚拟复原工作的基础和依据。为此，研究团队从历史、人文、建筑、园林种植等方面开展了细致繁杂的基础性研究，在勘查、测绘、研究已有考古发掘新成果的基础上挖掘史料，结合《圆明园内工则例》《内务府奏销档》《起居注》《穿戴档》《御制诗》的记载，研究圆明园中各类人物及其活动特点，力图重新发现圆明园的造园特点。这其中，以对《圆明园内工则例》、样式房图档和《圆明园四十景》图的研究尤为详尽。
《圆明园内工则例》是在圆明园漫长的建造过程中，积累总结出的一整套规则与定例档案，其中收录了圆明园中诸如大木作（建筑构架）、木装修（门窗、栏杆、室内装修）、石作、土作、彩画、瓦作、桥梁乃至镀金、错银、佛像、供器等不同门类的工料、做法，可谓是面面俱到，为研究圆明园营建的具体技术与标准提供了翔实的依据。
▲ 圆明园谐奇趣北侧复原图
样式房是清代皇家建筑的设计部门，它根据皇帝的圣意和主管官员的要求，绘制图样，制作烫样（建筑模型），这些资料统称为样式房图档。为了搞清圆明园建造过程，郭黛姮教授查阅了2200余张样式房圆明园存图，其中标明绘制年代的不足十分之一，且半数以上集中在咸丰年间。
《圆明园四十景》图是以绘画形式表现的圆明园史料，有不同的版本，其中宫廷画师沈源、唐岱1736年至1744年所绘彩色绢本《圆明园四十景》年代最早，也是诸多版本中绘画水平最高的，较为翔实地反映了当年圆明园的面貌。
史料浩如烟海，但从史料到直观地重现在屏幕上的三维图景，仍然有很远的路要走。据统计，光历史档案，团队便看了不下一万余件，几乎是面面俱到，巨细无遗。
细致到什么程度？郭教授举了个例子。团队中有一位博士生每天骑车去国家图书馆阅读清代皇帝《起居注》，仔细统计每位皇帝驻园时间后，他发现，皇帝居住在圆明园的时间甚至超过在紫禁城的时间，尤其道光帝，最长的一年能住300多天。
“一说起圆明园，很多人都是两种印象：一是爱国主义教育基地，二是清朝皇帝骄奢淫逸的地方，其实这些观点都不够全面。”郭黛姮说，对圆明园的数字化复原，能够让人们对圆明园有更全面的认识。“圆明园不单纯是一座皇家园林，还是当时的第二政治中心，是皇帝临朝理政的地方。”
圆明园中建筑与园林的上百组景区，各有不同功能，大都是为“理政”服务的，这是它与颐和园、避暑山庄等皇家园林的最大不同。郭黛姮说，跟其他皇家园林相比，圆明园最大的特点，一是皇帝住在这儿办公，一是农业景观特别多，有专门的“观稼验农”类型的建筑。清朝皇帝明白农业是国家的命脉，圆明园内专门修建了农田来种植庄稼。为了看看园内的皇家农田与园外百姓农田有何不同，乾隆皇帝还专门命人沿着圆明园北围墙盖了一片楼，起名“若帆之阁”，意思是站在楼上看着风吹麦浪，就像坐在帆船上一样上下起伏。
此外，圆明园的朝寝建筑功能非常完备，尤以“正大光明”和“勤政亲贤”为代表；园内书苑尤多，各个景区都有读书之处，书屋书室有27处，这说明皇帝在园中“愿为君子儒，不作逍遥游”；圆明园内的大小戏台也是社交场所，皇帝邀请臣子看戏为的是谈论国事；圆明园内还有一处建筑呈“卍”字形，寓意治国目标是万方安和、天下太平；园内地形也有寓意，西北角有一组山，东南角挖了一处湖，名曰“福海”，园内呈现西北高东南低的走势，这也正是当时大清版图的缩影。
时移景异精准还原
圆明园从始建到被毁灭的历史超过150年，这期间，园中大大小小的营建工程几乎不曾间断，这样一段不短的时间里，很多“定法”也发生了演变。另一方面，由于皇帝喜好不同，同一景区的景观也会随之变化。比如九洲清晏，道光十一年（1831年）的时候，把岛西侧“乐安和”“怡情书史”一带建筑拆除，建起了一座三卷勾连搭式建筑“慎德堂”；道光十七年（1837年），九洲清晏中路大殿因火灾烧毁，修缮的时候加修了垒墙进行隔火。这些建筑的变化，都在这次数字修复的过程中体现出来。
最典型的例子当属圆明园后湖西北岸的“上下天光”景区，经历了乾隆初期、中期、道光中期、咸丰时期等不同时期的建造完善，变化相当大，而景区在不同时期的面貌，也都得到了数字复原。
▲ 圆明园九洲清晏复原图
“上下天光”是一个以赏月、宴饮著称的佳处。从四十景图上看，乾隆初年其主体建筑是上下两层四面通透的敞厅，二层带有宽大的平台，楼前月台入水，曲桥卧波，蜿蜒百尺，颇有临水轩亭的趣味。该景观自乾隆朝到咸丰朝，经历多次改建，层楼形制、湖岸位置、附属桥亭都有了很大变化，因此线索、资料也格外散乱庞杂。一天，研究人员在档案中发现了一条咸丰十年（1860年）二月二十一日关于改建上下天光的圣旨，其中写道：“上下天光天棚加进深，换柁板拉。” 从这条记录可知，至迟在咸丰十年，上下天光主楼前已经加建了一个用于遮挡阳光、雨雪的天棚。问题是，这个天棚究竟是什么样子呢？
经过对比分析，研究人员发现，样式房图档中一张没有任何标注的设计图，正是“上下天光”主楼前搭建天棚的设计图。他们不但顺利获取了天棚的复原数据，还帮助样式房图的收藏机构，为这张身份不明的图纸验明正身。
相似的故事还发生在西洋楼景区大水法的复原过程之中。
很多人来到圆明园，西洋楼遗址是必去的地方，这个由谐奇趣、海晏堂、大水法等十余处建筑群组成的景区，面积仅占全园总面积五十分之一，形象却最为深入人心，几乎成为圆明园最重要的象征。观水法石雕屏芯及汉白玉石塔上精美的雕刻至今令人称赞，而海宴堂贝壳式浪花石雕仍巍然屹立于原址，成为人们心目中圆明园的形象，人们从中可以想象出西洋楼昔日的壮观景象。
在整个西洋楼景区，最为重要的景观当属海晏堂前的十二生肖报时水法。铜铸的十二生肖头像，按照每昼夜十二个时辰，依次轮流喷水，正午时则同时喷水，是一种融东西方文化于一身的水法形式，俗称“水力钟”。
今天在谐奇趣北部和海晏堂东侧，仍能看到夯土高台的遗迹。根据样式房图档可知，这些就是当年的蓄水楼，也就是水法的水源所在。蓄水于高台，可以为水法提供充足的水压。
▲ 圆明园谐奇趣南侧复原图
有了水源，还需要一套机械设备和地下管道，才能使水法运转。团队成员利用探地雷达，在西洋楼景区内发现了喷泉供水管线的存在，但仍然不了解其供水所用机械。于是，他们与德国马普学会艺术史研究所专门研究巴洛克建筑的赫尔曼教授开展合作。
赫尔曼教授和复原团队一直保有长期的合作关系，他在惊叹西洋楼水法的艺术成就之余，也非常好奇其运转的秘密所在。他在翻看研究所收藏的一本古书中，看到了一段文字，里面提到当时效力于朝廷的法国传教士蒋友仁，按照一本书的记载为西洋楼喷泉设计了水利机械。为此，他专程飞到北京，到中国国家图书馆查阅这本书，结果居然真的在书的空白处发现了勾勒的铅笔草图，从而证实了蒋友仁是使用该设备把水提到蓄水池中。
“那是一组组大小不一、立体组合的齿轮组，通过畜力带动，将水提送到高处，类似一种提水设施。”郭黛姮说，这项研究解决了中国学术界长期存在的对圆明园使用何种水利机械设施的困惑。
为了实现数字圆明园研究成果的应用转化，团队研发了“虚拟现实”的圆明园移动导览系统和圆明园虚拟游园系统，研发了具有海量数据，集定位、导航、位置识别、音频讲解等于一体的圆明园移动导览产品和高清沉浸式体验产品。而团队研发的“增强现实”IPAD导览，将遗址现状与历史复原场景进行叠加的同屏对比，能够实现360度环视，获得了技术发明专利。
如今，对圆明园的研究工作，郭黛姮和团队的探索并未停止。他们正围绕全新的数字技术概念，推进“混合现实”和“感映现实”两个创新项目，使虚拟场景进一步混合在现实空间中，让观众如同身临其境。郭教授透露，下一步，他们还将建设数字体验中心、博物馆，更好地展示“数字圆明园”成果，再现“盛世圆明”。
