中国古典园林石峰审美特征定量化评价方法研究——以豫园玉玲珑为例.pdf

Planning Design规划设计99杨晨韩晓蓉2*韦朝旭3吴杭彬4（1 同济大学建筑与城市规划学院 副教授 硕士生导师）（2 同济大学建筑与城市规划学院 硕士研究生）（3 同济大学测绘与地理信息学院 硕士研究生）（4 同济大学测绘与地理信息学院 副教授 硕士生导师）摘要 数字化空间信息技术在风景园林领域的广泛应用迅速提升了假山测绘的水平，为进一步认知其审美特征提供了新的机遇。如何从丰富的三维空间数据中识别假山的内蕴规律并对其定量化表征，是风景园林学科的前沿议题。围绕古典园林石峰这一非线性要素开展定量化评价方法研究，以江南名峰豫园玉玲珑为例，运用激光扫描技术、摄影测量技术、虚拟仿真技术和图像解析技术，对玉玲珑的韵律美、层次美和嵌套美进行定量化分析和表征，运用轮廓叠加图、层次丰度图、孔洞嵌套图等图示方法提取定量化数据，借助轮廓离散度、主线变动区间、灰度值丰富度及分布频率、孔洞嵌套率及内交叠率等因子分析数据规律和特征，建立了审美特征的定量化评价方法和技术路径。成果为传统园林石峰保护以及风景园林非线性要素研究提供了新视角。ABSTRACT:The.widespread.use.of.digital.spatial.information.technology.in.landscape.architecture.has.rapidly.improved.the.level.of.rockery.mapping.and.provided.new.opportunities.for.further.recognition.of.its.aesthetic.features.How.to.identify.and.quantitatively.characterize.the.intrinsic.rules.of.rockeries.from.the.rich.three-dimensional.spatial.data.is.a.frontier.issue.in.the.discipline.of.landscape.architecture.Taking.Exquisite.Jade.Boulder.in.Yuyuan.Garden,.a.famous.rockery.in.Jiangnan.area,.as.an.example,.we.use.laser.scanning.technology,.photogrammetry.technology,.virtual.simulation.technology.and.image.analysis.technology.to.quantitatively.analyze.and.characterize.the.rhythmic,.hierarchical.and.nested.beauty.of.Exquisite.Jade.Boulder,.and.extract.quantitative.data.by.using.graphical.methods.such.as.contour.superposition.map,.hierarchical.abundance.map.and.hole.nesting.map.By.analyzing.the.data.rules.and.characteristics.with.the.help.of.factors.such.as.contour.dispersion,.main.line.change.interval,.gray.value.richness.and.distribution.frequency,.hole.nesting.rate.and.internal.overlapping.rate,.the.quantitative.evaluation.method.and.technical.path.of.aesthetic.characteristics.were.established.The.results.provide.a.new.perspective.for.the.conservation.of.rockeries.in.Chinese.classical.gardens.and.the.research.of.nonlinear.elements.of.landscape.gardens.关键词 风景园林；假山；审美特征；定量化；玉玲珑KEY WORDS:Landscape.Architecture;.Rockeries;.Aesthetic.Features;.Quantification;.Exquisite.Jade.Boulder中国古典园林石峰审美特征定量化评价方法研究以豫园玉玲珑为例Research on the Quantitative Assessment Method of Aesthetic Features of Rockeries in Chinese Classical Gardens:A Case Study of Exquisite Jade Boulder in Yuyuan Garden假山是中国传统园林独有的要素，也是中国古典艺术的有形物证。历史名园中现存的假山遗迹不仅蕴含着丰富的古代审美趣味，也映射出深厚的理性精神和文化积淀。作为重要的文化遗产，科学解读园林假山的审美特征能够为保护和继承传统造园技艺和园林文化提供基础支撑，也对今天的风景园林设计乃至人居环境建设具有重要的指导意义。唐宋以来，中国古典园林假山审美主要聚焦对其形与质的品赏，即所谓“远观其形，近取其质”，以山石的形态和质感表现自然美。假山之形主要体现在其整体的轮廓和动势，强调比例适宜、造型流畅、曲折婉转、峻峭挺拔1；假山之质在于其表面纹理和质感，追求皴纹疏密有致、层次分明、虚实相生、参差呼应2，3,即所谓“方堆顽夯而起，渐以皴纹而加；瘦漏生奇，玲珑安巧”4。然而，由于假山形和质的高度复杂性和非线性特征，定量化扑捉和表达其形质规律一直是研究中的难点。以定性描述为主的鉴赏原则往往需要借助评价者的主观判断，假山的传统审美特征和意境营造的理法长期以来处于“只可意会，不可言传”的困境，造园技巧随着时间的推移而濒临湮灭5。因此，构建表征假山形质特征的定量化方法并建立与其审美特征的关联，为定性研究成果提供有力的补充，对进一步理解传统造园技术、保护和传承中Planning Design规划设计100国古代审美智慧具有重要的理论意义和实践指导价值。数字化空间信息技术在风景园林领域的广泛应用为开展假山定量化评价提供了重要机遇。数字化测绘技术解决了假山三维空间数据采集精度的难题，丰富了基础数据6-12，并推动了数字化三维假山档案研究12-15；新型数据更正了对假山关键尺度的认知，促进了假山特征的定量化研究和叠山技艺的定量化分析16，17；也有学者运用空间句法等定量工具对假山二维平面特征进行解析18，为深入探究假山鉴赏和营造原理提供了新的思路。本研究认为，古典园林假山蕴含着丰富的数字信息，进一步发挥数字技术的优势，解读假山丰富三维空间数据中的内蕴规律，并建立与传统园林审美特征的关联，是深化假山遗产认知、解译和传承传统造园智慧的重要途径。本文围绕假山审美特征定量化评价方法开展研究，聚焦江南园林石峰这一假山类型，选取了江南三大名峰之一的玉玲珑作为案例，通过数字化测绘、虚拟仿真、图像解析等方法解读石峰形、质中隐含的数字规律，并定量化表征其审美特征。相关成果对提升古典园林非线性要素研究和评价的水平、推动假山遗产保护科学技术体系的建立具有重要参考价值。1 上海豫园玉玲珑石峰玉玲珑是上海豫园内一座著名的太湖石峰，它原是北宋“艮岳遗石”，后几经辗转进入潘家，并在明代嘉靖年间潘允端建造豫园时移入园中。玉玲珑石高 3.67m，宽 1.95m，石色青润，孔洞多且相互沟通，玲珑剔透，赛过人工雕琢，具有极高的艺术价值（图 1）。宋代是文人士大夫对山石形质追求到达顶峰的时期，而明代是园林赏石文化最为完备和成熟的阶段19，宋代苏东坡提出“石文而丑”，米元章又将品石标准归纳为“瘦”“秀”“透”“漏”四字，概括了形态和纹理方面的审美特征；而明代赏石包含了形、纹、色、质等多方面要求，并强调欣赏石材的自然特性。玉玲珑在这一时期现世，并进入历史名园，证明其满足了中国古代赏石的最高标准，是探索和研究中国古典艺术的重要历史遗存。作为太湖石中的极品，玉玲珑外形凹凸曲折，表面孔洞密集，体现了“岁久为波涛所击”而形成的玲珑剔透的自然美，是“透”和“漏”的代表，其审美特征可以归纳为以下几个方面：（1）韵律美：玉玲珑整体石形上大下小，外轮廓千变万化又体现内在的节奏感，具有明显的动势但又不失稳定，突出体现了变化和秩序并存的韵律美；（2）层次美：玉玲珑的厚度不过 1m，但其复杂的外部轮廓和内部形态构成了丰富的前后层次，峰体呈现出强烈的空间虚实关系，石虽有形但意无限，即层次美；（3）嵌套美：该石峰“玲珑”的特点主要因其前后孔洞的相互嵌套，玉玲珑虽有“72 洞”20，但无一透穿石体，呈现出错落叠通的嵌套关系。如何通过数据定量化表征玉玲珑在形和质方面的审美特征是本文探究的主要问题。2 研究方法围绕玉玲珑的三个审美特征，本研究建立了相应的分析方法和技术流程（图 2）。研究通过数字化手段获取玉玲珑精确的三维模型，并通过模型剖切和数字化三维投影技术提取石峰不同方向、不同深度的外部轮廓和内部孔洞边界，借助对图像叠加、数据拟合和数理统计分析，图示玉玲珑的轮廓变化、层次丰度和孔洞嵌套情况，并对数字影像进行数理分析，对其中蕴含的数字规律进行标度化处理，进而建立与审美特征之间的关联。2.1 数据采集获取高精度的三维模型是定量化解析其特征规律的基础。本研究利用三维激光扫描技术（Leica BLK 360 架站式激光扫描仪）和近景摄影测量技术（Canon 70D）采集玉玲珑三维空间信息8，使用 Leica Cyclone 系列软件对点云数据进行配准，并利用Bentely ContextCapture 4.0 系列软件进行基于数字图像的三维建模。后利用 Artec 3D Geomagic Warp 2017 系列软件计算激光点云模型和图像面状模型之间的误差，从而评估模型的精度21。计算结果显示，玉玲珑激光点云模型与图像面状模型的平均距离偏差为 3.25mm，在定量化分析可接受的范围内。本研究在 Artec 3D Geomagic Warp 2017 中对数字化石峰模型进行纵、横两个方向的剖切，得到相应的断面图。之后采用Adobe Illustrator 2021 软件提取轮廓线并进行矢量化处理，生成石峰外部轮廓和孔洞边界的投影图。通过 Adobe Photoshop CC 2015 软件进行图像的叠加处理，形成展示轮廓变化、层次丰度和孔洞嵌套情况的数字影像。最后通过数据分析软件 MathWorks Matlab R2021a 对影像进行数理统计分析，并识别数据中的规律。图 1：豫园玉玲珑石峰现状Planning Design规划设计101为了更好地解析玉玲珑的审美特征，本研究选取国内某高校校园内一块高 2.16m，宽2.76m，厚 1.55m 的太湖石峰作为对照案例，运用同样的研究方法获取相关数据并与玉玲珑及逆行对比分析。2.2 数据分析基于玉玲珑的三个审美特征，本研究假设其三维形态数据应具有以下规律，并由此开展数据分析。（1）由于玉玲珑的外形具有变化和秩序并存的韵律美，假设其不同高度的外部轮廓线应当在一定的范围内呈现较为丰富的变化。因此，本研究提取石峰不同高程的平面轮廓，对其进行矢量化处理并叠加投影到同一平面坐标系。通过 MathWorks Matlab R2021a 软件中进行曲线拟合计算，生成波动轴线作为多层次轮廓线的主线，并对轮廓线进行离散度和浮动范围的数理分析，计算其轮廓离散度和主线变动区间。根据假设，玉玲珑数据应呈现出轮廓离散度低、主线变动区间整体大局部小的特征。本研究在石峰模型中以均匀间隔提取10 个水平向断面轮廓，并通过叠加投影得到轮廓叠加图（图 3a、3c）。在 MathWorks Matlab R2021a 中拟合出整体轮廓主线，并计算主线变动区间以及轮廓离散度。其中，主线变动区间表征石峰不同高程轮廓线整体的变化范围，轮廓离散度表征轮廓线的集中趋势和分散程度。为了减少石峰总体形态变化造成的数据误差，本研究将所得数据按图像大小与模型大小的比例进行换算，得到实际变化数值，并依次将图像均等分为 2 段、4 段和 8 段进行变动区间和离散度计算，通过比较获得最优表征参数。（2）由于玉玲珑的外部轮廓和内部形态具有层次美，假设其立面轮廓应当具有丰富的层次并呈现相对均衡的分布规律。因此，本研究获取数字化石峰模型的多个纵向断面形态，并叠加投影到同一坐标系，形成层次图 2：园林石峰审美特征定量化分析技术路径图 3：石峰韵律美定量化分析Planning Design规划设计102丰度图。玉玲珑图像应呈现出灰度丰富度高、深浅分布均匀的特征。数据实验以 1cm 为间隔，对数字化石峰模型进行纵向剖切，每个石峰获取了 70个断面轮廓投影（图 4b）。对每个断面进行二值化处理，根据图像数量设定透明度为 2%后进行投影叠加，得到层次丰度图（图 4a），图像各个像素点的灰度值表征其叠加次数。将丰度图导入 MathWorks Matlab R2021a 软件计算各种灰度值出现的频率和分布规律，从而定量化表征石峰的层次丰度。（3）由于玉玲珑具有错落叠通的嵌套美，假设其孔洞轮廓应当存在强烈的交叠关图 4：石峰层次美定量化分析3 结果与讨论通过数据计算以及与对照案例（石 a）的比较，本研究发现玉玲珑石峰具有以下定量化特征：3.1 玉玲珑轮廓离散度低且主线变动区间整体大局部小研究结果显示，无论是整体视角下还是局部视角下，石 a 的轮廓离散度都明显高于玉玲珑的轮廓离散度，且石 a 的整体轮廓离散度达到了玉玲珑的 1.51 倍（图 3e）。整体上看，玉玲珑的主线变动区间比石 a 大 1.11倍。局部来看，8 分段条件下两座石峰的计算结果差异极小，难以体现其形态特征，而 2分段和 4 分段更能体现石峰的特征，尤其在2 分段条件下石 a 的主线变动区间达到了玉玲珑的 2.59 倍（图 3f）。该结果说明，无论是整体还是局部，玉玲珑石峰轮廓线围绕主线的变化更集中，轮廓总体变化幅度更大，局部变化幅度更小。因此可以证明玉玲珑较为丰富的轮廓变化中，蕴含着强烈的秩序感。其韵律美也源于外轮廓变化紧密围绕主线，呈现出紧凑和完整的特征。3.2 玉玲珑层次丰富度高且不同层次分布均匀层次丰度图灰度值频率分布图显示,玉玲珑不同单元灰度值频率分布较为均匀，且最大频率仅为 0.09，而石 a 灰度值频率最大值为 0.325，并且其分布区间是玉玲珑的 3.6倍。经统计，按照灰度值频率在 0.005 至 0.02区间为宜计算，玉玲珑处于适宜频率的灰度值比石 a 的多 276 种。该结果表明，玉玲珑的层次丰富度更高，具有更加多样化的层次关系，且深浅层次分布均匀，每个单元内虚与实的空间比重都比较均衡。这一定量化结果反映了玉玲珑前后叠加的层次交错复杂，形成了虚实交织的层次美。3.3 玉玲珑孔洞嵌套率较高且内交叠率较高系。本研究对数字化石峰模型进行纵向剖切，提取多个深度的孔洞轮廓，将其在同一坐标系中投影叠加，并计算孔洞叠加的比率。玉玲珑数据应该呈现较高的交叠率。根据石峰厚度和孔洞深度，在数字化模型以 20cm 为间距提取断面轮廓，进行二值化处理后以 20%的透明度进行叠加投影，生成石峰断面叠图反映不同层次的孔洞分布情况。通过三维面状模型和石峰纹理提取石峰表面孔洞边缘，并将矢量化边缘轮廓与石峰断面叠图相互拟合，得到孔洞嵌套图（图5a），图中灰度值表示孔洞嵌套情况。利用MathWorks Matlab R2021a 软件计算孔洞嵌套率和孔洞交叠率。Planning Design规划设计103图片来源文中图表均由作者自摄、自绘参考文献1.王昕.苏州太湖石假山传统技法及鉴赏研究 D;浙江大学，2013.2.刘仁芳，沈永宝.论“元四家”画理与明清私家园林叠石文化 J.广东园林，2015，37(01)：31-4.3.黄春华，王晓春，方惠，et.al.“扬派叠石”设计理法探析 J.扬州大学学报(农业与生命科学版)，2011，32(03)：89-94.4.计成.园冶 M/李世葵、刘金鹏.北京；中华书局.2011：154.5.周维权.中国古典园林史 M.北京：清华大学出版社，1999.6.古丽圆，古新仁，扬伍斯德拉.三维数字技术在园林测绘中的应用以假山测绘为例 J.建筑学报，2016，S1)：35-40.7.梁慧琳.苏州环秀山庄园林三维数字化信息研究.D;南京林业大学，2018.8.喻梦哲，林溪.基于三维激光扫描与近景摄影测量技术的古典园林池山部分测绘方法探析 J.风景园林，2017(02)：117-22.9.张勃.以三维数字技术推动中国传统园林掇山理法研究 J.古建园林技术，2010(02)：36-8.10.LIANG.H，LI.W，LAI.S，et.al.How.to.survey，model，and.measure.rockeries.in.a.Chinese.classical.garden：a.case.study.for.Huanxiu.Shanzhuang，.Suzhou，China.J.Landscape.Research，2020，.45(3)：377-91.11.LIANG.H，LI.W，ZHANG.Q.Semantic-based.3D.information.modelling.and.documentation.of.rockeries.in.Chinese.classical.gardens：A.case.study.on.the.rockery.at.Huanxiu.Shanzhuang，Suzhou，China.J.Journal.of.Cultural.Heritage，2019(37)247-58.12.喻梦哲，林溪.论三维点云数据与古典园林池山部分的表达.J.山西建筑，2016，42(30)：197-8.13.白雪峰.数字化掇山研究.D；北方工业大学，.2015.14.张炜，赵康迪，廖怡，et.al.论三种不同假山建模方法的比较以古柏园假山为例.J.现代园艺，.2016(23)：29-30+6.15.DONG.Q，ZHANG.Q，ZHU.L.3D.scanning，.modeling，and.printing.of.Chinese.classical.garden.rockeries：Zhanyuans.South.Rockery.J.Heritage.Science，2020，8(1)：.16.杨晨，韩锋.数字化遗产景观：基于三维点云技术的上海豫园大假山空间特征研究.J.中国园林，.2018，34(11)：20-4.17.陈婉钰.基于 ANSYS 的北京皇家园林青石假山叠山技艺研究.D；北方工业大学，2019.18.温宁.香山静宜园假山空间研究.D；北方工业大学，2018.19.王劲韬.中国皇家园林叠山理论与技法.M.北京：.中国建筑工业出版社，2011.20.魏菲宇.中国园林置石掇山设计理法论.D；北京林业大学，2009.21.郭培闪，杜黎明.运用 Geomagic.Studio 实现点云数据的曲面重建及误差分析.J.地理信息世界，.2015，22(01)：57-60.同时，玉玲珑孔洞的内交叠率为石 a 的 5.54 倍。分析结果显示，玉玲珑几乎没有水平向贯通的洞，孔壁曲折且孔洞轴线方向多变，呈现了明显的非线性特征。大部分孔洞为嵌套孔洞，且孔洞内交叠率较高。数据结果说明了玉玲珑孔洞多且繁杂，呈现层层嵌套、彼此叠通的特征，验证了玉玲珑孔洞具有嵌套美。4 结语本研究基于数字化技术开展江南名峰玉玲珑审美特征定量化研究，为石峰形和质两个方面定性研究的结果提供了验证和补充。研究发现，玉玲珑石峰蕴含着丰富的数字信息，其空间形态数据中存在大量特征规律。论文利用轮廓叠加图、层次丰度图、孔洞嵌套图等图示化方法，把原本抽象、不规则的假山形态转化成可以定量化解读的图纸和数据，并借助轴线分析、主线变动区间分析等因子解析轮廓特征；运用灰度值分析、灰度分布分析等图像分析法解读层次特征；运用嵌套率分析、交叠率分析的方法解析了孔洞嵌套特征，构建了传统园林假山定量化解析框架和技术路径。本方法不仅可以为古典园林假山的评价、监测和修复提供科学参考，也为风景园林非线性要素的研究提供新的思路，有望改变基于感性与经验积累的传统认知判断模式，提高风景园林环境评价、规划设计的科技水平。致谢：感谢上海豫园管理处为本研究现场测绘提供的支持。图 5：石峰嵌套美定量化分析本研究识别出玉玲珑主要观赏面上的 72 个孔洞边缘，计算得到玉玲珑的孔洞嵌套率高达 70.83%，而石 a 的孔洞嵌套率仅为 47.06%（图 5e、5f）；